库区防护工程的液压抓斗造孔成墙施工

王 东

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃 兰州 730030）

0 引言

石板沟水库工程规模小型（1），工程级别Ⅳ等，总库容190.2 万m3。水库内引水建筑物、泄水建筑物、挡水大坝等永久性建筑物均按照4 级设计，而次要建筑物与临时性建筑物均按5 级设计，此外，整个石板沟水库工程抗震设防烈度为8 度。石板沟水库位于金强河上游左岸支流石板沟上，河道全长约9.25km，坝址以上流域面积25.5km2，河道比降64.9‰，流域呈狭长叶状，流域大部由杂草覆盖间有灌木丛，疏密度由上游向下游逐渐递减，植被条件一般，总地势由北向南倾斜。坝址处多年平均径流量为255 万m3，年平均流量为0.08m3/s，多年平均入库泥沙为0.6375 万t。石板沟水库区域日照短、气温低，天气多变，年降水量413.9mm，最大一日降水量46.2mm；平均蒸发量1523.8mm；相对湿度59%。石板沟水库工程区域地势总体北高南低，属河谷型带状水库山体，海拔一般在2900～3100m 之间，相对高差100～300m，河谷底宽约150～350m 不等，河床自然比降4%～6%。

石板沟水库为新建水库，为确保库区投入使用后能够切实发挥出优异的防护作用，在水库建设期间，对石板沟水库实际条件进行分析，经综合考量后，最终选取采用液压抓斗造孔成墙施工技术构筑防渗墙，对防护区进行除险加固[1]，以此提升水库防护效果，降低汛期险情发生率。

1 液压抓斗造孔成墙施工技术的优点

液压抓斗造孔成槽工艺为水库防护工程中常用的技术工艺，其工作原理是借助高压胶管，使液压压力逐渐传输给抓斗，在抓斗启闭操作下，进行造孔成槽成墙。该施工技术适用于砂砾石、硬质土壤、均值土壤，在成槽施工期间，需做好泥浆固壁施工，并于槽段施工结束后清孔换浆，经检查达标后，进行混凝土灌注工作。该技术施工快捷，工期较短，且造价相对较低，具有较强的综合效益。

2 液压抓斗造孔成墙施工技术应用

液压抓斗造孔成墙施工技术，需在做好前期施工准备的基础上，重视造孔施工、成槽施工、泥浆固壁、混凝土灌注、接头处理等关键步骤，严格按照施工方案规范施工行为，控制好技术工艺参数，确保防渗防护效果。

2.1 施工前期准备

在液压抓斗造孔成墙正式施工前，需对库区施工场地进行平整处理，对现场地质勘测资料整理检查，并再次检查施工方案，切实符合库区防护实际情况。完成以上工作后，对人力、设备、材料进行管理控制。（1）人员管理：检查各工种上岗资格证，组织技术交底培训工作，确保施工人员能够按照标准规范进行施工。（2）设备管理：组织设备试运行，检查设备性能及参数，并进行必要的设备维护，确保抓斗成槽机、冲击钻、泥浆搅拌机、泥浆泵、冲击锤、空压机等设备，能够在施工期间保持最佳运行状态。（3）材料管理：按照施工阶段规划，制定材料进场方案，并组织材料质检工作，将材料质检过程与结果详细记录，质量未达标材料不可进场，杜绝因材料缺陷而引发的施工问题。

2.2 造孔施工

为提高库区防护效果，提升水库工作安全性，石板沟水库工程按照堤防高程设置墙顶高程，开始施工前，将液压抓斗转移至相应高程位置处，同时运用挖掘机调整堤顶高程，所挖除的土方可用于夯实堤防，并运用压路机进行碾压，以此拓宽坝顶，提升堤防密实度。石板沟水库防护工程中，部分堤坝承载力、密实度有所下降，在造孔施工时，将水泥与黏土拌和，用于置换碎石土，以此提升堤坝承载力、密实度。此外，为便于液压抓斗设备行走，需准备碎石，将其均匀铺至坝顶部位，铺设20cm 左右即可，待堤坝拓宽且铺设碎石后，其宽度约增加11m，可使液压抓斗设备能够安全通过，并满足设备抓臂回转操作需求。近年来强调绿色施工，运用液压抓斗设备进行造孔时，为避免污染，需将液压抓斗设备置于下游位置，并设置垂直于堤轴线的排水沟，施工期间所形成的废水、废渣、废浆都将沿排水沟排至下游污水池，于施工结束后，对废水、废渣、废浆进行集中处理。

