薄型塑性混凝土在水库防渗墙中的应用

刘志鹏，王成波，刘 萍

（胶南市水利局，山东 胶南 266400）

吉利河水库位于山东青岛市，是一座以防洪和城市供水为主、兼顾灌溉和渔业养殖的中型水库，总库容7400万m3。

水库工程包括大坝、放水洞、溢洪闸3部分。大坝为黏土心墙沙壳坝，坝顶高程52.25m，最大坝高21.25m。放水洞分东、西2座，东洞位于大坝桩号0+147处，为埋管式管涵，进口底高程35.00m；西洞位于桩号0+674处，为钢筋混凝土箱涵，进口底高程38.00m。溢洪闸位于大坝东南200m处，设7孔闸门(净宽 42m)，最大泄流量 868m3/s。

1 存在的问题及分析

西洞西侧背水坡脚 (高程40.30～42.00m)200m范围内出现不同程度渗水，其中0+674以西约50m范围内的坡脚处渠底积水，向西延伸发现坡脚出现渗水，渠底具有明显水浸现象。

地质勘察结果分析表明：大坝心墙的黏土成分存在较大差异，桩号0+640以东含沙量较少、以西含沙量较多，且以0+640以西的渗透性最大，导致西洞西侧下游坡脚出现渗水；心墙齿槽呈倒梯形，直接座于强风化岩上，渗透系数达9.9×10-5cm/s。结合多年的渗压观测资料等进行分析，应及时对大坝进行防渗处理。

2 方案的选定

大坝防渗处理要求防渗墙体必须直接座于弱风化岩层上，最大深度达28.5m。综合考虑各项因素，确定选用液压抓斗法开挖槽孔浇筑塑性混凝土防渗墙工艺。

与传统工艺相比，液压抓斗技术具有以下几个特点：1）槽孔连续、平顺、完整；2）槽孔深度可达 60m，而厚度最小为18cm；3）开槽和浇筑成墙可同时进行，循环流水作业；4）墙体可采用混凝土、黏土、土工合成材料等；5）广泛适应于砂壤土层。

设计防渗墙厚度30cm,采用塑性混凝土墙体密度为 19～21kN/m3，弹性模量在 200～1000MPa，28d的抗压强度值大于2MPa,渗透系数小于10-7cm/s，允许渗透比降大于80。

3 施工工艺

3.1 布置施工平台

抓斗机为大型重型机械，需在坝顶构建宽度最少为8.0m的操作平台，并采用74kW履带式推土机培土压实，边坡满足稳定要求。

3.2 导向槽修筑

导向槽起着标定墙体位置、成槽导向、锁固槽口、保持泥浆液面、保护上部孔壁、支撑外部荷载的作用，其稳定性是防渗墙安全施工的关键。导向槽以防渗墙轴线为中心、槽宽为40cm，切割、破击形成。在槽孔两侧现浇倒L型断面的混凝土，顶面高于场地10cm以上，防止地表水流入。

3.3 槽段划分

槽段宜尽量长，以减少接头数目，提高墙体的整体性，但受地质条件及槽深等因素的影响，又不宜过长。综合考虑地层特性、工期、混凝土浇筑强度等因素，将防渗墙划分为一、二期槽段，采用两序间隔法施工。先施工一期槽段，两侧用圆管堵头；二期浇筑混凝土时将圆管拆除，使一、二期弧形连接，形成地下连续墙。

