沈維鐸 蘇紅萍 陳崇德

(1.湖北禹龍水利水電工程有限公司，湖北 荊門 448000；2.湖北省漳河工程管理局，湖北 荊門 448156)

碾盤山水電站工程屬國家172項(xiàng)水利工程建設(shè)項(xiàng)目，位于湖北省鐘祥市境內(nèi)的漢江中游干流。壩址控制流域面積140340km2，壩址處多年平均流量1560m3/s，年平均徑流量491億m3。碾盤山水電站開發(fā)任務(wù)以發(fā)電、航運(yùn)為主，兼顧灌溉、供水。碾盤山水電站水庫長約58km，為河道型水庫，正常蓄水位50.72m，兩岸由漢江堤防和自然高地?fù)跛?。碾盤山水電站運(yùn)行后，抬高了庫區(qū)水位，需要將漢江干堤外的部分民垸及主要支流部分低地的堤防進(jìn)行防護(hù)，達(dá)到減少淹沒范圍和提高防洪標(biāo)準(zhǔn)的目的。

豐山咀防護(hù)堤位于庫區(qū)左岸，除漢江干堤大集堤、潞市堤外，總長11.835km，其中，上段長5.808km(樁號(hào)6+027～11+835)。地貌單元屬漢江一級(jí)階地，為沖積平原，地面高程在42.20～53.14m之間。地下水主要以地表孔隙潛水為主，孔隙潛水水位與漢江水位基本一致，埋深1.4～5.2m。由于堤基砂壤土、粉細(xì)砂和砂礫石具有中等—強(qiáng)透水性，因而堤基抗?jié)B性差，存在滲漏或滲透穩(wěn)定問題。為確保工程安全，防止堤內(nèi)產(chǎn)生浸沒危害及滲透破壞，經(jīng)比選，堤基采用40cm厚塑性混凝土防滲墻防滲。

1 豐山咀段防護(hù)堤塑性混凝土防滲墻的試驗(yàn)研究

1.1 試驗(yàn)內(nèi)容

a.防滲墻施工的各種參數(shù)，包括成槽設(shè)備及方法、槽長、泥漿類型及配比、造孔工效、澆注速度等。

b.墻體混凝土材料、澆筑工藝、清孔、墻段連接方法等。

c.混凝土施工配合比及鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻適用性。

d.根據(jù)試驗(yàn)工藝完善各項(xiàng)控制措施。

1.2 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)及要求

a.堤基采用40cm厚塑性混凝土防滲墻防滲，防滲墻底深入不透水巖層0.5m。

b.墻體材料性能指標(biāo)見表1。

表1 墻體材料性能指標(biāo)

c.孔底淤積厚度不大于10cm。

1.3 試驗(yàn)施工方案

1.3.1 試驗(yàn)施工安排

a.試驗(yàn)部位及進(jìn)度計(jì)劃。試驗(yàn)部位位于豐山咀上段防護(hù)堤(樁號(hào)11+555～11+576.2)，防滲墻槽段編號(hào)為：試驗(yàn)1、試驗(yàn)2、試驗(yàn)3。采用2個(gè)班組施工，計(jì)劃5天完成試驗(yàn)。

b.槽段劃分。Ⅰ期、Ⅱ期槽長均為7.6m，槽孔劃分見圖1。

圖1 槽孔劃分示意圖(單位：m)

c.試驗(yàn)流程。施工前，對(duì)標(biāo)高、垂直度、寬度、間距、軸線等認(rèn)真復(fù)核，清除槽段內(nèi)雜物，接通泥漿管并試送泥漿，對(duì)各種準(zhǔn)備工作進(jìn)行詳細(xì)記錄等。試驗(yàn)流程見圖2。

