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塑性混凝土防渗墙在水库除险加固工程中的应用

摘　要: 混凝土防渗墙技术已广泛用于病险水库土石坝的防渗加固, 本文通过该技术在新疆阿勒泰地区阿克达拉水库除险加固工程中的应用, 介绍了薄壁液压抓斗法混凝土防渗墙的成槽方法、施工技术要点及注意事项。
关键词: 薄壁液压抓斗; 泥浆护壁; 塑性混凝土; 防渗墙
1 工程概况
　　新疆阿勒泰地区阿克达拉水库位于阿尔泰山前额尔齐斯河南岸, 农十师183 团南东17km处, 北西距北屯镇38km , 行政区划隶属福海县。水库为引水注入式平原水库, 是一座以调蓄、灌溉为主兼顾养殖的中型水库。设计库容3 000 ×104m3 , 死库容320 ×104m3 , 坝顶高程579113m , 正常蓄水位577138m , 死水位573163m , 灌溉下游地区一农场及福海县25 ×104 亩农田。水库主要由入库陡坡、大坝、放水涵洞及下游渠道4 部分组成。坝体为碾压砂砾石均质土坝, 沥青玻璃丝布斜墙防渗, 全长4 000m , 其中主坝长3 600 m , 副坝长400m ,坝顶宽7m , 主坝上游坝坡1∶4 , 上游土护坡1∶8～1∶10 不等, 下游坝坡1∶215 。库盆由天然的构造剥蚀洼地构成, 形状不规则, 总体上呈NW - SE 向, 与区域构造线方向基本一致。库盆地层岩性主要由第四系冲洪积的粉土质砂、粘砾土、亚粘土、砂砾石组成, 构成库盆基底的最基本岩层为第三系泥岩, 下伏灰白色砂岩,二者呈互层状。水库在多年运行后主坝多处出现裂缝, 坝基、坝体渗漏严重, 部分坝段出现明显的渗漏积水, 坝后土壤次生盐碱化、沼泽化严重, 直接威胁大坝安全和正常效益的发挥,被水利部列为病险库。
阿克达拉水库除险加固工程对主坝坝体防渗选用薄壁抓斗塑性混凝土防渗墙技术, 防渗墙轴线位于坝轴线处, 全长2 704m , 墙顶高程578127m , 墙体有效厚度0130m , 进入基岩110m。塑性混凝土防渗墙平均深8m , 最深达1218 m , 本工程共建混凝土防渗墙22 455m2 。
混凝土防渗墙的主要设计指标为: 90d 龄期砼强度达到5MPa , 抗渗指标为W6 , 进入不透水层110m , 设计墙体厚为013m , 塑性砼墙配合比采用一级配, 水泥采用4215MPa 普通硅酸盐水泥。
2 塑性混凝土防渗墙施工工艺 2.1 　挖槽准备
　　(1) 布置施工平台及导向设施抓斗施工平台设置在坝顶, 因坝顶宽度为7m , 坝前土护坡1∶8～1∶10 , 需在坝前坡填筑少部分土方满足抓斗施工所需8m 宽的施工平台的要求。开挖试验表明, 坝体开挖后墙壁稳定性尚可, 防渗墙深度较浅, 为节约投资, 坝体未设混凝土导向槽, 由人工沿防渗墙轴线开挖了一条槽沟, 来标定防渗墙位置、成槽导向。
(2) 槽段划分及施工顺序　　根据阿克达拉水库的地质情况, 单个槽孔长度为810m , 采用间隔槽段造孔。槽孔总长2 904m , 分为363 个槽段, 分Ⅰ、Ⅱ序槽段分段造槽, 采用“抓凿法”, Ⅰ序槽段和Ⅱ序槽段连接即形成连续的垂直防渗墙。
(3) 泥浆准备
泥浆用于支承孔壁、稳定地层、悬浮沉渣,同时向槽两侧地层渗透的泥浆以及槽两侧边壁形成的泥皮还起到辅助截渗的作用。
