張 治,葉良裕

(1.寧波市鄞州區(qū)水利水電勘測設(shè)計院,浙江 寧波 315192;2.寧波市鄞州區(qū)甬新河管理所,浙江 寧波 315104)

1 工程概況

西岙水庫位于寧波市鄞州區(qū)集士港鎮(zhèn)四明山村,水庫建于1958年,是1座以防洪、灌溉為主結(jié)合養(yǎng)殖的小 (1)型水庫。西岙水庫上游集雨面積2.639 km2,設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為500 a一遇,正常庫容121.48萬m3,總庫容146.06萬m3。水庫樞紐工程主要由大壩、溢洪道和輸水隧洞等組成。大壩為黏土心墻壩,最大壩高19.90m,壩頂長188.20 m,壩頂平均寬4.70 m,壩頂高程32.75～33.15 m,大壩前后坡均有干砌塊石護坡,壩腳設(shè)排水棱體。

根據(jù)2008年12月《西岙水庫維修加固工程地質(zhì)勘察報告》及 《西岙水庫大壩安全技術(shù)認定報告書》,心墻土平均壓實度為0.90,以中等透水性為主,滲透系數(shù)為10-4～10-3cm/s,不能滿足《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL 274—2001)的防滲要求。經(jīng)安全技術(shù)認定為2類壩,需進行維修加固。

2 防滲墻設(shè)計

2.1 方案比選

根據(jù)西岙水庫實際情況,大壩黏土心墻防滲體及壩體與壩基接觸帶存在滲漏問題,大壩防滲的主導(dǎo)思想就是截斷壩體土、壩體土和壩基基礎(chǔ)帶之間的滲漏通道。大壩防滲加固處理的主要方法是垂直防滲,垂直防滲方案中又有混凝土防滲墻方案(方案1),帷幕灌漿結(jié)合高壓噴射灌漿方案(方案2)以及帷幕灌漿結(jié)合充填灌漿方案(方案3),選擇以上3種方案進行比選,比選方案優(yōu)缺點見表1。

根據(jù)此工程及鄞州區(qū)水利工程的實際情況,考慮水庫防滲加固的綜合效果分析,此工程設(shè)計采用方案1混凝土防滲墻方案作為推薦方案。

表1 比選方案優(yōu)缺點比較表

2.2 防滲墻布置

由于防滲墻施工作業(yè)的需要,首先需降壩處理,該工程需先將大壩降至30.50m高程,防滲墻軸線布置壩軸線上游0.70 m處,防滲墻澆筑頂高程30.50 m,墻底深入弱風(fēng)化基巖0.50 m。根據(jù)地質(zhì)剖面,防滲墻底高程最低為2.00 m,防滲墻最大墻深28.50 m,平均墻深25 m。大壩加固標(biāo)準(zhǔn)橫剖面見圖1。

圖1 大壩加固標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖

2.3 墻體材料

由于該工程防滲墻布置在壩體中,如采用常規(guī)混凝土防滲墻,則因彈性模量較高,與周邊的壩體填筑土不相適應(yīng),不能適應(yīng)較大的變形而引起應(yīng)力集中,產(chǎn)生的拉應(yīng)力將使混凝土防滲墻出現(xiàn)裂縫,影響防滲效果,所以防滲混凝土墻體材料采用低彈?；炷?以適應(yīng)不均勻受力及較大的變形。根據(jù)防滲墻應(yīng)力應(yīng)變計算成果,同時根據(jù)同類工程已建防滲墻的施工經(jīng)驗,防滲墻混凝土抗壓強度不大于8 MPa,抗拉強度不低于0.80 MPa,彈性模量不大于7 000 MPa,混凝土抗?jié)B等級采用W6。為此,低彈?；炷恋呐浜媳燃巴饧觿?、摻料量應(yīng)通過試驗確定。為了防止防滲墻在壩體內(nèi)出現(xiàn)不均勻沉陷導(dǎo)致壩體產(chǎn)生裂縫,在防滲墻頂設(shè)壓縮性較大的高塑性土,并在防滲墻墻頭包1層黏性土,以防止壩體土與防滲墻的接觸面發(fā)生接觸沖刷。

