幸福水库治理工程薄壁抓斗施工问题探讨

刘 斌

(江西星光建设工程有限公司，南昌 330025)

0 引 言

薄壁液压抓斗法防渗墙置换建槽成墙施工技术自20世纪90年代出现后，就因施工速度快、造价低，适用于均值土壤、硬质土壤和砂砾石成槽施工等技术优势而广泛应用，在成槽过程中通过泥浆护壁，清孔换浆并达到设计要求后灌注混凝土。实践经验表明，单台液压抓斗成槽机械平均施工工效可达125m2/d，开槽深度可达65m以上。该项施工技术已经在国内水利工程中得到广泛应用，防渗加固效果良好。

1 工程背景

幸福水库位于南昌市新建县幸福村赣江支流铜源河上，水库枢纽主要包括土坝、溢洪道、输水涵管等水工建筑物，水库总库容2069万m3，控制流域面积30.2km2，水库主要承担灌溉、防洪、泄洪、养殖等功能。水库工程所在区域为构造剥蚀低山丘陵地貌，坝址处为典型的盆地地形，两岸岸坡山体风化严重，坝址下游冲积平地平坦开阔，自上至下依次为含砂砾壤土、壤土和中粗砂卵砾石层。在运行过程中，幸福水库大坝、溢洪道及输水隧洞等建筑开始出现渗漏等病害，状况复杂，导致水库防泄洪功能功能显著下降。为此，本次施工招标主要进行水库大坝加固、溢洪道加固及东、西输水隧洞新建。

2 薄壁抓斗施工技术要点

2.1 施工准备

在正式施工开始前，必须进行幸福水库库区地质勘察，并基于此制定切实可行的施工方案。平整碾压施工场地后测量放样，通过全站仪进行导向槽开挖边线的测量定位，并采用白灰划出开挖施工线，结束开挖后还应再次复核。

由于所使用的水泥、砂、碎石料等原材料质量及配合比对混凝土流动性、和易性及凝结时间等影响较大，所以准备阶段还应当加强原材料性能检验及配合比设计；此外，泥浆是薄壁抓斗防渗墙施工中固壁及携渣的主要材料，成槽过程中泥浆发挥着重要的护壁、携渣、润滑及冷却作用，泥浆质量的高低直接影响成槽施工质量和施工安全。还必须进行固壁泥浆性能检测，以保证成孔及混凝土灌注施工质量。

综合考虑本水库治理工程地质条件，选择膨润土泥浆，泥浆设计配合比为膨润土: Na2CO3:水:CMC=70:1.8:1000:0.8(每m3用量，kg)，并通过BE-10型泥浆搅拌机搅拌，具体而言，在开启搅拌机前先注水，水面没过搅拌叶顶部后开启搅拌机，再投放膨润土和Na2CO3，持续搅拌1/2h后取样，进行泥浆性能检测并记录检测结果；再继续搅拌10min左右后再次检测泥浆性能，如果两次检测结果基本相同，则可结束泥浆制备。制备完成的泥浆还应经过20目筛网过滤后存入储浆池内，本工程膨润土固壁泥浆性能必须符合表1要求。

表1 膨润土固壁泥浆性能参数要求[1]

为提升施工工效，保证各孔防渗墙从开钻至混凝土灌注结束过程均不间断顺利进行，必须加强施工机械的合理配置，本工程薄壁抓斗施工所配置机械设备主要包括5台BH-6型抓斗钻机、2台冲击式反循环钻机、1台1.25m3挖掘机、1台ZL-40B装载机、1台ZL-50B装载机、4辆6m3混凝土输送车、2台QY-16吊车、2台BE-10泥浆搅拌机、2台4PN泥浆泵、2台GB-40B钢筋弯曲机、2台CQ-40型钢筋切断机、2台GTφ4-14钢筋调直机、3台BX1-330交流电焊机、1台UN1-75对焊机、1台400kVA变压器、1台120kW发电机和2台JS-750型搅拌机。

2.2 造孔成槽、终孔及清孔

2.2.1 造孔成槽

本水库治理工程坝顶高程180.8m，防渗墙设计顶高程180.5m，结合工程实际，将造孔成槽施工平台设置在180.5m处。通过挖掘机将坝顶高程降至180.5m，所开挖出的土方填筑在坝顶两侧并碾压至设计密实度，达到加宽坝顶的目的，加宽后坝顶宽度达10-12m，满足液压抓斗正常通行、抓臂回转等宽度要求。对于密实度低、承载力差的碎石土必须掺配水泥置换至均质土体，并在其上加铺厚度25cm的碎石层，为液压抓斗行走创造条件。出于环境保护和文明施工考虑，还在坝轴线下游侧增设与防渗墙轴线平行的排水沟，并按35m间隔修建与防渗墙轴线垂直的排水沟，下方连接至下游坝脚处污水池。

