李二順，郭延峰，馬真真

(河南省白龜山水庫管理局，河南平頂山 467001)

地下連續(xù)墻是地下工程和深基礎(chǔ)施工中有效的技術(shù)。該技術(shù)在白龜山水庫泄洪閘尾水河道水毀修復(fù)工程中做了探索性的嘗試應(yīng)用。

1 水毀情況及原因

1.1 水庫工程概況

白龜山水庫位于淮河流域沙穎河水系沙河干流上，是一座集防洪、城市供水、農(nóng)業(yè)灌溉為一體的大(2)型綜合利用水利工程。水庫控制流域面積2740km2，平均降雨量約900mm，是河南省暴雨中心地區(qū)之一。泄洪閘尾水河道是白龜山水庫主要的泄洪通道。

1.2 泄洪尾水河道水毀情況

2010年汛期，水庫流域普降大雨，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，水庫充分發(fā)揮了攔洪調(diào)蓄作用。泄洪閘尾水河道樁號(hào)0+900下游未護(hù)砌部分出現(xiàn)較大沖溝，造成了溢洪道下游尾水河道淘刷問題進(jìn)一步加劇。據(jù)調(diào)查，最大沖坑深5m，寬50～80m，長(zhǎng)度100m。下泄水流將原水毀護(hù)底工程下沿鉛絲籠堰體撕裂，逐漸向上游及兩岸延伸，危及其上游尾水河道交通橋和泄洪消力池的安全。

1.3 水毀工程的原因分析

尾水河道出現(xiàn)淘刷沖坑的原因主要是:?尾水河道底高程在該處變化較大，沖溝末端原修筑有防沖堰體，防沖堰頂部及上游的尾水河道底高程均在85.0m以上，防沖堰下游的河道底高程只有81.0m左右，跌差達(dá)4m左右;?河道由于采砂造成河床地貌變化。當(dāng)泄洪閘下泄小流量的洪水，下游河道內(nèi)水流集中于中間較深的河槽部分，此時(shí)下游河道水位較低，局部的落差使得防沖堰容易被集中的水流沖毀。

1.4 水毀工程修復(fù)的必要性

若不及時(shí)修復(fù)，開閘泄洪會(huì)導(dǎo)致沖溝繼續(xù)向上游擴(kuò)大，危及交通橋的安全，進(jìn)而影響到尾水河道交通橋上游的水庫泄洪消力池的安全運(yùn)行。

2 工程修復(fù)方案

2.1 工程地質(zhì)情況

2.1.1 地形地貌

泄洪尾水河道呈寬淺“U”形。寬約250m，河道底平坦開闊，高程85m左右，尾水河道兩岸底面高程96～97m。

2.1.2 地質(zhì)構(gòu)造

工程區(qū)域位于中朝臺(tái)地豫西斷隆東緣。構(gòu)造穩(wěn)定。地震基本烈度為VI度。

2.1.3 地層巖性

工程區(qū)域的地層主要分布有第四系土層、砂層、砂礫石層、砂卵石層及第三系黏土巖。

2.1.4 水文地質(zhì)條件

地下水為第四系孔隙潛水，水位85.4～86.31m，接近地表。地下水及地表水對(duì)混凝土均無侵蝕性。

2.2 修復(fù)方案

2.2.1 陡坡處設(shè)消力池方案

交通橋下游河道底高程存在較大的局部高差，在小流量洪水條件下，下游河道水位較低，水流集中于中間較深的河槽部分，上下游跌差較大和較為集中的水流使得防沖堰位置容易造成破壞。通過消能和改善水流條件，在尾水河道交通橋下游設(shè)消力池的方法，可解決局部跌差過大造成沖刷的問題。

2.2.2 ∏型鋼筋混凝土地下連續(xù)墻方案

按照消能動(dòng)態(tài)平衡原理，考慮到下游采砂活動(dòng)對(duì)沖坑深度的影響，采用∏型鋼筋混凝土地下連續(xù)墻對(duì)上游河道底進(jìn)行保護(hù)，避免下游因沖刷和采砂等原因造成的破壞持續(xù)向上游擴(kuò)展。

2.3 方案比選

根據(jù)計(jì)算，各方案主體工程投資相差不大。

采用消力池處理尾水河道底部局部落差過大的問題，在小洪水流量時(shí)可以滿足消能要求。優(yōu)點(diǎn)是增加了消能措施后可以盡量避免下游沖坑的產(chǎn)生;缺點(diǎn)是下游采砂活動(dòng)無法有效控制，其造成下游河道底高程降低較多時(shí)，消力池出口部分工程仍存在遭到破壞的可能性，不能從根本上解決問題。

采用地下連續(xù)墻方案，在下游河道底淘刷嚴(yán)重時(shí)，仍可對(duì)上游河道底進(jìn)行有效保護(hù)，避免沖坑向上游擴(kuò)大。優(yōu)點(diǎn)是可以適應(yīng)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)下游河道底的改變，缺點(diǎn)是河道底局部落差過大的問題依然存在。

