地下连续墙在泄洪尾水河道水毁修复中的应用

李二顺，郭延峰，马真真

(河南省白龟山水库管理局，河南平顶山 467001)

地下连续墙是地下工程和深基础施工中有效的技术。该技术在白龟山水库泄洪闸尾水河道水毁修复工程中做了探索性的尝试应用。

1 水毁情况及原因

1.1 水库工程概况

白龟山水库位于淮河流域沙颖河水系沙河干流上，是一座集防洪、城市供水、农业灌溉为一体的大(2)型综合利用水利工程。水库控制流域面积2740km2，平均降雨量约900mm，是河南省暴雨中心地区之一。泄洪闸尾水河道是白龟山水库主要的泄洪通道。

1.2 泄洪尾水河道水毁情况

2010年汛期，水库流域普降大雨，持续时间长，水库充分发挥了拦洪调蓄作用。泄洪闸尾水河道桩号0+900下游未护砌部分出现较大冲沟，造成了溢洪道下游尾水河道淘刷问题进一步加剧。据调查，最大冲坑深5m，宽50～80m，长度100m。下泄水流将原水毁护底工程下沿铅丝笼堰体撕裂，逐渐向上游及两岸延伸，危及其上游尾水河道交通桥和泄洪消力池的安全。

1.3 水毁工程的原因分析

尾水河道出现淘刷冲坑的原因主要是:ⓐ尾水河道底高程在该处变化较大，冲沟末端原修筑有防冲堰体，防冲堰顶部及上游的尾水河道底高程均在85.0m以上，防冲堰下游的河道底高程只有81.0m左右，跌差达4m左右;ⓑ河道由于采砂造成河床地貌变化。当泄洪闸下泄小流量的洪水，下游河道内水流集中于中间较深的河槽部分，此时下游河道水位较低，局部的落差使得防冲堰容易被集中的水流冲毁。

1.4 水毁工程修复的必要性

若不及时修复，开闸泄洪会导致冲沟继续向上游扩大，危及交通桥的安全，进而影响到尾水河道交通桥上游的水库泄洪消力池的安全运行。

2 工程修复方案

2.1 工程地质情况

2.1.1 地形地貌

泄洪尾水河道呈宽浅“U”形。宽约250m，河道底平坦开阔，高程85m左右，尾水河道两岸底面高程96～97m。

2.1.2 地质构造

工程区域位于中朝台地豫西断隆东缘。构造稳定。地震基本烈度为VI度。

2.1.3 地层岩性

工程区域的地层主要分布有第四系土层、砂层、砂砾石层、砂卵石层及第三系黏土岩。

2.1.4 水文地质条件

地下水为第四系孔隙潜水，水位85.4～86.31m，接近地表。地下水及地表水对混凝土均无侵蚀性。

2.2 修复方案

2.2.1 陡坡处设消力池方案

交通桥下游河道底高程存在较大的局部高差，在小流量洪水条件下，下游河道水位较低，水流集中于中间较深的河槽部分，上下游跌差较大和较为集中的水流使得防冲堰位置容易造成破坏。通过消能和改善水流条件，在尾水河道交通桥下游设消力池的方法，可解决局部跌差过大造成冲刷的问题。

2.2.2 ∏型钢筋混凝土地下连续墙方案

按照消能动态平衡原理，考虑到下游采砂活动对冲坑深度的影响，采用∏型钢筋混凝土地下连续墙对上游河道底进行保护，避免下游因冲刷和采砂等原因造成的破坏持续向上游扩展。

2.3 方案比选

根据计算，各方案主体工程投资相差不大。

采用消力池处理尾水河道底部局部落差过大的问题，在小洪水流量时可以满足消能要求。优点是增加了消能措施后可以尽量避免下游冲坑的产生;缺点是下游采砂活动无法有效控制，其造成下游河道底高程降低较多时，消力池出口部分工程仍存在遭到破坏的可能性，不能从根本上解决问题。

采用地下连续墙方案，在下游河道底淘刷严重时，仍可对上游河道底进行有效保护，避免冲坑向上游扩大。优点是可以适应相当长时期内下游河道底的改变，缺点是河道底局部落差过大的问题依然存在。

经过综合比较，在下游河道采砂活动难以有效控制的情况下，∏型钢筋混凝土地下连续墙可保证工程在长期内发挥作用。

2.4 工程设计与优化

2.4.1 工程布置

在桩号0+960.00和0+971.60设置C25钢筋混凝土地下连续墙，在中间130m长度范围，顶面高程为84.70m，左右两端10m范围为85.20m，另外还设有两段各为10m长的过渡段。

根据交通桥附近河道的地质状况，考虑到地下连续墙底面进入黏土岩3m左右，确定地下连续墙底面高程为69.0m。

2.4.2 地下连续墙稳定计算

由于上下游地下连续墙与顶面的混凝土连接板连在一起，深入黏土岩中，将其作为一个整体进行稳定计算。参考重力式挡墙的计算方法，按照规范［1］进行抗滑稳定、抗倾覆稳定计算。黏土岩的力学参数c=10kPa，φ=16°。按3种工况计算。

工况1:上游无水，下游水位81.0m;

工况2:100年一遇洪水频率时，上游水位94.70m，下游水位89.33m;