泥浆拌制采用1m3 的ZJ - 1500 型高速泥浆搅拌机, 拌制10 余min , 先送入泥浆沉淀池,后自动流入泥浆池并不断搅动循环, 再由泥浆泵输送到各槽口用浆点。
泥浆材料选用184 团的粘土, 其粘粒含量大于40 % , 塑性指数大于20 , 含砂量小于10 % , 二氧化硅和三氧化铝含量的比值为3～4 , 基本达到粘土性能指标。其护壁泥浆性能指标为, 比重111 ～113g/ cm3 , 粘度20～25s , 含砂量小于4 % , 胶体率大于97 % , 失水量小于30ml/ min , 稳定性小于0101 , 基本达到设计要求。成槽过程中, 对槽段采取必要的防护, 防止废浆、废渣、杂物进入槽内, 引起泥浆性能的改变。为防止离析、沉淀、保持性能指标均一, 槽段内泥浆液面保持在槽口板顶面以下30～50cm 的范围内。
2.2 　成槽方法
槽孔分两序施工, 先施工Ⅰ序槽、再施工Ⅱ序槽。Ⅰ、Ⅱ序槽段均采用三抓成槽, 即Ⅰ序槽先抓取两侧单元, 再抓取中间单元; Ⅱ序槽先抓取中间单元, 再抓取两侧单元。
(1) 槽孔宽度和槽孔分段长度
　　槽孔宽度不小于300mm , Ⅰ、Ⅱ序槽段采用抓凿法相连, 连接厚度不小于300mm , 槽孔长度采用810m。
(2) 槽孔中心线与垂直度
　　各槽孔中心线位置在设计防渗墙轴线上,下游方向的误差不大于30mm。槽孔壁面保持平整垂直, 防止偏斜, 孔斜率不大于4 ‰。成墙段无探头石和波浪形小墙等。Ⅰ、Ⅱ序槽孔搭接部位的两次孔位中心线在任一深度的偏差值应能保证搭接墙厚度满足设计要求。抓槽前先认真校对孔位, 抓斗纵面轴线与防渗墙设计轴线结合, 抓斗上下升降过程中保持平稳, 避免左右摆动。主机要倒退行驶, 不允许在已成槽部位上行驶, 以免孔壁坍塌。
(3) 槽孔深度
　　为了掌握地层岩性及确定防渗墙底线高程,沿防渗墙轴线每间隔20m 布设一个先导孔, 针对局部地段地质条件变化大的部位进行适当加密。先导孔采用XY—2 型取芯钻机进行施工,根据芯样整理资料确定槽孔底线高程并报监理单位批准, 以指导施工。
　　(4) 终孔及清孔换浆
　　槽孔终孔后, 施工方及时对孔位、孔深、槽孔长度、宽度及孔斜等施工质量进行自检,自检合格后报监理单位验收, 验收合格后进行清孔换浆。先用抓斗自槽底部采用定位法抓取槽底淤积物及沉淀物, 然后边注入符合要求的新鲜泥浆边抓取槽内陈旧废浆进行置换。清孔换浆结束条件为, 清孔换浆结束1h 后, 泥浆比重< 1125g/ cm3 , 粘度< 30s , 含砂量< 10 %。清孔换浆结束后, 经自检和监理单位验收合格后方可进行下一道工序的作业。
2.3 　防渗墙混凝土配合比及材料
　　(1) 防渗墙为塑性砼墙体, 其设计要求为C5W6 , 通过配比试验1m3 混凝土施工配合比(重量配合比) 材料用量见表1 。
　　(2) 混凝土入槽时的坍落度为18～22cm ,任何情况下不得低于15cm; 扩散度为34 ～40cm; 混凝土的初凝时间不小于6h , 终凝时间不大于24h 。
　　(3) 水泥选择布尔津水泥厂生产的屯河牌4215MPa 普通硅酸盐水泥, 混凝土骨料选择在183 团料场购买, 粘土选用184 团粘土料场土料, 膨润土选用184 团膨润土厂的产品。
2.4 　墙体混凝土浇筑成槽后, 采用直升导管法于泥浆下浇筑混凝土。
