［美國］F.桑提蘭

沃爾夫克里克壩(又稱狼溪壩)位于美國肯塔基州中南部坎伯蘭河上。大壩主要功能為發(fā)電、防洪、供水及提高坎伯蘭河系及周邊水質效益。大壩庫區(qū)亦是休閑勝地，吸引游客人數(shù)(489 萬)超過黃石國家公園(287 萬)。

大壩為碾壓土石壩和混凝土重力壩混合結構，壩長1 748 m，基礎以上最大高度79 m。大壩于1938 年開始設計，1952 年建成。

大壩下游面建有一座發(fā)電廠房，裝有6 臺發(fā)電機組。127 號國家公路從大壩頂部通過。當大壩形成的坎伯蘭水庫最大庫水位232 m 時，其庫容為75億m3，是密西西比地區(qū)東部最大的水庫，也是美國第九大水庫。

1 面臨的挑戰(zhàn)

大壩及水庫均位于嚴重的巖溶基巖上，且發(fā)現(xiàn)石灰?guī)r床下有較大巖溶空洞。

1968 年，發(fā)現(xiàn)尾水渠有渾水流出，土壩下游壩趾附近出現(xiàn)兩個陷坑，這表明水庫出現(xiàn)嚴重滲漏問題。經地質調查后查明壩址所在地屬巖溶地質，其特點是石灰?guī)r壩基中有一個范圍廣泛的相互連通的巖溶渠道網(wǎng)絡，是造成滲漏的主要原因。另外，巖溶注漿填充材料發(fā)生管涌、大壩覆蓋層及土堤塌陷也是造成大壩滲漏的原因。

為解決滲漏問題，美國陸軍工程師兵團(USACE)起草了一份“主要修復報告”，對幾個提高大壩長期穩(wěn)定性的方案進行了評估。根據(jù)該報告中的分析，推薦運用現(xiàn)代技術新筑一道混凝土地下連續(xù)防滲隔墻，以提高防滲效果。新墻將從緊靠最右端混凝土壩段的上游面開始，并一直延伸到右壩肩，比原防滲墻長503 m，且新墻深度均超過老墻最深段，大部分要比老墻深23 m。

2007 年1 月底，USACE 將該壩定為“高破壞風險”項目，并啟動了一項總資金為5.84億美元的修復計劃，以使大壩恢復正常運行。修復工程施工期間，水庫水位高程始終保持在207 m，比最大庫容時的水位低27 m，且該水位一直保持到施工結束為止。該修復工程低水位施工給當?shù)亟洕斐闪司薮笥绊憽?/p>

2 解決方案

2008 年，特雷維科－法國地基合資公司(TSJV)簽訂了總價值為3.41億美元的主合同。該合資公司由下列兩家公司組成:一家是總部設在美國馬薩諸塞州波士頓的美國特雷維科公司，該公司為全球最大的地基承建商之一特雷維集團旗下子公司;另一家是法國地基建筑公司(Soletanche Bachy)，該公司為全球最大主承建商之一的達芬奇集團旗下子公司。

合同內容為建筑總面積達91 045 m2的混凝土地下連續(xù)墻。目前正在施工的大部分地下連續(xù)墻最小厚度為0.6 m，最大深度達84 m。施工采用創(chuàng)新技術，適合于變化的地質條件，諸如巖石強度變化范圍可從89.6～248.2 MPa，巖土混合條件下非巖厚度可達12.2 m。

連續(xù)墻施工需要運用5 種地基技術:鉆孔與灌漿、在土壩和石方中用雙輪反循環(huán)鉆孔開挖、定向鉆進、螺旋鉆進及反循環(huán)鉆進。這5 種施工工作同時進行，并嚴格遵守對墻體垂直度、各單元之間距離、強度以及尺寸等的要求。為保證地下連續(xù)墻質量達到設計要求，使需要的修復工作量最低，對質量管理水平提出了較高要求。即地下連續(xù)墻的主要性能指標應滿足以下規(guī)范要求:最小墻體厚度應達到0.61 m，最小各單塔接距離應為0.15 m，混凝土強度應達到13.79 MPa，滲透率則應達到1.3 × 10－5cm/s。

除此之外，墻體最大深度需達到84 m，且垂直度偏差必須控制在0.15%以內。

就施工順序而言，在地下連續(xù)墻動工前，需對基巖進行帷幕灌漿。灌漿深度為巖面下1.5 m至墻基下15 m，滲流封閉標準達到3.9 ×10－5～13 ×10－5cm/s，且灌漿施工與地下連續(xù)墻施工最少應保持161 m 的距離。另外，根據(jù)地質情況，設置危險施工區(qū)，若地下連續(xù)墻單元位于壩體4 個“關鍵區(qū)域”內，則各單元同時開挖的間隔應大于或等于27 m，非關鍵區(qū)域同時開挖施工間隔至少應為12 m。無論墻體施工區(qū)域如何劃分，進行墻體施都應特別小心，以防止大壩損毀。

已澆筑混凝土單元槽段的無側限抗壓強度至少應達到6.9 MPa后，才能進行附近新單元槽段的開挖。當混凝土澆筑單元的抗側強度達到13.8 MPa后，相鄰新挖單元才能進行開挖施工。

最后進行取心檢測，以檢驗墻體質量，包括單元中心取心及接頭取心;用于確定墻體滲透率的壓水試驗;采用電視成像技術確定薄弱區(qū)及混凝土強度。地下連續(xù)墻至少有25%的單元或接頭需進行取心檢測，以保證墻體滿足性能要求。

