(1.淮安市淮安區(qū)水利建筑工程公司，江蘇 淮安 223200；2.淮安市淮河水利建設(shè)工程有限公司，江蘇 淮安 223400；3.江蘇淮源工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，江蘇 淮安 223001)

1 工程概況

古黃河水利樞紐工程，位于江蘇淮安漣水縣古黃河流域下游3km處，工程由節(jié)制閘、水電站和公路橋構(gòu)成，節(jié)制閘與水電站均位于流域河槽以內(nèi)，呈一字布置，節(jié)制閘位于河段河道南側(cè)深泓，水電站位于河道北側(cè)凹彎段，為河床式水電站。古黃河水利樞紐旨在抬高楊莊閘至漣水縣城河段河道水位，借助河川庫容保證城市供水。 2011年3月—2016年3月，工程歷時(shí)5年建設(shè)，耗資2.26億元。

古黃河水利樞紐工程區(qū)基巖裸露，強(qiáng)風(fēng)化層淺，海拔高，地震烈度大，覆蓋層深厚。古黃河河床屬粉質(zhì)砂土，受洪水沖刷水土流失嚴(yán)重，局部河段河槽彎度巨大，水流紊亂，險(xiǎn)工患段普遍存在，因此修建水利工程首先要充分考慮水流運(yùn)動。

2 深厚覆蓋層防滲技術(shù)

2.1 防滲方案

在考慮工程區(qū)地質(zhì)條件和現(xiàn)有技術(shù)水平的基礎(chǔ)上，針對該水利樞紐工程深厚砂礫石覆蓋層深度150多米的實(shí)際情況，決定實(shí)施“上墻下幕”結(jié)合垂直防滲[1]。上部布設(shè)80m×1m(深×厚)的塑性混凝土結(jié)構(gòu)防滲墻，并于其下部設(shè)置3排70m深的灌漿帷幕。防滲施工開始前在距離墻軸線2.50m的上下游位置沿墻軸線方向分別布設(shè)1排孔距2.50m的鉆孔，用于灌漿管的敷設(shè)。防滲墻施工過程中，預(yù)埋1排φ150、孔距2.50m的焊接鋼管(排漿管)，且按10m間隔設(shè)置定位架。防滲墻施工結(jié)束后，向墻下進(jìn)行鉆孔灌漿通過預(yù)埋灌漿管完成，并由灌漿管和排漿管形成封閉帷幕。古黃河水利樞紐工程區(qū)域自然條件惡劣，如果實(shí)施水平平鋪防滲，則工程后期及運(yùn)行過程中維修工作量將大大增加，安全隱患突出，出于防滲效果和后續(xù)運(yùn)行管理方面的考慮，宜進(jìn)行“上墻下幕”結(jié)合垂直防滲(見圖1)。

圖1 “上墻下幕”結(jié)合垂直防滲技術(shù)

2.2 防滲墻施工

該水利樞紐工程防滲墻施工工序主要有導(dǎo)向槽和防滲墻開挖槽孔、泥漿護(hù)壁、清孔、換漿、澆筑混凝土、敷設(shè)接頭管、導(dǎo)管澆筑、拔管等。為滿足3臺沖擊鉆同時(shí)施工作業(yè)要求，防滲墻施工槽段劃分為Ⅰ期6.50m和Ⅱ期6.70m。

2.2.1 鉆劈成槽

古黃河水利樞紐工程深厚覆蓋層地基中大塊漂石大量存在，局部地段多處架空，如果實(shí)行鉆抓成槽則發(fā)生塌孔、漏漿、卡斗等事故的可能性很大，為此，工程深厚覆蓋層防滲墻施工采用“鉆劈成槽”技術(shù)，施工過程中主孔鉆進(jìn)主要通過高性能沖擊鉆設(shè)備完成，而后劈打附孔，劈打附孔過程中劈落的鉆渣通過放置于鄰近主孔內(nèi)的接渣斗盛接，盛滿后直接提出，施工工效得到保證。