工况3:300年一遇洪水频率时，上游水位94.90m，下游水位89.46m。

地下连续墙稳定计算结果见表1。

计算结果显示:∏型地下连续墙抗滑稳定和抗倾覆稳定均满足规范要求。

表1 进口挡墙计算成果

2.4.3 方案优化

组织有关专家，对拟定的消力池和地下连续墙等水毁修复工程方案进行了评审。经过优化:ⓐ调整了工程布置的位置，向上游侧移动并与交通桥轴线平行;ⓑ∏型地下连续墙根据地质岩性采用不等深截面尺寸，上游墙深由15.7m调整为11.2m，下游墙深由15.7m调整为14.2m;ⓒ下游墙厚度进行了调整:由1.0m调整为0.8m;ⓓ墙顶0.8m厚钢筋混凝土连接板调整为连接梁，梁高1.0m、宽0.3m，每2.5m一道。优化后的设计见下图。

∏型地下连续墙纵剖面图

3 地下钢筋混凝土连续墙施工

3.1 工程的特点

a.∏型地下连续墙墙体混凝土浇筑量大。

b.工程所在位置地层复杂，主要分布有第四系土层、砂层、砂砾石层、砂卵石层及第三系黏土岩。

c.地下水水位高，接近地表。

工程施工的重点难点是如何确保成槽的质量和水下混凝土浇筑质量的控制。

3.2 地下连续墙成槽质量控制

3.2.1 护壁泥浆的质量控制

a.护壁泥浆材料:200目膨润土、水、高黏度羧甲基纤维素钠(HV-CMC)增黏剂、纯碱(Na2CO3)分散剂等。

b.泥浆的性能指标见表2。

表2 泥浆的性能指标

c.新鲜泥浆的配合比见表3。

表3 新鲜泥浆的配合比

3.2.2 护壁泥浆控制要点

a.主要控制三项指标:泥浆比重、黏度、含砂率。泥浆制作量一般以理论值的1.5倍为宜，严格按现场验证的试验配合比施工。

b.泥浆搅拌:严格按照操作规程和配合比要求进行，泥浆拌制后应静置24h后方可使用。

c.严格控制泥浆的液位:保证泥浆液位在地下水位0.5m以上，并不低于导墙顶面以下0.3m，液位下落及时补浆，以防塌方。

3.2.3 成槽过程控制重点

地下连续墙厚度分别为0.6m和0.8m，采用GB34型液压抓斗挖槽机。三抓成槽法开挖成槽，先挖两端最后挖中间，使抓斗两侧受力均匀，如此反复开挖直至设计槽底标高为止。

a.成槽开挖时，抓斗应闭斗下放，开挖时再张开，每斗进尺深度控制在0.3m左右。

b.上、下抓斗时，要缓慢进行，避免形成涡流冲刷槽壁，引起塌方。

c.在槽孔混凝土未灌注之前，严禁重型机械在槽孔附近行走产生振动。

d.严格控制成槽的垂直度及平面位置，偏差超过允许值时，立即纠偏。

e.槽段开挖合格后放钢筋笼前，完成槽段的清底换浆。

f.成槽视砂卵石地层稳定性程度和塌孔情况，适当调整槽段的长度，提高成槽效率。

3.3 水下混凝土浇筑质量控制

3.3.1 混凝土配合比

C30水下混凝土采用双掺技术，掺入适量的磨细粉煤灰及外加剂(缓凝减水剂)，提高混凝土的和易性，混凝土的坍落度(孔口检验值)控制在180～200mm，初凝时间大于等于4h，水灰比小于等于0.5，水泥用量大于等于370kg/m3，砂率控制在45%左右。

3.3.2 浇筑质量控制

a.导管埋深控制:在混凝土浇筑过程中，采取措施确保导管底距槽底距离控制在0.3～0.5m左右，初灌混凝土的导管埋深在1m以上，施工中，导管下口插入混凝土深度控制在2～4m。

b.导管水密性:不能使混凝土溢出漏斗流进沟槽内。

c.保证混凝土的供应:混凝土的供应与浇筑相适宜，中间间隔不超过30min，缓凝时间4～6h。施工中混凝土浇筑连续进行，混凝土面上升速度不小于2m/h。

d.控制槽内混凝土面的高差:灌注时做好混凝土灌注记录，混凝土面每上升3～4m，在两导管外和中间取三点测量混凝土面高度，按最低面控制导管的提升高度，保证槽内混凝土面的高差不大于0.3m。

e.适时拔管:当混凝土面接近钢筋网底时，严格控制导管的埋管深度不要过深，当混凝土面上升到钢筋网内3～4m，再提升导管，使导管底端高于钢筋网底端，以防钢筋网上浮。

f.浮浆层的控制:在浇筑完成后，地下连续墙墙顶会存在一层浮浆层，因此混凝土顶面需要比设计标高超浇0.3～0.5m。凿去该层浮浆层后，地下连续墙墙顶才能与连接顶梁相联成整体。

4 效果分析

4.1 质量检测

利用混凝土回弹仪(HT-225A)，探地雷达(LTD-2100)、雷达天线(270MHz)分别对混凝土工程实体质量进行了检测。对下游地下连续墙的检测结果见表4。

表4 回弹法检测下游地下连续墙混凝土强度检测成果

通过检测数据可知，水毁修复工程采用的方案是可行的，施工机械的选型是合理的，施工过程的控制是有效的。

4.2 处理效果

工程完工后，经过2012年、2013年汛期洪水考验，尾水河道地形未发生明显性改变，工程运行情况良好。

5 结语

水利工程发生损毁的原因各有不同，要对其造成损毁的病害机理进行针对性安全诊断、评估、综合分析，进而提出相应的可供备选的修复方案。在此基础上对方案进行技术与经济上的比较，方案比选的重点在于工程修复后运行效果的可靠性程度。∏型钢筋混凝土地下连续墙在白龟山水库溢洪道尾水河道水毁工程修复中做了探索性的尝试应用，达到了良好的效果，将为今后同类修复工程提供有益的可借鉴经验。■

SL 379—2007水工挡土墙设计规范［S］．