塑性混凝土连续墙在黄墅水库除险加固中的应用

周凌辉

（宜兴市水利农机局，江苏宜兴 214207）

宜兴市地处苏浙皖三省交界，面积2038.7 km2，人口107.8万，地势南高北低。南部为丘陵山区，共有水库18座，其中，大（二）型水库1座，小（一）型水库4座，小（二）型水库13座。水库建成以来，对山区防洪、灌溉、促进地方经济社会发展发挥了显著的效益。黄墅水库位于张渚镇，大坝为均质土坝，集水面积7.37 km2，干流长1.5 km，总库容489万m3，坝长437 m，最大坝高14 m，是一座以防洪和灌溉为主要功能的小（一）型水库。水库建于20世纪50年代末期，由于受当时资金、技术等制约，工程建设质量不高，防洪能力较低。在2009年台风“莫拉克”影响期间，水库承受长时间高水位的考验，大坝出现渗漏险情。经安全鉴定，坝体部分填土质量差，有潜蚀土洞，左坝脚可见大坝渗漏出逸，大坝存在渗流安全隐患，需进行加固处理。

1 工程概况

水库设计标准按30年一遇设计，500年一遇校核，大坝采用塑性混凝土防渗墙除险加固，防渗墙面积5645 m2、轴线长 437 m，塑性混凝土防渗墙厚30 cm、顶高程23.2 m，防渗墙最大深度18.5 m，防渗墙轴线平行坝轴线，距坝轴线1.0 m。塑性混凝土防渗墙物理力学指标为：渗透系数K≤1×10-7cm/s；抗压强度 3 MPa≤R28d≤5 MPa，弹性变形模量 3000 MPa≤E28d≤1000 MPa。

2 施工准备

2.1 施工平台

原坝顶宽度为6.2 m，为了满足抓斗8 m宽的施工平台，防渗墙施工前通过开挖将坝顶高程由▽24.2 m降至▽23.6 m，弃料铺在坝顶背坡面，碾压密实，形成施工平台，然后测量放样，定出防渗墙轴线，沿轴线浇筑45 cm×80 cm（宽×高）的导向槽，导向槽采用现浇C20钢筋混凝土。

2.2 塑性混凝土防渗墙配合比

依据设计的混凝土强度、渗透系数以及弹性模量，委托有资质的试验室对所采用的当地材料进行多次试验，推荐混凝土施工配合比见表1。

表1 混凝土施工配合比

2.3 机械设备

本工程采用三抓法成槽工艺，按照工程时序进度，配备成槽机GB-26、GB-34 各 1 台，0.5 m3拌和站 2座，HBT90混凝土泵1台套，QY25吊车1辆。

2.4 地质复勘

（1）概况及作用。在防渗墙施工轴线上布设3个地质复勘孔，复勘孔与设计勘探孔相间布置，间距根据实际情况布设。复勘孔主要探明相对不透水层顶面高程、覆盖层砾砂层成份组成情况、地层透水性等。

（2）施工方法。复勘孔采用XY-2地质钻机造孔、坝体（含接触段1 m）合金钻头分段干钻钻进，钻孔孔径Ф76 mm，Ф110 mm套管跟进；接触段注水试验结束后，用水泥浆液镶筑Ф73 mm孔口管，基岩段金刚石钻头分段清水钻进，钻孔孔径Ф60 mm。钻孔采取的芯样均填牌、装箱。复勘孔坝体段采用钻孔常水头试验方法，基岩段压水采用5点法，第一段压水压力采用0.1 MPa、0.2 MPa、0.3 MPa，以下各段压力采用 0.3 MPa、0.6 MPa和1.0 MPa。

（3）复勘孔注、压水成果。黄墅水库复勘孔共完成了3个复勘孔的钻孔注、压水工作，注水试验9段，压水试验4段。复勘孔芯样均进行了填牌、装箱。成果见表2。

（4）复勘孔施工情况总结。根据钻孔芯样及注压水试验结果，坝体渗透系数总体为1×10-4cm/s，属弱透水层；坝基岩石透水率均小于5 Lu，属弱透水等级，HS-BZ2成果揭示：坝体与接触段均出现大漏量的现象。