2.4 防滲墻厚度驗算

防滲墻在上游滲透壓力作用下,其耐久性取決于機械力侵蝕和化學(xué)溶蝕作用,由于這2種侵蝕破壞作用均與水力梯度有密切關(guān)系,因此在防滲墻設(shè)計中根據(jù)防滲墻破壞時的水力梯度來確定防滲墻的厚度。防滲墻的厚度同時還應(yīng)考慮到地質(zhì)情況、施工設(shè)備及工程造價等因素。該工程經(jīng)綜合考慮,防滲墻厚度取為60 cm。

式中:[J]允為允許水力梯度,取[J]允=60;[J]為計算水力梯度;H為上下游水頭差,取 H=18 m;t為墻厚,取0.60m。

經(jīng)計算,[J]=30＜60,滿足要求。

2.5 槽段及接頭

防滲墻槽段分為Ⅰ序槽段和Ⅱ序槽段。槽段劃分應(yīng)盡量長些,可使墻段接頭較少,有利于快速、均勻施工。根據(jù)地質(zhì)縱向剖面,壩基巖層較平坦,同時考慮施工方便,槽段劃分長度為7.80 m,共分24個槽段。Ⅰ序槽段與Ⅱ序槽段接觸段長度為0.60 m,Ⅰ、Ⅱ序槽段間隔布置,槽段間接頭采用鉆鑿法施工。

2.6 耐久性驗算

當(dāng)防滲墻體受上游滲透水侵蝕作用下,混凝土中氫氧化鈣會不斷溶出,導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)疏松,逐步喪失結(jié)構(gòu)強度。設(shè)計采用梯里比斯建筑物與水能科學(xué)研究所公式驗算墻體使用年限T:

式中:L為滲徑長度(墻厚),取L=0.60m;K為混凝土滲透系數(shù),取4.0×10-3m/a;H為上下游水頭差,取H=18 m;C為每1m3混凝土水泥用量,取280 kg/m3;α為混凝土強度降低50%時,滲過混凝土水的體積,取1.8 m3/kg;β為安全系數(shù),取 30。

經(jīng)計算,T=84 a,滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求。

2.7 壩肩處理

壩肩與壩體防滲墻的連接采用C20鋼筋混凝土防滲墻結(jié)構(gòu),混凝土防滲墻伸入C20鋼筋混凝土防滲墻2 m。C20鋼筋混凝土防滲墻座落于新鮮基巖上,并設(shè)φ 25錨筋,梅花型布置,與基巖形成整體。C20鋼筋混凝土防滲墻與混凝土防滲墻接觸處設(shè)止水銅片以形成封閉的防滲系統(tǒng),從而達到防滲和加固的目的。

3 防滲墻施工

該工程防滲墻防滲面積4 186 m2,墻長187.2 m。根據(jù)工程實際情況,劃分為24個槽段,每個槽段長7.8 m。采用間隔分序法施工,先建造1,3號單號槽段混凝土墻,接著造2號雙號槽段混凝土墻,依次進行,最終連接成1道防滲墻體。施工主要工流程:施工準(zhǔn)備—場地平整加固—構(gòu)筑導(dǎo)墻施工平臺—鋪設(shè)軌道—組裝造孔鉆機—槽段造孔—清孔換漿—下設(shè)澆筑導(dǎo)管—澆筑混凝土—鉆鑿接頭孔。