3 施工順序

為嚴格執(zhí)行承包協(xié)議書中的施工規(guī)范，TSJV 采用創(chuàng)新技術，分準備階段和施工階段進行施工。

施工前，TSJV 所采用的地下連續(xù)墻施工技術成功通過了兩項技術試驗，為該公司及該地區(qū)帶來更多收益。同時，該試驗可為受控環(huán)境中的任何項目建立學習曲線，并增強了將這些技術應用于此項項目的信心。

3.1 準備階段

為最大限度地減輕對大壩的損害，地下連續(xù)墻施工準備階段又可分為3 個步驟:①基礎灌漿，根據(jù)合同要求，采用鉆孔和高流動性灌漿料灌漿的辦法處理1.5 m以下的巖石基礎，而土壩壩底與巖石之間的界面則采用局部化的低流動性灌漿料灌漿;②利用雙輪反循環(huán)鉆機修筑一道厚1.8 m的混凝土保護墻(PCEW)，墻體高度為施工平臺頂部到巖石頂面的距離;③給定區(qū)域保護墻完成后，采用直徑為20 cm 定向鉆開始先導孔施工，從施工平臺穿過PECW 直達巖層深86 m 處。鉆先導孔旨在對巖面以下的巖土條件進行補充勘探，以便在地下連續(xù)墻施工前對存在問題的區(qū)域進行補充處理。同時，引導咬合樁施工只出現(xiàn)有限且可控制的偏差，這些咬合樁是形成連續(xù)防滲墻的施工組件。

準備階段完工后即開始地下連續(xù)防滲隔墻施工階段。

3.2 地下連續(xù)防滲隔墻施工階段

定向鉆進的先導孔施工是地下連續(xù)防滲隔墻準備與施工的基本部分。

在先導孔施工過程中，當鉆進深度達到86 m時，60%的單元槽段從原定最大偏差指標21 cm 明顯提高5～7 cm，取得較大進展，解決了定向鉆施工中的鉆孔偏斜的問題，無需進行修補。在TSJV 完成70%單元槽段(幾乎達900 個)的施工中，僅使用了2 個補救樁，且均出現(xiàn)在施工之初。

某一區(qū)段內定向鉆進的先導孔完成后，即利用反循環(huán)鉆機(RCD)對直徑為127 cm 的鉆孔咬合樁進行預鉆，隨后利用護筒(stinger)進行擴孔。該技術的優(yōu)勢是先導孔可以引導鉆機。一旦先導孔完成，就能確定咬合樁的方位，從而使得地下連續(xù)防滲隔墻需要澆注的槽段單元滿足施工要求。因此，如果先導孔完工后，孔形不能滿足要求，也可重新鉆一個先導孔，而不會浪費過多的時間及資金。施工中僅有少數(shù)情況下，會在最后20～30m 出現(xiàn)超過合同規(guī)定的誤差。且在此情況下，TSJV 可通過反循環(huán)鉆進技術將咬合樁施工較好地控制在允許的誤差范圍內。

樁孔開挖完成后，開始澆筑混凝土，建造咬合樁需按主次順序。

地下連續(xù)墻某些墻段使用了另一種施工方法。該方法為“地下連續(xù)防滲隔墻組合工法”(Combined Barrier Wall Method)，系反循環(huán)鉆孔樁與雙輪銑成槽墻板的聯(lián)合施工方法。

該方法的優(yōu)勢在于用兩個127 cm 的反循環(huán)鉆孔灌注樁和一塊2.8 m的墻板可覆蓋5 個咬合樁的成墻范圍，既可節(jié)約材料，又減少了接縫。在巖石強度超過206.8 MPa，墻槽深度超過61 m 的地層，該工法較為成功，但需權衡考慮時間及成本。

另外，造孔廢棄物和水處理也是該項目內的一項計劃。TSJV 建立了相應的處理系統(tǒng)，每周可處理和排除廢水110 萬L，固體廢棄物2 293 m3。

4 質量控制體系

為克服項目工期緊、合同要求高、施工工序嚴格等困難，TSJV 制定了一系列質量管理綜合計劃，可對地下連續(xù)防滲隔墻施工中每個階段進行詳細的質量控制。TSJV 每天完成的質量控制任務超過350個。

大量質量控制任務的有效執(zhí)行、建立文檔、資料匯編和更新，以及增強質量控制部門的重要性，使其在整個質量管理結構中占有極其重要的地位。如果從項目開始就獲得較高質量，就無不需進行任何修補，那么質量控制的投入也就獲得了相應回報。

TSJV 的質量控制小組和該地區(qū)的質量保證小組之間的互動已成為沃爾夫克里克壩地下連續(xù)防滲隔墻現(xiàn)場施工質量控制及保證體系的一個顯著特點。

另一個顯著特征是運用3D 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對日常的海量信息進行處理，簡化了工程驗收前的最終質量評價工作。

TSJV 采取了精細的現(xiàn)場質量控制系統(tǒng)，使地下連續(xù)防滲隔墻施工能連續(xù)大幅超過合同規(guī)定的性能要求。

5 結 語

沃爾夫克里克壩基礎修復工程目前已完成78%的施工量，該項目是壩基修復中工程范圍最廣、施工最復雜的項目之一。另外，針對施工技術、質量控制和保證程序以及已完成的工程檢查和最后驗收等工作，目前TSJV 正與納什維爾地區(qū)緊密合作，制定新的行業(yè)標準。