3.4 成槽

1）抓斗成槽。抓斗机依靠抓斗自重抓取土体，开挖形成连续槽孔，达到深度后即进行清孔、浇筑混凝土，此时抓斗机继续下一序成槽开挖，如此循环即可建造地下连续墙。

本工程采用“三抓法”施工方案，每个槽段分为两个主孔及一个副孔。抓斗机先抓取两侧主孔再抓取中间副孔成槽，主、副孔完工即该槽段成槽完工。

2）泥浆护壁。在造孔成槽过程中泥浆起固壁、悬浮、携渣、冷却钻具和润滑的作用，成墙后还可增加墙体的抗渗性能。

本工程泥浆采用膨润土制成，新制泥浆经24h膨化后送至槽孔内，在成槽及防渗墙浇筑过程中进行回收，经净化后重复使用。孔口泥浆面应保持在一定高度范围内。

3）清孔换浆。槽段终孔验收合格后即进行清孔，清孔采用抓斗抓取孔底淤泥，利用下设潜水排污泵抽浆，并及时补充新鲜泥浆。清孔换浆结束1h后，达到下列标准即为合格：①孔底淤积厚度不大于10cm；②槽内泥浆比重不大于1.3g/cm3，含沙量不大于10%。

4）槽段接头处理。相邻槽段的衔接采用接头管法，接头管应能承受最大的混凝土压力和起拔力，表面平整光滑，节间连接简便、可靠；起拔时应采取措施防止空口塌陷。

5）刷槽。槽段清孔换浆结束前将钢丝刷子安装在抓斗体上，紧贴一期槽段混凝土壁面，分段上下反复提动，达到刷子上不带泥屑，孔底淤积不再增加方为清洗合格。

3.5 浇筑防渗墙体

在泥浆护壁的条件下，防渗墙采用刚性导管法灌筑塑性混凝土形成。混凝土顺导管下落时，通过导管隔离泥浆，依靠自重挤压下部管口的混凝土向外流动，并扩散上升，最终置换出泥浆，保证混凝土的整体性。

1）清孔换浆结束后，并排下设三套灌筑导管，导管内径宜为300mm。侧管距槽端1～1.5m；导管间距为3～3.5m，导管底部距槽孔底不大于20cm。

2）灌筑前导管内置入可浮起的隔离塞球，灌筑时先注入水泥沙浆，随即注入足够的混凝土，挤出塞球并埋住导管底端，避免混凝土与泥浆混合。

3）灌筑过程中每30min测量一次槽段内混凝土面，每2h测量一次导管内混凝土面，以此确定导管的提升速度。导管在混凝土墙体内的埋深1.0m≤H≤6.0m。

4）槽孔内混凝土面上升至槽口时，采用泥浆泵抽出浓浆，并提升导管，减小埋深，增加混凝土的冲击力，直至混凝土顶面超出设计墙顶标高0.5m，即可停止浇筑，拔出导管。

4 应注意的问题

4.1 抓斗成槽过程

1）开槽时应注意控制槽孔斜度，经常用设备观测并及时作出调整。人员要远离抓斗机回旋半径，停止作业时抓斗挺立于坝体上，防止意外事故的发生。

2）在成槽过程中，槽段可能会出现局部和大面积坍塌现象。局部坍塌时加大泥浆密度，大面积塌孔时用黏土回填到坍塌处以上1～2m，沉积密实后再施工。出现漏浆时，采取平抛黏土以加大泥浆比重进行堵漏。

4.2 混凝土成墙过程

1）控制好抓接头的时间。抓斗抓取接头时两侧分别为混凝土和土体，斗体受力不均匀，易造成槽孔沿轴线方向偏移，且影响造孔成槽进度。适宜时间控制为墙体浇筑后12h，最迟不超过24h。

2）设备的配备和保养。本工程采用2台750L混凝土搅拌机、4台1m3自卸混凝土运输汽车、1台输送泵及1台12t吊车形成较为经济的设备组合。机械应经常保养，确保施工中安全运行。

3）灌筑应注意的问题。混凝土的灌筑具有相当高的连续性，因故中断不得超过40min，保证混凝土面均匀上升，使管内外液面高差不超过0.5m。

4.3 质量检查

质检人员应随时对成槽、泥浆配置、清孔换浆、混凝土灌筑等环节进行检查控制。完工后，可采用钻孔取芯和其他无损检测等方法，检查混凝土防渗墙的浇筑质量。

[1] 李慎平.抓斗成槽造混凝土防渗墙技术在水库除险加固中的应用[J].中国水利，2008(22）.