圖2 生產(chǎn)性試驗(yàn)施工流程

1.3.2 主要施工方法

a.成槽方法?？紤]防滲墻成槽機(jī)及澆筑等輔助設(shè)備及運(yùn)輸?shù)?，防滲墻施工平臺(tái)寬16m。成槽鉆孔的棄渣直接用自卸車運(yùn)至指定渣場。造孔前下設(shè)鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻，為“┑┏”形結(jié)構(gòu)[1]，鋼板厚20mm，頂寬0.5m，高度0.6m，導(dǎo)墻長10m?；炷练罎B墻墻體厚度40cm，導(dǎo)向槽設(shè)計(jì)凈寬50cm，以便于下放成槽鉆具。導(dǎo)墻設(shè)計(jì)為鋼導(dǎo)墻，平行于防滲墻軸線對(duì)稱布置，允許安裝偏差為±1.5cm；導(dǎo)墻頂面高程允許安裝偏差±2.0cm。導(dǎo)墻四角設(shè)掛環(huán)，用以固定鋼絲繩以便導(dǎo)墻的安裝、拆卸。施工中，鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻可在Ⅰ期槽段、Ⅱ期槽段重復(fù)利用。導(dǎo)墻見圖3。

圖3 導(dǎo)墻示意圖(單位：cm)

結(jié)合地層、施工強(qiáng)度、設(shè)備能力等綜合考慮，防滲墻成槽擬采用“純抓法”成槽工藝(見圖4)。采用金泰SG46液壓抓斗抓取，底部基巖以及抓斗難以成槽的槽孔采用CZ-6型沖擊鉆機(jī)鉆鑿，Ⅰ期槽孔的端孔混凝土拔管后形成Ⅱ期槽孔的端孔，待相鄰的一期槽孔施工完后再回頭施工二期槽孔。槽孔終孔檢查合格后，報(bào)請(qǐng)現(xiàn)場監(jiān)理工程師進(jìn)行孔位、孔深及孔形全面檢查驗(yàn)收，合格后進(jìn)行清孔換漿。防滲墻施工分兩期進(jìn)行，先施工Ⅰ期槽孔，后施工Ⅱ期槽孔，墻段連接采用接頭管法。

圖4 純抓法施工工藝

b.固壁泥漿。根據(jù)工程地質(zhì)條件，試驗(yàn)槽段采用膨潤土護(hù)壁，分散劑采用工業(yè)碳酸鈉(Na2CO3)，配制泥漿用水從漢江抽取。擬定的三組配合比見表2，新制膨潤土泥漿經(jīng)過24h膨化后利用供漿管輸送至槽孔內(nèi)使用[2]。泥漿性能指標(biāo)見表3。

表2 膨潤土泥漿配比

表3 泥漿性能指標(biāo)

c.清孔換漿。槽孔終孔后即開始清孔換漿[3]，清孔換漿結(jié)束1h后要求：

孔底淤積厚度不應(yīng)大于10cm；

膨潤土泥漿密度、泥漿黏度、含砂率等符合表3的要求。

d.槽孔混凝土澆筑。由試驗(yàn)室進(jìn)行配合比試驗(yàn)，確定混凝土防滲墻的配合比。

采用HZS50型拌和站，由混凝土罐車運(yùn)送至槽孔口。

混凝土澆筑采用泥漿下直升導(dǎo)管法，導(dǎo)管內(nèi)徑250mm，試驗(yàn)槽孔設(shè)置導(dǎo)管2～3套，導(dǎo)管間距不大于4.0m，每個(gè)試驗(yàn)孔計(jì)劃3～5h澆筑完成，澆筑過程中保持導(dǎo)管埋入混凝土深度2.0～6.0m，以免泥漿進(jìn)入。

混凝土澆筑過程控制：槽孔內(nèi)混凝土面水平均勻上升，確保高差不大于0.5m；在開始澆筑及臨近澆筑結(jié)束時(shí)增加測量頻次；混凝土澆筑時(shí)，在機(jī)口處隨機(jī)取樣，檢驗(yàn)混凝土的物理力學(xué)性能指標(biāo)[4]。

e.槽段連接。Ⅰ期槽清孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，在槽段兩端各設(shè)一套接頭管，接頭管分節(jié)，中間以銷軸連接。接頭管露出孔口并固定在吊車吊鉤上，管底部穩(wěn)定立于孔底。偏斜率控制在0.2%以內(nèi)[5]。

