丹江口大坝加高左岸土石坝初期工程心墙加固

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【摘要】丹江口大坝加高左岸工程主要由两部分组成即左岸土石坝段和混凝土坝段。左岸土石坝段与混凝土坝段连接部位的加固工作是其部位加高前的关键性环节。文章主要介绍丹江口大坝左岸土石坝段初期工程与混凝土坝段连接部位加固的施工工艺。 关键词：混凝土坝、防渗墙、加固、土石坝 The initial phase core wall reinforcementing of the Danjiangkou dam on the left bank earth-rock dam heightening project LIU  Li-zheng (The Second Engineering Limited Company of CGGC, Chengdou 610091, China) Abstract： Danjiangkou dam on the left bank of heightening project mainly consists of two parts that is earth dam and concrete dam section of the left bank. The reinforcement work for the connected part of the earth-rock dam and concrete dam section on left bank is the critical point before its heightening.  The chapter mainly introduces the construction technics for reinforcement of the connected parts between danjiangkou earth-rock dam of initial phase and concrete dam section on the left bank.  Key words: concrete dam, cut-off wall, reinforcement,  earth-rock dam 1工程概况 丹江口大坝位于湖北省丹江口市汉江与丹江交汇800处，是一座以发电为主，兼有发电、养殖灌溉、航运的大型水利枢纽工程。作为南水北调中线水源工程的丹江口水库为了满足京、津及华北地区的供水需求，须对原水利枢纽进行扩建。丹江口左岸土石坝为砂砾石心墙坝，初期工程心墙厚度不均，横向为锯齿状，心墙填料也不均匀，局部存在砂砾夹层。大坝加高后，初期工程与混凝土坝连接部位不能满足渗流稳定要求。因此须对连接部位进行加固处理。经过反实验与论证最终决定对连接部位即桩号1+159.61~1+185.96段防渗体加固采用混凝土防渗墙方案。墙顶高程▽164.00m，防渗墙轴线长约39.5709m，底部与初期土石坝混凝土压浆板连接，左端与初期土石坝心墙加固混凝土防渗墙对接，右端位于距混凝土坝体2.0 m处的粘土心墙扩大区，墙厚0.9m。见平面布置图1.                   图（1）防渗墙平面布置图 2施工工序、相关技术要求及材料物理性能指标 2.1槽孔划分 根据墙体轴线长度（L=39.5709m），左岸与原混凝土防渗墙连接处布0.9m双反弧接头1个，桩号1+160.51～1+185.06段布4个一期槽、4个二期槽，共计8个槽段。桩号1+185.06～1+185.96段为不破环，保留2m预留段，此处不布孔，但在8号槽施工中仍将对此处进行造孔，与8号槽同时浇筑。槽段编号与孔号依照从左岸向右岸的原则进行编号，槽长及布置情况见图（4）。          

图（2）槽孔划分示意图

2.2造孔 ⑴造孔 施工时先施工Ⅰ期槽孔，后施工Ⅱ期槽孔，同Ⅰ期槽孔遵循先主孔钻进，后劈打副孔，最后劈打小墙成槽的原则。奇数孔为主孔，偶数孔为副孔。每个槽孔由三个主孔两个副孔组成，主孔为0.9米，单个槽孔长度为6.0m。主孔施工采用冲击钻进法，采用抽砂筒出渣，在钻进过程中若出现漏浆时，按比例投入黏土和碎石，一方面进行冲击挤密堵漏，另一方面提高泥浆黏度悬浮钻渣，提高钻进工率。副孔采用上劈下钻法施工，副孔上部以劈打为主，下部采用三钻法施工，即先在副孔中间冲击钻孔，成孔后再对两边小墙进行劈打，副孔劈打施工时，若产生严重漏浆时采用锯末、刨花等堵漏材料堵漏，若出现坍孔和坍槽现象，在主、副孔内回填粘土和混合料至孔口，必要时在孔口浇筑混凝土，等混凝土凝固后重新开孔。 ⑵泥浆固壁 造孔的同时进行泥浆固壁。泥浆性能指标见表1 表1固壁泥浆性能指标

项目 单位 性能指标 浓度 ﹪ ＞4.5 密度 g/m3 ＜1.1 漏斗粘度 s 30~90 塑性粘度 Cp ＜20 含砂量 ﹪ ≤1.0 失水量 mL/30min ≤20 10分钟静切力 N/m2 1.4~10 pH值   9.5~12

（3）造孔技术要求 各孔位孔深严格按照表1控制。表1孔深表 表1孔深表

孔深     编号 m 槽段   1   2   3   4   5 新老墙体连接部位 55.93 1#槽段 55.97 56.17 56.07 56.14 56.17 2#槽段 56.17 56.24 56.27 56.34 56.37 3#槽段 56.37 56.44 56.47 56.54 56.57 4#槽段 56.57 56.64 56.67 58.02 59.32 5#槽段 59.32 60.79 60.98 57.8 54.2 6#槽段 54.2 49.8 46.2 41.8 38.2 7#槽段 38.2 33.8 30.2 25.8 22.2 8#槽段 22.2 16.5 12.9 3.6 3.6