2.3 成槽施工

2.3.1 导向墙施工

对石板沟水库工程水文地质资料进行充分分析，需使泥浆液面低于导向墙20cm，并高于地下水位约100m，因此，要求导向墙能够埋入原状土至少20cm，且导向墙设计深度应控制在150cm。防渗墙施工时，为控制开槽准确度、垂直度、平直度等，应进行导向墙施工，起到开槽参数导向的作用，还可为顶拔接头管、成槽设备提供支撑作用，同时还可稳定泥浆面及地表土层，避免出现槽口塌方问题[2]。在石板沟水库防护工程液压抓斗造孔施工中，导向墙施工直接决定防渗墙施工精度，因此，在导向墙施工前，必须进行技术交底，做好定位放线工作。为确保锁口管、抓斗钻头顺利进出，导向墙定位放线时，应在中轴线两侧适当放宽3cm 左右，同时将导向墙垂直度误差值控制在±8.5mm 以内，而导向内墙面平整度误差值需控制±3.0mm 以内，导向墙高差误差值不可高于±5.0mm，导向墙轴线误差值需控制在±10mm以内。除此之外，导向墙顶部应高出路面10cm 左右，以此防止雨水流入导槽而污染泥浆。导向墙施工过程中，需尽可能使土体保持直立垂直开挖施工，若受到条件影响无法直立垂直开挖，则应在外模板帮助下进行施工，并于混凝土强度达标后，运用黏土将其夯实。待外模板拆模后，以2m 为间隔设置圆木支撑（直径8cm），同时回填土方。在导向墙施工期间，若混凝土尚未达到强度标准前，重型机械不可进入导向墙施工区域，避免导致导向墙变形。

2.3.2 开槽施工

在石板沟水库工程中，槽断面为“┓┏”状，槽口宽度为0.5m，深度为1m，导向墙钢筋混凝土材料为C20规格，墙体顶厚、顶宽分别为0.4m、1.0m。在成槽施工中，需应用液压抓斗设备抓取硬质基岩及大块孤石，因此，选用高性能设备，液压抓斗工效为11～16m2/h，同时配备冲击式钻机，以保障成槽施工效果[3]。施工中采用“三抓法”，按照槽段左侧主孔、槽段右侧主孔、中间副孔的顺序展开成槽施工。在正式施工前，可运用红漆标注槽段中心线，同时运用石灰划出边界控制线，并检查液压抓斗设备的钢丝绳、油泵、连接等部位，成槽施工2000m2后，需运用黄油保养钢丝绳。开槽施工过程中，需严格控制液压抓斗的垂直度及高度，做好开槽控制，在开槽期间，运用监测设备观察轴线偏差情况，若发现偏差超出标准，则需立即纠偏，确保开槽平整性及垂直度。完成开槽施工后，需沿基坑侧导墙将液压抓斗缓慢放下，匀速入槽，避免抓斗接触导槽而降低槽壁平整性。

2.4 泥浆固壁

2.4.1 泥浆制备

石板沟水库防护工程泥浆制备时，运用2000L 规格的泥浆搅拌机，泥浆制备效果可直接影响泥浆固壁质量，因此必须重视泥浆制备工作。在制备泥浆期间，应控制复合膨润土计量偏差低于5%，泥浆黏度参数处于20～40s范围内，将泥浆比重控制在1.04～1.25 范围内，PH 值处于8～13 范围内为佳，此外，泥浆失水量不可高于1mm/3min，含沙量需低于4%。完成泥浆制备后，应注意保护泥浆，不可使黏土、泥皮、雨水混入泥浆内，避免土体与混凝土内钙离子、阳离子混入泥浆而出现变质问题。泥浆质量不佳可能会导致槽壁坍塌问题出现，因此，必须重视泥浆制备工作。在石板沟水库工程中，泥浆材料为膨润土、CMC 复合材料、纯碱、水，按照70∶0.8∶1.8∶1000 的比例制备泥浆，准备好CMC 复合材料溶液，使其静置5h 后取用，按照比例将膨润土与拌和用水添加至搅拌筒内，持续搅拌3min 后，将静置完毕的CMC 复合材料溶液加入其中，持续均匀搅拌10min 或加入纯碱，上述材料按照比例及顺序完成均匀搅拌后，需将新制备的浆液转移到储浆池内，将其静置24h，待泥浆内膨润土颗粒发生膨胀反应后，即可将泥浆浆液转移到循环池内备用，而在静置过程中，需经常性搅动浆液，避免出现沉淀。