經(jīng)過綜合比較，在下游河道采砂活動(dòng)難以有效控制的情況下，∏型鋼筋混凝土地下連續(xù)墻可保證工程在長(zhǎng)期內(nèi)發(fā)揮作用。

2.4 工程設(shè)計(jì)與優(yōu)化

2.4.1 工程布置

在樁號(hào)0+960.00和0+971.60設(shè)置C25鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，在中間130m長(zhǎng)度范圍，頂面高程為84.70m，左右兩端10m范圍為85.20m，另外還設(shè)有兩段各為10m長(zhǎng)的過渡段。

根據(jù)交通橋附近河道的地質(zhì)狀況，考慮到地下連續(xù)墻底面進(jìn)入黏土巖3m左右，確定地下連續(xù)墻底面高程為69.0m。

2.4.2 地下連續(xù)墻穩(wěn)定計(jì)算

由于上下游地下連續(xù)墻與頂面的混凝土連接板連在一起，深入黏土巖中，將其作為一個(gè)整體進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。參考重力式擋墻的計(jì)算方法，按照規(guī)范［1］進(jìn)行抗滑穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算。黏土巖的力學(xué)參數(shù)c=10kPa，φ=16°。按3種工況計(jì)算。

工況1:上游無水，下游水位81.0m;

工況2:100年一遇洪水頻率時(shí)，上游水位94.70m，下游水位89.33m;

工況3:300年一遇洪水頻率時(shí)，上游水位94.90m，下游水位89.46m。

地下連續(xù)墻穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表1。

計(jì)算結(jié)果顯示:∏型地下連續(xù)墻抗滑穩(wěn)定和抗傾覆穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求。

表1 進(jìn)口擋墻計(jì)算成果

2.4.3 方案優(yōu)化

組織有關(guān)專家，對(duì)擬定的消力池和地下連續(xù)墻等水毀修復(fù)工程方案進(jìn)行了評(píng)審。經(jīng)過優(yōu)化:?調(diào)整了工程布置的位置，向上游側(cè)移動(dòng)并與交通橋軸線平行;?∏型地下連續(xù)墻根據(jù)地質(zhì)巖性采用不等深截面尺寸，上游墻深由15.7m調(diào)整為11.2m，下游墻深由15.7m調(diào)整為14.2m;?下游墻厚度進(jìn)行了調(diào)整:由1.0m調(diào)整為0.8m;?墻頂0.8m厚鋼筋混凝土連接板調(diào)整為連接梁，梁高1.0m、寬0.3m，每2.5m一道。優(yōu)化后的設(shè)計(jì)見下圖。

∏型地下連續(xù)墻縱剖面圖

3 地下鋼筋混凝土連續(xù)墻施工

3.1 工程的特點(diǎn)

a.∏型地下連續(xù)墻墻體混凝土澆筑量大。

b.工程所在位置地層復(fù)雜，主要分布有第四系土層、砂層、砂礫石層、砂卵石層及第三系黏土巖。

c.地下水水位高，接近地表。

工程施工的重點(diǎn)難點(diǎn)是如何確保成槽的質(zhì)量和水下混凝土澆筑質(zhì)量的控制。

3.2 地下連續(xù)墻成槽質(zhì)量控制

3.2.1 護(hù)壁泥漿的質(zhì)量控制

a.護(hù)壁泥漿材料:200目膨潤(rùn)土、水、高黏度羧甲基纖維素鈉(HV-CMC)增黏劑、純堿(Na2CO3)分散劑等。

b.泥漿的性能指標(biāo)見表2。

表2 泥漿的性能指標(biāo)

c.新鮮泥漿的配合比見表3。

表3 新鮮泥漿的配合比

3.2.2 護(hù)壁泥漿控制要點(diǎn)

a.主要控制三項(xiàng)指標(biāo):泥漿比重、黏度、含砂率。泥漿制作量一般以理論值的1.5倍為宜，嚴(yán)格按現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證的試驗(yàn)配合比施工。

b.泥漿攪拌:嚴(yán)格按照操作規(guī)程和配合比要求進(jìn)行，泥漿拌制后應(yīng)靜置24h后方可使用。

c.嚴(yán)格控制泥漿的液位:保證泥漿液位在地下水位0.5m以上，并不低于導(dǎo)墻頂面以下0.3m，液位下落及時(shí)補(bǔ)漿，以防塌方。

3.2.3 成槽過程控制重點(diǎn)