3.1 施工平臺的布置

抓斗施工平臺設(shè)置在防滲墻軸線兩側(cè),原壩頂平均寬度只有4.7m,不能滿足抓斗所需施工平臺寬度的要求,需對大壩進行降壩處理,防滲墻施工完畢后,再恢復(fù)至設(shè)計壩頂高程。根據(jù)實際需要,防滲墻施工平臺高程定為30.5 m。首先挖除30.5 m高程以上部分壩體,施工平臺寬度約為13 m,再開始制作導(dǎo)向槽,導(dǎo)向槽采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)板梁,尺寸為0.6 m×0.5 m。鉆機軌道平行于防滲墻的中心線,上游側(cè)為混凝土澆筑平臺,下游側(cè)施工平臺要行走重型機械設(shè)備、吊機以及修補鉆頭、排水、出碴等。

3.2 鉆孔成槽

該工程防滲墻槽段長度為7.8 m,每個槽段內(nèi)有9個單孔,其中主孔為直徑0.6m的圓形孔,副孔寬度為1.20 m。工程共投入4臺CZ-20型沖擊式鉆機鉆孔。采用鉆劈法造孔成槽,先鉆進主孔,主孔終孔后,對副孔采用十字鉆頭劈打法施工。對于壩體土及基巖部分均采用沖擊十字鉆頭鉆孔。鉆機造孔施工控制指標(biāo):

(1)槽孔位置和輪廊尺寸?？孜黄睢? cm,鉆頭直徑、抓斗寬度不小于設(shè)計墻厚。

(2)孔斜。≤O.4%或設(shè)計值。

(3)入巖深度。滿足設(shè)計要求。

3.3 清孔換漿

3.3.1 固壁泥漿的生產(chǎn)與使用

在鉆孔成槽的同時開始泥漿的生產(chǎn)。在制漿過程中適當(dāng)摻加膨潤土,改善泥漿性能,所需黏土和水的重量,按試驗室提供的配合比進行配制,加量誤差值不得大于5%。黏土泥漿采用500 L臥式攪拌機攪拌,攪拌時間不少于30 min。泥漿攪拌后在儲漿池內(nèi)放置24 h以上,待黏土顆粒充分水化、膨化后使用。儲漿池內(nèi)的泥漿,要經(jīng)常用高壓空氣噴吹翻動,以保持泥漿性能指標(biāo)均一。使用安裝在儲漿池中的3PS泥漿泵,將泥漿輸送至槽孔中或混凝土攪拌系統(tǒng)內(nèi)的儲漿桶中。

3.3.2 基巖面鑒定及終孔

當(dāng)主孔孔深鉆到接近地質(zhì)剖面預(yù)測的位置 (或手挾鋼繩感覺地層變硬)時,即開始取樣,此時可每隔0.5～1.0 m取1次樣,當(dāng)樣品中基巖含量為20%～40%時,可初步確定為基巖面,往下鉆進每20 cm取1次樣。按順序、深度、位置進行編號。巖樣應(yīng)一次比一次新鮮,最后一次巖樣中弱風(fēng)化基巖成分不少于90%。便可以終孔。副孔可參照主孔深度和基巖面鑒定來確定孔深。

3.3.3 清孔及驗收

槽孔鉆掘完成后,須在混凝土澆筑前清理干凈鉆渣。清孔采用掏換方法或泵吸法,即用抽筒從孔底提取廢漿,新漿從槽口補入槽內(nèi),先淺后深,反復(fù)多次,直至槽內(nèi)漿液、沉淀厚度合格為止。二期槽接頭孔在清孔換漿結(jié)束前,用專用的刷子鉆具刷洗、清除混凝土接頭孔孔壁上的泥皮,刷子鉆頭直徑略大于造孔鉆頭直徑,以刷子鉆頭基本上不帶泥屑,孔底淤積不再增加為合格標(biāo)準(zhǔn),而后進行下一道工序施工。清孔換漿施工控制指標(biāo):