① 保证槽孔壁平整垂直，孔位中心允许偏差不大于3cm，孔斜率不大于0.3%；遇有含孤石、漂石的地层及基岩面倾斜度较大等特殊情况时，其孔斜率不大于0.6%。对于槽孔套接在任意深度的套接厚度不小于施工图纸规定墙厚的1/3。 ② 造孔过程注意孔斜控制及时纠偏，对一期槽孔两端孔应分段(2～4m)检查孔斜，以保证孔斜率符合设计要求。注意孔深、孔型，槽孔中任意高程水平断面上不应有梅花孔、探头石和滤浪形小墙等，使之符合设计要求。 ③ 在造孔施工过程中，孔内泥浆面要始终保持在导墙顶面以下30～50cm内，严防塌孔。 2.3出渣、清孔 采用抽桶出渣的方法。渣料用抽渣桶提出，倒在倒浆平台上，浆液由排污沟排出到指定排污池固化。槽孔终孔后，进行清孔换浆工作。 ① 清孔结束标准 槽孔清孔换浆结束后1小时，要达到下列标准： 孔底淤积厚度不大于10cm； 膨润土泥浆比重＜1.20g/cm3； 膨润土泥浆粘度≤30s； 膨润土泥浆含砂量≤12%。 Ⅱ期槽在清孔换浆结束之前，用刷子钻头清除一期槽孔端头混凝土孔壁上的泥皮，结束标准为刷子钻头上不再带有泥屑，刷洗过程中孔底淤积不再增加为准。在清孔验收合格后4h内浇筑混凝土，如因下设预埋件不能按时浇筑，则重新按上述规定进行检测，如达不到要求应重新换浆清孔。 ② 清孔方法 清孔采用抽桶出渣的方法。清孔同时，向槽内不断补充新鲜泥浆。清孔时还可以下入钻头不断搅动孔底沉积物，以彻底清除沉碴。一个单孔清孔完毕后，移动钻机逐孔进行清孔，有效地对孔内泥砂进行清除。如果单元槽段内各孔孔深不同时，清孔次序为先浅后深。 2.4预埋注浆管 防渗墙右端与混凝土坝体上游面成近似台阶状，详见A-A新增混凝土防渗墙剖面图。为加强防渗墙与混凝土之间粘土的抗渗性能，须对其进行注浆。注浆管采用管径110mm钢管从防渗墙右端向左岸方向开始与埋每间隔两米布置一个。孔斜按小于0.3﹪控制。                                   图（3）A-A新增混凝土防渗墙剖面 2.5混凝土浇筑 上述过程结束即开始浇筑混凝土，混凝土浇筑采用直升管法。导管内径为25cm，开浇前，导管外壁套隔离球塞，避免泥浆进入混凝土内。开浇后，导管须插入混凝土面以下1~4米。 混凝土性能指标： 弹性模量12×103~14×103Mpa、强度7.5~10Mpa、抗渗标号S8。墙体塑性混凝土配合比：粘土22~25﹪、砂率50﹪、水灰比0.65~0.7、水泥Po32.5、骨料为砾石一级配，外加木质磺酸钙和搞笑能MF减水剂，掺入比例各为0.15、0.3.粘土物理性能指标见表2 表2墙体粘土物理性能指标