地下連續(xù)墻厚度分別為0.6m和0.8m，采用GB34型液壓抓斗挖槽機(jī)。三抓成槽法開挖成槽，先挖兩端最后挖中間，使抓斗兩側(cè)受力均勻，如此反復(fù)開挖直至設(shè)計(jì)槽底標(biāo)高為止。

a.成槽開挖時(shí)，抓斗應(yīng)閉斗下放，開挖時(shí)再?gòu)堥_，每斗進(jìn)尺深度控制在0.3m左右。

b.上、下抓斗時(shí)，要緩慢進(jìn)行，避免形成渦流沖刷槽壁，引起塌方。

c.在槽孔混凝土未灌注之前，嚴(yán)禁重型機(jī)械在槽孔附近行走產(chǎn)生振動(dòng)。

d.嚴(yán)格控制成槽的垂直度及平面位置，偏差超過允許值時(shí)，立即糾偏。

e.槽段開挖合格后放鋼筋籠前，完成槽段的清底換漿。

f.成槽視砂卵石地層穩(wěn)定性程度和塌孔情況，適當(dāng)調(diào)整槽段的長(zhǎng)度，提高成槽效率。

3.3 水下混凝土澆筑質(zhì)量控制

3.3.1 混凝土配合比

C30水下混凝土采用雙摻技術(shù)，摻入適量的磨細(xì)粉煤灰及外加劑(緩凝減水劑)，提高混凝土的和易性，混凝土的坍落度(孔口檢驗(yàn)值)控制在180～200mm，初凝時(shí)間大于等于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 澆筑質(zhì)量控制

a.導(dǎo)管埋深控制:在混凝土澆筑過程中，采取措施確保導(dǎo)管底距槽底距離控制在0.3～0.5m左右，初灌混凝土的導(dǎo)管埋深在1m以上，施工中，導(dǎo)管下口插入混凝土深度控制在2～4m。

b.導(dǎo)管水密性:不能使混凝土溢出漏斗流進(jìn)溝槽內(nèi)。

c.保證混凝土的供應(yīng):混凝土的供應(yīng)與澆筑相適宜，中間間隔不超過30min，緩凝時(shí)間4～6h。施工中混凝土澆筑連續(xù)進(jìn)行，混凝土面上升速度不小于2m/h。

d.控制槽內(nèi)混凝土面的高差:灌注時(shí)做好混凝土灌注記錄，混凝土面每上升3～4m，在兩導(dǎo)管外和中間取三點(diǎn)測(cè)量混凝土面高度，按最低面控制導(dǎo)管的提升高度，保證槽內(nèi)混凝土面的高差不大于0.3m。

e.適時(shí)拔管:當(dāng)混凝土面接近鋼筋網(wǎng)底時(shí)，嚴(yán)格控制導(dǎo)管的埋管深度不要過深，當(dāng)混凝土面上升到鋼筋網(wǎng)內(nèi)3～4m，再提升導(dǎo)管，使導(dǎo)管底端高于鋼筋網(wǎng)底端，以防鋼筋網(wǎng)上浮。

f.浮漿層的控制:在澆筑完成后，地下連續(xù)墻墻頂會(huì)存在一層浮漿層，因此混凝土頂面需要比設(shè)計(jì)標(biāo)高超澆0.3～0.5m。鑿去該層浮漿層后，地下連續(xù)墻墻頂才能與連接頂梁相聯(lián)成整體。

4 效果分析

4.1 質(zhì)量檢測(cè)

利用混凝土回彈儀(HT-225A)，探地雷達(dá)(LTD-2100)、雷達(dá)天線(270MHz)分別對(duì)混凝土工程實(shí)體質(zhì)量進(jìn)行了檢測(cè)。對(duì)下游地下連續(xù)墻的檢測(cè)結(jié)果見表4。

表4 回彈法檢測(cè)下游地下連續(xù)墻混凝土強(qiáng)度檢測(cè)成果

通過檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，水毀修復(fù)工程采用的方案是可行的，施工機(jī)械的選型是合理的，施工過程的控制是有效的。

4.2 處理效果

工程完工后，經(jīng)過2012年、2013年汛期洪水考驗(yàn)，尾水河道地形未發(fā)生明顯性改變，工程運(yùn)行情況良好。

5 結(jié)語

水利工程發(fā)生損毀的原因各有不同，要對(duì)其造成損毀的病害機(jī)理進(jìn)行針對(duì)性安全診斷、評(píng)估、綜合分析，進(jìn)而提出相應(yīng)的可供備選的修復(fù)方案。在此基礎(chǔ)上對(duì)方案進(jìn)行技術(shù)與經(jīng)濟(jì)上的比較，方案比選的重點(diǎn)在于工程修復(fù)后運(yùn)行效果的可靠性程度?！切弯摻罨炷恋叵逻B續(xù)墻在白龜山水庫溢洪道尾水河道水毀工程修復(fù)中做了探索性的嘗試應(yīng)用，達(dá)到了良好的效果，將為今后同類修復(fù)工程提供有益的可借鑒經(jīng)驗(yàn)?！?/p>

SL 379—2007水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．