表2 复勘孔注、压水成果表

图1 防渗墙施工工艺流程图

3 防渗墙施工工艺

防渗墙施工工艺流程图见图1。

4 成槽施工方法

4.1 固壁泥浆

本工程选用宜兴太华土场生产的粘土搅拌的泥浆进行护壁。分散剂采用化工厂生产的工业碱（NaCO3），配制泥浆用水采用新鲜洁净的淡水。

根据以往施工经验，拟定新制泥浆初步配合比为：水（L）∶粘土（kg）∶碳酸钠（kg）=975∶75 ∶2。

从防渗墙施工情况来看，这种配合比泥浆能满足设计和施工技术要求，泥浆形成的泥皮能保证孔壁安全，最大限度悬浮沉渣，减少孔底的沉淀物，保证孔底清孔结束1 h后淤积厚度控制在10 cm范围内。

4.2 槽段划分

根据工程地质条件和设计要求以及施工设备特点，Ⅰ、Ⅱ序槽段槽长均为7.5 m，黄墅水库防渗墙轴线全长437.79 m，共划分61个槽段。防渗墙成槽采用三抓法成槽工艺，接头采用接头管法，套接长度35 cm。典型槽段划分见图2。

4.3 施工工艺流程

（1）一期槽施工。两侧孔抓挖→中间孔抓挖→槽孔基岩面鉴定→槽形验收→清孔验收→接头管下设→下设浇筑导管→混凝土浇筑→起拔接头管。

（2）二期槽施工。两侧孔抓挖→中间孔抓挖→槽孔基岩面鉴定→槽形验收→接头孔刷洗→清孔验收→下设浇筑导管→混凝土浇筑。

4.4 造孔

（1）造孔采用液压抓斗抓挖，先抓端孔，后抓中间孔；槽孔施工时采用合格的泥浆固壁，浆面高程控制在槽口以下30～50 cm，防止漏浆、塌孔。

（2）端孔施工时由现场质量和技术管理人员经常检查孔位、孔斜、孔径，发现超偏及时纠正。

（3）接头孔在塑性混凝土终浇24 h后开孔，以孔壁稳定且不流淌为宜。

（4）墙体深度：槽孔施工时以现场地质工程师地质鉴定终孔深度为准。

4.5 槽孔清孔换浆

（1）槽孔的清孔换浆采用抓斗清槽，斗体闭合后将槽内的稠状物抓出，清孔时及时补充新浆，直至孔底沉渣厚度满足设计要求为止。

（2）对于二期槽，在清孔换浆结束前或清孔过程中用钢丝刷子钻头刷洗两侧槽段接头混凝土壁的泥皮，直至刷子钻头不带泥屑、孔底淤积不再增加为止。

图2 典型槽段划分示意图（单位：m）

4.6 槽孔验收

（1）验收方法。采用悬锤法配合钢卷尺测量孔位、孔斜率和槽孔深度，检查槽孔槽壁是否垂直平整，槽孔内是否有梅花孔和小墙等；采用钢丝刷子刷洗接头孔泥皮的方法，检查二期槽两端混凝土壁上的泥皮是否刷洗干净；用测饼测量孔底淤积厚度，检测泥浆“三件套”，即测量泥浆含砂量、比重和黏度。

（2）槽形验收标准。槽壁平整垂直，无梅花孔、小墙等；孔位允许偏差不大于3 cm；孔斜率不得大于4‰，遇含孤石地层及基岩陡坡等特殊情况，控制在6‰以内。根据现场地质监理工程师鉴定的基岩面确定是否可以终孔及终孔深度。

（3）清孔换浆验收标准。清孔换浆完成1h后进行检验，合格质量标准为：孔底淤积厚度不大于10 cm；槽内泥浆密度不大于1.30 g/cm3，500/700漏斗黏度不大于30 s，含砂量不大于10%；二期槽孔清孔换浆结束前，用钢丝刷子钻头分段刷洗接头槽壁，清除其上面的泥皮，合格标准为：刷子钻头上基本不带泥屑，孔底淤积不再增加。