防渗墙各项指标控制以导槽为基准，导槽具有防渗墙轴线标定、固壁泥浆液面稳定、槽口两侧土体支撑、承受顶拔接头管集中应力等作用，本治理工程导槽采用“┓┏”断面形式，具体见图1，导槽为C20钢筋混凝土墙体，槽口设计宽度45mm，深70mm，顶宽100mm，顶厚20mm。

防渗墙成槽是控制施工薄壁抓斗施工速度的关键环节，本水库治理工程防渗墙成槽采用工效8-15m2/h的BH-6型抓斗钻机，并配合钻进工效0.5-1.0m/h的冲击式反循环钻机应对坚硬基岩和孤石。槽段总长3.5-6.5m，其中合拢段长3.5m，其余段长6.5m，通过三抓法成槽施工，先抓取槽段左右两侧主孔、后抓取中间副孔成槽，具体过程详见图2。

图1 导槽结构示意图

图2 三抓法成槽施工示意图

在造孔成槽前还应采用红色油漆在导墙顶面标出槽段中线，再用石灰标出边界控制线，还应重点检查抓斗油泵、钢丝绳等处，保证其部件连接及抓斗性能可靠。成槽施工过程中必须加强抓斗水平位置及垂直度控制，如果偏差超出允许范围必须立即纠偏，保证抓斗紧贴基坑测导墙成槽，并在抓斗斗体靠近导槽时减缓抓斗下沉速度，并避免抓斗和导槽发生碰撞和摩擦，待抓斗入槽后加速，临近槽底时减速[2]。

2.2.2 清孔

待槽孔终孔后全面检查孔位、孔深、孔斜、槽宽、槽底岩性及套接厚度等，验收合格后通过清孔抓斗直接抓取孔底淤渣的方式清孔换浆。在结束换浆后的1h内，还应再次检查槽孔内泥浆性能指标，并确保槽底淤积厚度在10cm以内，结束清孔换浆前应采用刷子钻头进行槽孔端头泥皮等的分段洗刷，并当刷子钻头不带泥屑，槽底淤积层厚不再增加时结束。

2.3 浇筑混凝土

清孔结束后在槽孔内下内径200mm的混凝土灌浆导管，长度7.5m的一期槽段下三套灌浆导管，并将两侧导管和槽端的距离控制在1.0-1.5m；长度8.2m的二期槽段因采用的是套接抓头形式，也下设三套导管，两侧导管和孔端的距离控制在1.0m，导管间距在3.5m以内。一期槽段和二期槽段内下设的灌浆导管底部与槽孔底板间距均控制在0.25m以内，如果槽底高差超出0.25m，则应将灌浆导管设置在最低位置。在进行混凝土灌注前还应将一可浮起的隔离球置入导管内，先灌注水泥砂浆，后灌注混凝土，将塞球挤出后埋住导管底端，防止水泥砂浆和混凝土发生混合。持续灌注期间按照30min和2h的时间间隔测量混凝土液面及导管内混凝土面，并依据混凝土液面上升速度调整导管提升尺寸。埋入混凝土浆液内的导管长度应控制在1.0-6.0m范围内。待槽孔内混凝土液面升至槽口后，通过泥浆泵将浓浆抽出后提升导管，通过导管埋设深度的减小增大混凝土浆液冲击力。待混凝土液面高出设计墙顶标高50cm后停止浇筑，拔除导管。

2.4 槽段接头处理

本水库治理工程薄壁抓斗施工过程中相邻槽段通过接头管方式连接，搭接尺寸具体见图3，在安装接头管之前必须逐段检查和清理接头管，合格的接头管通过汽车吊装至槽口连接。安装时必须准确定位接头管中心线，并以垂直方式缓慢匀速下放，待其与槽底相距50cm时快速插装。为避免混凝土浆液从侧底部流出，还应在接头管背面填粗砂，并采用木楔将接头管上部和导墙塞紧。在混凝土浇筑结束2-3h后起拔机以400MPa的起拔力夹紧接头管后轻轻顶拔并回落，顶拔尺寸为10cm/次，顶拔长度达0.5-1.0m后若接头管无任何混凝土浆液涌出迹象，则应将顶拔频率调整为30min拔出1.0-1.0m，最后将接头管全部拔出并冲洗干净，以备循环使用[3]。

图3 槽段接头示意图

3 结 论

幸福水库治理工程薄壁抓斗防渗墙施工过程中共浇筑混凝土5246m3，在施工过程中因砂层较厚，泥浆浓度大、比重小，钻速过快等原因，而导致塌孔1槽，调整施工方案后情况明显扭转，并未对施工工期、质量及施工安全造成不利影响。施工结果也表明，防渗墙成槽工艺的合理性及所制备泥浆的性能高低是影响薄壁液压防渗墙成槽施工质量的关键，还应加强混凝土灌注方法的选择以避免防渗墙体病害的发生。