2.4.2 泥浆固壁施工

泥浆浆液在泥浆固壁施工中，主要具有携渣、固壁、护壁、切土润滑、切削刃冷却的作用，在石板沟水库防护施工中，严格控制泥浆制备材料配比，并通过试验进行了配比检验，从多种配比组合中选取了最佳方案，以此保障了泥浆质量。由于该次石板沟水库防护工程的主要目的在于除险加固，提高库区防护区防渗效果，在坝肩位置增设了沉淀池、废浆池、浆液池，此外，泥浆制备系统内还包括储浆池、循环池，为保障泥浆制备效果，还需在池内壁、池底铺设防渗膜。在液压抓斗成槽施工期间，可在循环泵的帮助下，将泥浆浆液泵送至开挖槽段，并于成槽开挖期间，使泥浆浆液按照设计速度逐渐注入其中。在泵送泥浆浆液时，需控制泥浆浆液液面与导墙顶部存在40cm 左右的距离，待槽段开挖结束后，泥浆将会起到固壁、护壁效果，而在此期间有多余泥浆被抽送至沉淀池内，此时需将多余泥浆转移至循环池，便于后续循环应用。

2.5 混凝土灌注

造孔成槽施工结束且泥浆浆液起到固壁、护壁效果后，需进行清孔换浆，在液压抓斗设备帮助下，抓出槽孔底部余土与沉渣，辅以吸浆泵，采用反循环法，使槽底淤泥在吸浆泵作用下被吸出。运用刷壁器将墙段混凝土周边的凝胶物等杂物清除后，需运用液压抓斗设备再次进行清底。完成清底工作后，需进行混凝土灌注施工，检查混凝土材料抗渗性能及强度等级，确定材料符合施工要求后方可进行施工作业。混凝土灌注时，应将塌落度控制在20cm 范围内，允许误差±2cm，扩散度应控制在35～40cm 范围内，材料密度所允许最低值为20kN/m3，正式灌注施工前，需组织取样试验，按照各槽段情况制作抗渗试块与抗压试块，试块制作结束后需养护28d，并将抗渗试块与抗压试块送检。在石板沟水库防护工程中，采用“直升导管法”组织混凝土灌注施工，因此，为保障灌注施工效果，需准备20cm 内径规格的导管，并使其在0.6MPa 压力状态下进行密封试验，密封性符合施工标准后，准备球胆直径低于20cm 的充气球，将其置于导管内起到隔水栓的效果，按照注浆设计速度及注浆量灌注混凝土与浆液时，充气球受到注浆作用，卡在导管底部，在充气球隔绝效果下，泥浆将不会返回导管。随着灌注施工的持续进行，混凝土面将会匀速缓慢上升，待混凝土面与槽口仅余4cm 左右距离时，可运用泥浆泵设备，将浆液逐渐抽出，并使浆液转移到废浆池内，抽出浆液后匀速提升导管，混凝土面达到设计高程后，即可停止灌注，并将导管拔出[4]。

2.6 接头处理

将槽段接头运用接头管连接，在接头连接处理期间，需运用汽车进行吊装，为保障接头处理效果，需做好管中心线定位工作，待接头管被吊装至槽底上方0.5m处时迅速下放，在接头管自重作用下快速插入槽底。为避免接头管底部侧面有混凝土材料漏出，可运用木楔塞紧导墙与接头管之间的缝隙，同时运用起拔机（压力至少为400MPa）夹住接头管，待混凝土灌注结束2～3h 后，以10cm 为间隔进行顶拔，直至接头管无涌浆现象后，按照10m/30min 频率进行顶拔。

3 结束语

石板沟水库工程为确保库区投入使用后能够表现出优异的防护效果，决定采用液压抓斗造孔成墙施工技术构筑防渗墙，以应对汛期，避免险情出现。在施工期间，按照标准技术流程进行施工，规范施工人员操作行为，严格按照要求进行细节操作，最大限度保障了施工质量。液压抓斗防渗墙构筑完成并投入使用后，发现该防渗墙防护效果优异，达到预期目标，能够良好完成除险加固任务。