5 水下混凝土浇筑

（1）混凝土施工物理特性指标，混凝土配合比根据设计要求经试验确定。混凝土主要物理性能指标：入槽坍落度18～22 cm，扩散度34～40 cm，坍落度保持15 cm以上的时间不小于1 h。混凝土初凝时间不小于6 h，终凝时间不大于24 h。

（2）混凝土灌注采用直升导管法。槽孔墙体预埋件安装就位后，下设Φ219 mm钢制导管，导管为丝扣连接。导管安装采用人工配合吊车下设，标准槽段下设两根导管，导管距槽孔两端不大于1.5 m，两导管间距不大于5 m。

（3）水下混凝土浇筑采用球塞式隔水栓，球塞直径180 mm，导管距孔底的距离大于球塞的直径。待混凝土料充满导管和分料斗后上提适当距离使混凝土一举封住导管底。

（4）塑性混凝土从混凝土拌和站通过混凝土泵泵送至槽口旁的储料罐，再经溜槽分流进入到各根导管。在混凝土浇筑中，控制各导管均匀下料，使槽内混凝土面高差小于0.5 m，根据混凝土上升速度和导管埋深及时起拔导管，槽孔内混凝土面上升速度控制在2～7 m/h之间，导管埋深控制在1～6 m之间。

6 防渗墙槽段连接

防渗墙槽段连接采用接头管法。一期槽清孔换浆结束后，在槽段两端孔位置下设钢制接头管，接头管直径Ф350 mm，孔口固定。根据混凝土初凝时间适时起拔接头管，以孔壁稳定且不流淌为宜，接头孔一般在塑性混凝土终浇24 h后开孔。混凝土浇筑后接头管部位形成二期槽端孔，待二期槽成槽后连接成墙。接头管分节制作，插销连接，采用汽车吊起拔。

表3 塑性混凝土防渗墙抗渗检测结果

表4 塑性混凝土防渗墙抗压弹性模量检测结果

7 特殊情况处理

（1）造孔漏浆处理。施工发生漏浆可采用回填粘土、草末、稻壳、石灰、孔底灌注纯水泥浆加速凝剂处理或灌注低标号混凝土等堵塞架空层。根据经验，槽段的副孔施工时易引起塌孔漏浆，挖槽时要注意观察槽孔浆面的变化，发现浆面迅速下降时，尽快提起抓斗，以防发生埋斗事故。

（2）塌孔处理。施工中遇塌孔，采用渣土、粘土混合料回填槽孔至塌孔位置以上1.5 m，再用重锤夯实，挤密孔壁。若塌孔较严重，可采用直升导管法回填灌筑低标号混凝土填平，重新造孔。

8 施工效果

（1）在防渗墙浇筑完成后，进行墙体质量浅层开挖检查，开挖了2处，中心桩号为 F2’+137.525和 F2’+322.125，分别为19#槽与20#槽、45#槽与46#槽接头号连接部位。通过浅层开挖检查，结果符合设计要求，防渗墙墙体连续，两槽段间套接良好，无缝隙、夹层、夹泥等现象，墙厚大于35 cm。

（2）施工单位在监理单位的监督下，在槽口处随机取样试块，共检测混凝土抗压强度61组、抗渗强度24组、弹性模量7组，经检测全部满足设计要求。同时，建设单位委托第三方检测机构对塑性混凝土防渗墙进行渗透、抗压及弹性模量的检测，每项指标随机选取4个槽段检测，检测结果见表3、表4，均符合设计要求。

（3）施工结束后，水库管理单位在巡查过程中，发现原渗漏点不再出现渗漏现象，原离水库坝脚处不远的一处水井内的水位也下降，水库正常蓄水位也比前几年高。种种现象表明，塑性混凝土连续墙的防渗效果明显。

9 结语

塑性混凝土连续墙是在水库坝体内修建一条混凝土墙，既可满足坝体的防渗要求，又具有较大的塑性，能够改善防渗墙体的应力状态，适应较大变形，是小水库除险防渗中又一个重要的措施和手段。