(1)接頭沖刷。上下提動鋼絲刷沖刷,直至鋼絲刷不再帶有泥屑,測量孔底淤積不增加。

(2)孔底淤積。清孔換漿1 h后孔底淤積厚度≤10 cm。

(3)泥漿性能指標(biāo)。造孔泥漿密度為1.1～1.2 g/cm3,含砂量＜5%,粘度18～25 s;清孔泥漿密度為 1.1～1.15 g/cm3,含砂量＜5%,粘度18～20 s;清孔驗收抽樣泥漿(距孔底1.0 m取樣)密度≤1.3 g/cm3,含砂量≤10%,粘度≤30 s。

3.4 混凝土澆筑

防滲墻低彈?；炷恋呐浜媳雀鶕?jù)試驗確定,試驗配合比為 (水泥:339 kg、砂:690 kg、碎石:878 kg、膨潤土:85 kg、水:362 kg、外加劑:4.24 kg)?；炷翉臄嚢枵境隽虾?用拖式混凝土泵直接輸送到施工平臺的儲料斗里,通過儲料斗的卸料槽流入導(dǎo)管漏斗?；炷翝仓捎谩爸鄙龑?dǎo)管法”,導(dǎo)管2套,導(dǎo)管內(nèi)徑為φ 250 mm,壁厚4 mm,間距3 m。導(dǎo)管組裝后,進行密閉承壓試驗,提升導(dǎo)管采用吊機作業(yè)。澆筑過程控制指標(biāo):

(1)導(dǎo)管埋入混凝土的深度不得小于1m,不宜大于6m。

(2)混凝土面上升速度不應(yīng)小于2 m/h。

(3)混凝土面應(yīng)均勻上升,各處高差應(yīng)控制在0.5 m以內(nèi)。

(4)終澆高程高出設(shè)計高程0.5 m。

3.5 槽段連接

盡量減少墻段的連接縫,增加墻體的整體性。一期槽孔澆筑完畢后,等已澆混凝土達到初凝后,采用套打—鉆的方法,使成墻后二期槽孔與—期槽墻體搭接0.6 m,以保證墻體的連續(xù)性,且使搭接處滿足設(shè)計墻厚。

4 防滲墻質(zhì)量檢測

防滲墻質(zhì)量檢測內(nèi)容包括接頭質(zhì)量、墻體密實性能、滲透性能和混凝土性能等指標(biāo)是否符合設(shè)計要求。檢測常規(guī)方法有機口取樣測定混凝土的坍落度,并制模做抗壓強度、抗折強度和彈性模量試驗,是否滿足設(shè)計要求;成墻28 d后,墻體鉆孔取芯做混凝土抗壓、抗拉、彈模試驗和滲透試驗,檢查墻體的均勻性是否存在缺陷等。

低彈?；炷辆|(zhì)性和密實性以及槽段和槽段之間的結(jié)合情況采用超聲波 (RS-ST01C非金屬聲波儀)進行檢測,采用雙孔一發(fā)一收和單孔的一發(fā)雙收檢測相結(jié)合的辦法,其中單孔測試作為雙孔的單發(fā)單收的參考,共對5,6,17號槽段共3個孔進行了檢測 (詳見表2)。檢測結(jié)果表明,所有孔段混凝土波速正常,均質(zhì)性、密實性好。

表2 3個對孔的聲速范圍及其統(tǒng)計值匯總表

5 結(jié) 語

低彈?；炷练罎B墻應(yīng)用于西岙水庫維修加固工程中,從實際效果來看,有效解決了大壩壩體、壩基滲漏問題。實踐表明:這種技術(shù)具有施工速度快,施工質(zhì)量可靠,防滲墻防滲性能好,彈性模量低,極限變形大,與周圍土體變形協(xié)調(diào)等諸多優(yōu)點,在小型水庫維修加固工程中值得推廣。隨著低彈膜混凝土防滲墻技術(shù)的迅速發(fā)展,施工設(shè)備的不斷創(chuàng)新和完善,其用途將日益廣泛。