在運(yùn)用“鉆劈成槽”技術(shù)鉆進(jìn)槽孔時(shí)如遇漂石、塊石等“探頭”形態(tài)的孤石，必將影響鉆進(jìn)速度，導(dǎo)致鉆孔偏斜，甚至卡鉆，為確保施工順利進(jìn)行，該工程采取定位爆破、巖芯鉆機(jī)鉆孔爆破[2]的方式事先炸掉漂石、塊石等“探頭”孤石。

2.2.2 接頭拔管

防滲墻止水防滲是否成功關(guān)鍵在于防滲墻槽段連接部位是否完整封閉，為此，必須實(shí)施可靠的連接措施。該工程深厚覆蓋層防滲墻槽段連接采用接頭管法和鉆鑿法技術(shù)工藝，深度不足50m的槽段采用鉆鑿法，深部槽段則采用接頭管法。

槽孔內(nèi)部混凝土澆筑結(jié)束后必須及時(shí)拔除接頭管，拔除接頭管的時(shí)間應(yīng)根據(jù)混凝土初凝時(shí)間確定。按照設(shè)計(jì)規(guī)范所確定的混凝土配合比配置0.1m3混凝土，其初凝時(shí)間為8～15h，這也就是接頭管起拔時(shí)間。該工程采用HZX-80拔管機(jī)，拔孔直徑50～190mm，拔管深度20～90m，最大拔除速度1450mm/min，額定起拔力800kN，電機(jī)功率5.50kW。

2.3 帷幕灌漿

2.3.1 灌漿材料

古黃河水利樞紐工程深厚覆蓋層實(shí)施水泥黏土帷幕灌漿，原石渣填筑體充填水泥黏土漿液，黏土主要為紅黏土(物理性能參數(shù)見表1)。

表1 工程帷幕灌漿所用紅黏土物理性能

該工程設(shè)計(jì)要求的固料配合比為：水泥材料通過80μm方孔篩篩余量不大于5%，水泥 ∶黏土=1 ∶1～1 ∶0.6，具體的灌漿施工中開灌水固比4 ∶1，此后按照水固比4 ∶1、3 ∶1、2 ∶1、1 ∶1依次調(diào)整漿液。漿液黏度較大則必須添加高效減水劑以增大流動性[3]。

砂礫石土深厚覆蓋層鉆孔施工可能遇到漏漿、塌孔、卡鉆、埋鉆等安全事故，因此灌漿施工應(yīng)采用摻加優(yōu)質(zhì)膨潤土的高密度強(qiáng)黏度泥漿，特殊施工地段還必須在水泥中摻加正電膠、純堿、聚丙烯酰胺、烴甲基纖維素、腐殖酸鉀等增稠劑[4]，增強(qiáng)膨潤土性能，提升造漿率，確保泥漿護(hù)壁施工效果。

2.3.2 孔口封閉灌漿

古黃河水利樞紐工程深厚覆蓋層帷幕灌漿施工在80m以下砂礫石土層進(jìn)行，采用孔口封閉灌漿的施工工藝：孔口管段鉆進(jìn)、灌漿→孔口管鑲鑄→初凝至少72h→第一灌漿段鉆進(jìn)、灌漿→第二灌漿段鉆進(jìn)、灌漿→……→終孔灌漿→封孔。

孔口封閉灌漿屬于高壓灌漿技術(shù)，傳統(tǒng)的低壓灌漿主要是充填、滲透灌漿，高壓灌漿則是劈裂和擠密灌漿。由于灌漿過程中灌漿孔內(nèi)壁土體所承受的拉應(yīng)力等同于灌漿壓力，因此高壓灌漿壓力必將劈裂灌漿孔內(nèi)壁土體，拓展延伸原來的孔隙通道，提升砂礫石土的可灌注性能，加快其吸漿速率。漿液受到高壓作用后泌水固結(jié)，增加固結(jié)體強(qiáng)度的同時(shí)保證了灌注效果。