颗粒组成 流塑限 ＞0.05 0.05~0.005 ＜0.005 流限 塑限 塑性指数 10﹪ 45﹪ 45﹪ 36.2 21.1 15.1

2.6墙段连接 （1）本工程墙段接头连接采用“钻凿法”施工，即Ⅰ序段和Ⅱ序段重叠一个孔位。 （2）左岸土石坝防渗墙与墙体底部的压浆板连接时，不能损坏大坝底部压浆板，必须严格控制造孔深度。在距压浆板顶部高程1米时，应采用减少冲程降低冲击速度等措施造孔，并对操作人员进行技术交底，避免损坏压浆板事故发生。 （3）对于左岸土石坝防渗墙与主体工程40#坝段斜墙(1:0.25)的连接，设计要求保留防渗墙与坝体之间水平距离2.0米的粘土心墙不能扰动和损伤，以免形成渗漏通道。根据现场情况此段可划分两个槽段，根据每个孔的水平距离精确计算出相应孔深，见线终孔，且采用减少冲程，降低冲击速度等措施造孔。 （4）左岸土石坝防渗墙与初期土石坝心墙加固混凝土防渗墙采取双反弧对接形式连接，反弧孔弧顶间距为墙厚的1.1～1.5倍。为保证连接处施工质量，应首先钻凿出圆形孔，后使用双反弧钻头钻进扩成双反弧孔，最后将初期防渗墙端部墙体和一期槽孔断面残留的泥渣凿除和刷洗干净，浇筑混凝土成墙。 2.7防渗墙右端接头注浆处理 （1）防渗墙右端接头注浆施工方法 为保持防渗墙、墙底压浆板混凝土、混凝土与坝体三者之间形成紧密接触，在墙顶右端斜坡水平长度15.24m范围内间隔2.0m布置1根膨润土 (或粘土)浆注浆管，共7根，管径110mm。墙体内注浆管采用钢管预埋，预埋注浆管管斜按小于0.3%控制，在墙体混凝土浇筑完成28天后，在墙顶从预埋注浆钢管底部钻孔至混凝土坝体内0.2m，形成注浆通道。对该范围的墙底粘土采用膨润土浆液进行充填注浆。 ①工艺流程 灌浆管预埋→固定校正钻机→钻进至混凝土坝体内0.2m→终孔验收→阻塞注浆→清孔→防渗墙混凝土置换回填→孔口抹平。 ②钻孔 采用重庆XY-2 300型地质钻机钻孔，钻具下至预埋钢管底部，金刚石钻头钻进，钻孔孔径为Ф76mm；钻孔循环液采用膨润土浆液，孔深深入混凝土坝体内0.2m。 ③制浆 采用高速螺旋水冲式制浆机制浆，制浆时，先按配比将适量的水和膨润土倒入制浆机内，搅拌10min后便成泥浆，再排入搅拌桶二次搅拌，连续制浆，连续供浆。浆材使用袋装II级膨润土，制备泥浆浆液比重为＜1.1/cm3，膨润土浆液性能指标见表（2）。 ④灌浆方式 采用全孔灌注、孔口阻塞纯压法灌浆，进浆管下入距孔底50cm处，孔口阻塞，单位孔深每次注浆量按300～500L控制，注浆次数依注浆段的吸浆量而定，至少不少于3次，注浆段为防渗墙与混凝土坝体之间的粘土心墙，段长约为2.0米。 ⑤灌浆压力 压力表安装在孔口回浆管路上，灌浆压力小于0.049 Mpa。 ⑥结束标准 当注浆孔段不再吸浆，孔口灌浆压力达到0.049 Mpa的情况下，即可终灌封孔。 ⑦封孔 灌浆结束后进行全孔清孔，再用防渗墙混凝土置换回填，然后孔口抹平。 2.8防渗墙左端接头处注浆施工方法 左端与初期土石坝心墙加固混凝土防渗墙采取对接形式，为保证新老防渗墙连接处的防渗效果，根据设计要求，在完成连接处防渗墙混凝土浇筑28天后，在新老防渗墙连接处上下游各布置三个膨润土 (或粘土)浆注浆孔。除钻孔和注浆方式需要采取特殊施工工艺外，其具体的注浆浆液、孔口压力、注浆量、注浆结束标准均和上述右端接头中膨润土浆液注浆施工要求相同。 ①工艺流程 注浆孔放样→固定校正钻机→钻孔→终孔验收→下入注浆管至孔底→孔口阻塞→注浆→注浆管上提10米→孔口阻塞注浆→依次至孔口段→孔内粘土分层回填捣实。 ②钻孔 采用重庆XY-2 300型地质钻机钻孔，金刚石钻头钻进，钻孔孔径为Ф110mm，钻孔循环液为膨润土浆液，钻孔孔斜按小于0.3%控制。 ③制浆 采用高速螺旋水冲式制浆机制浆，制浆时，先按配比将适量的水和膨润土倒入制浆机内，搅拌10min后便成泥浆，再排入搅拌桶二次搅拌，连续制浆，连续供浆。浆材使用袋装II级膨润土，制备泥浆浆液比重为＜1.1/cm3，膨润土浆液性能指标见表（2）。 ④灌浆方式 采用孔口阻塞，注浆管自下而上分段上提，纯压式法灌浆，进浆管下入距孔底50cm处，孔口阻塞，开始孔底段注浆，注浆结束后，将注浆管上提10米，开始第二段注浆，依次至孔口段，分段注浆长度为10米，注浆段长为全孔。 ⑤灌浆压力 压力表安装在孔口回浆管路上，灌浆压力小于0.049 Mpa。 ⑥结束标准 当注浆孔段不再吸浆，孔口灌浆压力达到0.049 Mpa的情况下，即可结束该段注浆。 ⑦封孔 灌浆结束后用新鲜粘土分层回填注浆孔，并分层捣实至孔口。 2.9新老墙体间连接孔施工方法 新老墙体间连接孔（二个套孔）安排在上下游注浆孔注浆结束后施工，采用重庆XY-2300型地质钻机清水钻孔，金刚石钻头钻进，孔径Ф159mm，孔深至防渗墙底部，约56.0米，钻孔开孔前严格校正钻机立轴角度，保证开孔角度满足设计要求，钻孔孔深20m以内严格控制钻进参数，及时测斜，必要时进行纠偏，孔斜小于0.3%。 3结束语 自丹江口大坝加高工程开工以来，左岸土石坝段与混凝土坝段连接部位的加固工程是工程各参与方所面临的一大难题。混凝土防渗墙施工可操作性较强，工程造价较低，尤其适用于深厚砂砾石地基。对丹江口大坝左岸土石坝段与混凝土坝段链接部位采用混凝土防渗墙的施工方案确保了左岸土石坝加高工程如期完工。