采用吊車作為接頭管起拔的主要設(shè)備。

混凝土初凝后開始起拔接頭管形成接頭孔。

1.4 施工質(zhì)量控制主要措施

1.4.1 施工主要技術(shù)措施

a.編制漏漿、塌孔處理辦法與安全、文明施工及環(huán)境保護(hù)措施。

b.制定孔斜控制與處理、接縫質(zhì)量控制、塌孔預(yù)防、混凝土質(zhì)量控制、導(dǎo)管堵管預(yù)防、槽孔終孔質(zhì)量檢查、澆筑混凝土前清孔質(zhì)量檢查、防滲墻墻體質(zhì)量檢查等制度。

c.試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理及編寫。在塑性混凝土防滲墻施工過程中嚴(yán)格記錄并驗(yàn)證槽孔深度、成槽垂直度、槽壁穩(wěn)定性、槽底沉渣等數(shù)據(jù)并填寫報(bào)驗(yàn)資料，以及校對(duì)地質(zhì)資料、施工機(jī)械性能和施工工藝是否符合要求；試驗(yàn)完成后將施工記錄成果整理并編寫塑性混凝土生產(chǎn)性試驗(yàn)報(bào)告上報(bào)監(jiān)理機(jī)構(gòu)[6]，得到監(jiān)理工程師的許可后，開始施工。

1.4.2 施工質(zhì)量控制主要措施

a.接縫質(zhì)量控制。泥漿的性能指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求，Ⅰ期槽孔端孔孔斜率不大于0.2%。清孔換漿后，下設(shè)的接頭管，其垂直度符合設(shè)計(jì)要求，防止混凝土澆筑過程中接頭管被擠歪[7]。

b.預(yù)防塌孔。選用優(yōu)質(zhì)的鈣基膨潤土等材料造漿護(hù)壁；對(duì)泥漿各項(xiàng)工作性能指標(biāo)嚴(yán)格檢查，達(dá)不到工藝要求的，立即換漿；施工期間，在現(xiàn)場備好各種堵漏材料；強(qiáng)化檢查巡查，發(fā)現(xiàn)漏漿，及早采取堵漏措施等[8]。

c.混凝土質(zhì)量控制。混凝土原材料、配合比、運(yùn)輸、坍落度、擴(kuò)散度、初凝時(shí)間、終凝時(shí)間等，嚴(yán)格執(zhí)行監(jiān)理機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)的施工方案[9]。

d.導(dǎo)管。導(dǎo)管下設(shè)前，仔細(xì)檢查導(dǎo)管質(zhì)量和導(dǎo)管的連接情況；澆筑中混凝土埋管深度嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求控制；拆卸下的導(dǎo)管及時(shí)沖洗干凈，使導(dǎo)管始終處于良好工作狀態(tài)[10]。

1.5 防滲墻質(zhì)量檢查

1.5.1 槽孔終孔質(zhì)量檢查

a.槽孔的位置。在槽孔兩端設(shè)置測量標(biāo)樁，進(jìn)而確定槽孔中心線并始終用該中心線校核、檢驗(yàn)所成墻體中心線的誤差。

b.槽孔的位置和厚度。每一槽段終孔時(shí)抓斗寬度均不得小于墻體設(shè)計(jì)厚度，在槽孔內(nèi)任一部位，均可順利下放斗體[11]。

c.槽孔偏斜測量?？仔甭史显O(shè)計(jì)要求。Ⅰ、Ⅱ期槽套接孔的中心線在任一深度的偏差值需滿足搭接墻厚度要求。

d.孔深測量。孔深驗(yàn)收在現(xiàn)場監(jiān)理的監(jiān)督下使用專用孔深測繩進(jìn)行測量。

1.5.2 澆筑混凝土前清孔質(zhì)量檢查

a.孔內(nèi)泥漿性能指標(biāo)。取漿器從孔底以上0.5～1.5m處取泥漿試驗(yàn)。

b.孔內(nèi)淤積厚度?？變?nèi)淤積厚度采用測針和測餅進(jìn)行測量。

c.接頭孔刷洗質(zhì)量。Ⅱ期槽清孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：毛刷上基本不帶泥屑，孔底淤積不再增加。