灌漿壓力應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場施工地質(zhì)條件具體確定，該工程中排孔灌漿壓力為2.50～3.50MPa，邊排孔灌漿壓力為1.50～2.50MPa，在一定的灌漿壓力下持續(xù)減少漿液注入量，或者在既定的注入率下持續(xù)升高注漿壓力，則水灰比必須調(diào)整。各級漿液注入量達(dá)到1000L或注漿時(shí)間達(dá)到1h但注漿壓力和注入率無明顯改變時(shí)，應(yīng)增加漿液濃度；孔段漿液注入率不大于1L/min后，應(yīng)繼續(xù)灌漿0.5h，之后結(jié)束灌漿。

2.3.3 壓水試驗(yàn)

帷幕灌漿施工結(jié)束后，為檢查古黃河水利樞紐工程深厚覆蓋層帷幕灌漿施工的防滲效果，進(jìn)行了壓水試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，帷幕透水率在0.15～14.65Lu范圍，滲透系數(shù)在2.25×10-6～2.35×10-4cm/s范圍，防滲效果良好。

3 防滲效果監(jiān)測情況分析

為進(jìn)行古黃河水利樞紐工程深厚覆蓋層“上墻下幕”垂直防滲性能的檢測，對工程安全狀況及運(yùn)行態(tài)勢進(jìn)行客觀評價(jià)，技術(shù)人員進(jìn)行了砂礫石土深厚覆蓋層滲流情況的跟蹤監(jiān)測。為與混凝土防滲墻監(jiān)測斷面對應(yīng)，滲流監(jiān)測斷面選取壩0+150、壩0+220和壩0+310，并在監(jiān)測斷面壩軸線設(shè)置壩上5m、壩下10m、壩下80m和壩下150m的觀測垂線。

2016年1月20日—2016年11月20日大壩蓄水期間，隨著水位上升，上游5m處滲壓計(jì)壓力以0.078～0.112m/d速率上升，上游水位以0.078m/d速率上升，水位過程線見圖2。隨上游水位的上升，樞紐大壩壩基下游滲壓計(jì)以0.002～0.045m/d速率小幅度升高。水位過程線見圖3～圖5。

圖2 蓄水期內(nèi)0+150斷面上游5m處滲壓計(jì)水位過程線

監(jiān)測結(jié)果表明，古黃河水利樞紐工程深厚覆蓋層防滲系統(tǒng)初蓄期間運(yùn)行良好，“上墻下幕”結(jié)合垂直防滲技術(shù)應(yīng)用在該工程深厚砂礫石覆蓋層中防滲效果良好。

圖3 蓄水期內(nèi)0+150斷面下游10m處滲壓計(jì)水位過程線

圖4 蓄水期內(nèi)0+150斷面下游80m處滲壓計(jì)水位過程線

圖5 蓄水期內(nèi)0+150斷面下游150m處滲壓計(jì)水位過程線

4 結(jié) 論

古黃河水利樞紐工程壩址覆蓋層深厚，最深可達(dá)160m，工程地質(zhì)條件極為復(fù)雜，壩基防滲難度較大，其防滲設(shè)計(jì)和施工在國內(nèi)少有成功經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。在深入研究工程深厚覆蓋層地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，提出符合工程實(shí)際的施工方案和技術(shù)措施：上部修建80m×1m(深×厚)的塑性混凝土結(jié)構(gòu)防滲墻，并通過鉆劈成槽施工，下部設(shè)置70m深度的灌漿帷幕。2016年3月，古黃河水利樞紐工程下閘蓄水的同時(shí)對壩基滲流情況所進(jìn)行的監(jiān)測分析表明，初蓄期間大壩防滲系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定，砂礫石深厚覆蓋層“上墻下幕”結(jié)合垂直防滲技術(shù)方案防滲效果良好。運(yùn)行三年后，再次監(jiān)測結(jié)果顯示，古黃河水利樞紐工程深厚覆蓋層“上墻下幕”結(jié)合垂直防滲系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，質(zhì)量良好，運(yùn)行穩(wěn)定，可為推動砂礫石土地基筑壩防滲技術(shù)在我國水利水電工程領(lǐng)域的應(yīng)用提供重要參考。