(1) 砼拌和及运输
　　砼拌和由铲车上料, PL —1500 搅拌机出料, 进料由电子秤控制。为保证浇筑正常连续工作, 在浇筑前应周密制定混凝土制备及运输的应急补救措施。
(2) 混凝土浇筑　　浇筑导管沿槽孔轴线布置, 相邻导管的间距不大于315m , Ⅰ序槽孔两端的导管距孔端控制在110～115m , Ⅱ序槽孔两端的导管距孔端控制在015～110m。安装导管时, 导管底部出口与孔底板距离不得大于25cm , 并不大于115 倍导注塞的直径, 如孔底高差大于25cm , 则将导管中心放在该导管控制范围内的最低处。浇筑前, 每个导管均下入可浮出浆面的导注塞, 堵塞导管底口。
浇筑导管内径采用180mm , 浇筑时导管定期进行密封承压试验。导管开始浇筑时, 先下入导注塞, 将导注塞压到导管底部, 将管内泥浆挤出管外。然后将导管稍微上提, 使导注塞浮出, 一举将导管底端被混凝土埋住, 保证后续浇筑的砼不致与泥浆掺混。槽孔砼浇筑严格遵循先深后浅的顺序, 从最深的导管开始, 由深到浅依次开浇,直至全槽砼面基本浇平以后, 再全槽均衡上升。浇筑过程中, 保持导管埋入砼的深度不小于1m、不超过6m , 维持全槽砼面均衡上升, 控制其高差在015m 范围内。每30min 测量一次槽孔砼面, 每2h 测定一次导管内砼面, 在开浇和结尾时适当增加测量次数; 槽孔内砼面上升速度大于2m/ h , 并连续上升到设计高程; 浇筑过程中作好砼面上升的记录, 防止堵塞、埋管、导管漏浆和泥浆掺混等事故的发生。在砼浇筑时, 按要求在出机口和槽口入口处随机取样, 检验砼的物理力学性能指标, 不合格砼严禁入槽。
(3) 相邻槽孔混凝土接头采用抓凿法接头工艺时, 精确标记, 孔位每次移动定位时要严格对准标记。先抓除300mm Ⅰ序塑性砼墙体至设计深度, 然后用钢丝刷子上下刷洗, 以保证砼搭接厚度和质量满足设计要求。
3 特殊情况处理　　(1) 在成槽过程中, 对固壁泥浆漏失量作详细测试和记录, 以便及时发现问题, 作好堵漏和补浆准备, 并查明原因, 采取措施进行处理。根据实际施工情况, 在固壁泥浆性能指标基本满足要求的前提下, 适当调整泥浆配比,并适当放缓挖槽速度, 待固壁泥浆漏失量正常后再恢复下沉抓槽; 　　
(2) 当出现塌孔时, 应尽快补充大比重泥浆, 以稳定孔壁; 回填适量的渣土, 平衡孔壁土压力; 向孔内加入粘土、锯末、水泥等, 确保孔壁稳定和槽孔安全。
4 结　语
　　水库除险加固后, 现场观察表明, 大坝下游的沼泽情况已经显著改观, 原沼泽区地面干燥并出现大面积盐碱; 大坝监测成果显示, 坝体浸润线比除险前已显著降低, 说明防渗墙已起到显著的作用。塑性混凝土因其弹性模量低,极限应变大, 使得塑性混凝土防渗墙在荷载作用下, 墙内应力和应变都很低, 可提高墙体的安全性和耐久性; 而且施工方便, 节约水泥,降低工程成本, 较刚性混凝土在力学特性上具有显著优点, 因此具有广阔的发展前景。

原作者：蒋小健

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发布：2007-08-14 12:40 编辑：泛普软件 · xiaona [打印此页] [关闭]

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