d.清孔驗(yàn)收合格后4h內(nèi)澆筑混凝土，否則，重新檢測，如不合格則重新進(jìn)行清孔。

1.5.3 防滲墻墻體質(zhì)量檢查

a.機(jī)口取樣。混凝土澆筑過程中，在機(jī)口隨機(jī)取樣；每個(gè)槽孔澆筑混凝土后，按規(guī)定要求取樣，及時(shí)對(duì)混凝土質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

b.鉆孔取芯和鉆孔注水。防滲墻成墻28天后進(jìn)行鉆孔檢查，做注水試驗(yàn)。

c.開挖部分墻體檢查。防滲墻成墻28天后，開挖部分墻體，對(duì)墻體外觀質(zhì)量、墻體材料均勻性、墻段之間搭接等是否滿足設(shè)計(jì)要求進(jìn)行檢查。

1.6 試驗(yàn)成果

a.試驗(yàn)段實(shí)際完成情況。抓斗型號(hào)SG46，完成工程量見表4、橫斷面見圖5。

圖5 豐山咀上段防護(hù)堤橫斷面

表4 試驗(yàn)段實(shí)際完成的工程量

b.主要試驗(yàn)成果見表5。

表5 豐山咀上段防護(hù)堤塑性混凝土防滲墻試驗(yàn)成果

c.鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻適用性。鋼板導(dǎo)墻具有可重復(fù)利用、結(jié)構(gòu)輕巧、制作簡單、使用靈活、成本低等特點(diǎn)，適合于地層相對(duì)密實(shí)、孔深40m以內(nèi)的薄壁防滲墻施工應(yīng)用。

d.試驗(yàn)結(jié)論。抓斗成槽工法、槽段劃分、槽孔質(zhì)量、固壁泥漿材料及其配合比、混凝土原材料及配合比、清孔方法、孔內(nèi)泥漿性能指標(biāo)、混凝土澆筑、槽段連接等控制參數(shù)符合工程實(shí)際，對(duì)于造孔工效、成槽質(zhì)量、防滲效果等有明顯的提高作用，鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻適用性較好，各項(xiàng)技術(shù)措施可行，在后續(xù)防滲墻施工中可以采用。

2 試驗(yàn)成果應(yīng)用

2.1 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

綜合上述分析，主要及一般項(xiàng)目的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)、檢查與數(shù)量見表6。

表6 混凝土防滲墻施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

2.2 成果應(yīng)用

應(yīng)用試驗(yàn)成果，自2021年9月20日開始防滲墻施工，至2022年3月5日完工，完成防滲墻面積23.6萬m2。完工28天后，鉆取14個(gè)檢查孔并注入清水試驗(yàn)，滲透系數(shù)在5.57×10-7～8.85×10-7cm/s之間；采用數(shù)顯萬能試驗(yàn)機(jī)(WES-100B型)檢測所送的塑性混凝土試塊，其平均抗壓強(qiáng)度為2.2MPa。防滲效果及抗壓強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié) 語

豐山咀段防護(hù)堤塑性混凝土防滲墻應(yīng)用試驗(yàn)成果進(jìn)行堤防防滲，較好地解決了防護(hù)堤滲漏嚴(yán)重以及堤防穩(wěn)定等問題，效益明顯。在施工中，依據(jù)工程地質(zhì)、工期、投資、單元槽段長度、造孔設(shè)備數(shù)量及Ⅰ期、Ⅱ期逐段造孔的施工特點(diǎn)以及“防滲墻活動(dòng)鋼板導(dǎo)墻施工工法”等，研究并制作了長度適宜、數(shù)量相當(dāng)?shù)幕顒?dòng)鋼板導(dǎo)墻，在Ⅰ期、Ⅱ期槽段重復(fù)利用，既節(jié)省了投資，也提高了工效。實(shí)踐證明：塑性混凝土防滲較好地解決了豐山咀段防護(hù)堤堤基滲漏嚴(yán)重的問題，為塑性混凝土防滲墻技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步提供了成功應(yīng)用的實(shí)例，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，該項(xiàng)技術(shù)具有極大的推廣應(yīng)用前景。