經(jīng)驗(yàn)介紹：淺談剛塑性混凝土組合式防滲墻在窄口水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用
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作者：張毅
l工程概況
窄口水庫坐落在河南省三門峽靈寶市五畝鄉(xiāng)境內(nèi)。水庫于1959年11月開始動(dòng)工興建，1968年二次上馬，1983年竣工驗(yàn)收后正式蓄水，是豫西地區(qū)唯一一座集防洪、灌溉、供水、養(yǎng)殖和旅游為一體的綜合性大(2)型水利工程。
水庫大壩分主壩和自潰壩，主壩長258m，壩型為黏土心墻石碴壩，壩頂高程657.0m，最大壩高77.0m，壩頂寬8m，黏土心墻頂高程為656. 2m，上游心墻坡比1：0. 414，下游心墻坡比1：0.25，上游壩坡坡率1:2，1：2.5，1:4;下游壩坡坡率1：1.8，1:2，1：2.25;1:2.5。
上下游壩坡均為干砌塊護(hù)坡。自潰壩長109m，為黏土斜墻砂礫石殼結(jié)構(gòu)，壩頂高程655. 0m，壩高l0m，頂寬4m。
2工程出現(xiàn)的問題
窄口水庫屬于“大躍進(jìn)”年代邊設(shè)計(jì)、邊施工、邊整改的“三邊工程”的產(chǎn)物。由于生產(chǎn)力水平的限制，加之當(dāng)時(shí)以各“公社”為施工單位的“民兵團(tuán)”建制管理體系，使得主壩心墻、壩殼填筑質(zhì)量較差，安全隱患較多。大壩建成后，先后經(jīng)歷1975年“75·8”特大洪水，2003年的642. 68m高水位，致使大壩壩頂裂紋有明顯發(fā)展，滲漏量增大。
2.1裂隙（縫）不斷發(fā)育
主壩壩體發(fā)生不均勻沉陷、心墻出現(xiàn)以縱縫為主、夾雜橫縫的多條裂縫。盡管對(duì)心墻裂縫進(jìn)行了挖填、黏土灌漿，在壩兩頭做混凝土防滲心墻處理，但一些裂縫仍在持續(xù)發(fā)展，監(jiān)測(cè)斷面心墻內(nèi)可能存在與庫水位相通的裂縫，水庫的安全運(yùn)行受到嚴(yán)重威脅。
2.2滲漏持續(xù)加大
大壩斷層帶、兩岸壩基巖石破碎及壩基斷層多處滲漏嚴(yán)重；特別是左壩肩斷層從壩頭穿過，幾乎垂直壩軸線與某些斷層相互交錯(cuò)，漏水嚴(yán)重。另外，河床段壩體與基巖接觸面處滲流場位勢(shì)升高且有發(fā)展趨勢(shì)。
2.3主壩變形嚴(yán)重
1973-1988年間的沉陷模擬計(jì)算顯示，主壩總沉陷量達(dá)1. 2m，為壩高的1.56%，總沉陷量超過壩高的1%；1984-2005年的觀測(cè)資料也表明壩段傾度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于l%，并且壩體沉陷和水平位移與水庫在較高水位運(yùn)行密切關(guān)聯(lián)。
3 施工方案的選定
為解決主壩裂縫、滲漏等問題，工程最終決定新建壩體混凝土防滲墻，并根據(jù)工程的地質(zhì)狀況和大壩自身的運(yùn)行工況采用下部剛性混凝土、上部塑性混凝土的組合式防滲墻方案。
在水利水電工程中，主要根據(jù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求、抗?jié)B耐久性、適應(yīng)變形能力以及施工條件等來確定混凝土防滲墻墻體材料。該工程混凝土防滲墻墻體材料按下部砂卵石層內(nèi)墻體和上部心墻黏土內(nèi)墻體兩部分來考慮。窄口水庫主壩下部壩體心墻寬厚，密實(shí)性較好、變形較小，但墻體承擔(dān)的水頭差較大，為提高墻體的抗?jié)B耐久性，采用剛性混凝土。高程615. 0m以上心墻質(zhì)量較差，水頭較低，變形相對(duì)較大，采用塑性混凝土。在窄口水庫除險(xiǎn)加固工程中應(yīng)用的剛塑性混凝土組合式防滲墻可以達(dá)到非常明顯的效果：一方面，上部塑性混凝土與黏性土層的黏結(jié)性能好，下部剛性混凝土與基巖結(jié)合好，剛塑組合式抗?jié)B性材料能夠很好地保證壩體的整體堅(jiān)固性和防滲抗?jié)B性；另一方面剛塑性混凝土組合式防滲墻施工進(jìn)度快，降低了工程造價(jià)。有關(guān)設(shè)計(jì)部門通過嚴(yán)密細(xì)致的分析研究和主壩加固方案比較，決定采用“在黏土心墻壩體內(nèi)進(jìn)行超深剛塑性混凝土組合防滲墻施工”的截滲加固處理方案。
4 剛塑性組合混凝土防滲墻施工
4.1 工程布置
工程范圍為樁號(hào)0 +036 -0 +270．防滲軸線在0+210 -0 +270段向上游側(cè)移動(dòng)1.0m，在樁號(hào)0+075及0 +224.3點(diǎn)處，與兩岸原倒掛井防滲墻位置重合，0+036 -0 +075段軸線為繞開原有的防滲結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整。
4.2技術(shù)指標(biāo)
混凝土防滲墻立面布置采用封閉式，墻底垂直嵌入基巖不小于1. 0m。設(shè)計(jì)最大墻深為82. 3m，厚度為0. 8m。
防滲墻材料按照分段設(shè)置原則，自下而上分別為：高程615. 0m以下為摻粉煤灰混凝土（即剛性混凝土），抗壓強(qiáng)度R= 10MPa，抗?jié)B等級(jí)W8；高程615. 0m以上為I級(jí)配塑性混凝土，強(qiáng)度R28≈3.85 MPa，彈性模量E28 ≈3000MPa，滲透系數(shù)K≈l×10-7cm/s。墻頂以上填筑黏土至壩頂。
4.3 防滲墻施工
4.3.1 施工平臺(tái)
防滲墻墻頂部高程648. 0m，將現(xiàn)壩頂挖低至649．0m高程，整平加寬形成施工平臺(tái)，以滿足施工平臺(tái)的要求。
4.3.2槽段劃分及建造
在現(xiàn)場沿防滲墻設(shè)計(jì)軸線分段挖槽，在深槽段布置3個(gè)主孔和2個(gè)副孔，孔距6.8m，在壩肩段布置了4個(gè)主孔和3個(gè)副孔，孔距8. 8m。防滲墻施工軸線總長234. 04m，共37個(gè)槽孔。
防滲墻造孔施工最初為二序法“兩鉆一抓”方式鉆孔成槽，鑿孔中I序槽的5個(gè)槽孔同時(shí)出現(xiàn)漏漿，極有可能出現(xiàn)槽孔壁坍塌，甚至導(dǎo)致壩體內(nèi)黏土心墻坍塌。施工中及時(shí)調(diào)整為三序槽孔方案：先澆筑I序槽以穩(wěn)定壩體，再澆筑Ⅱ序槽以阻斷漏漿通道，降低塌槽的可能，最后澆筑Ⅲ序槽連成一體。采取三序法成槽后再?zèng)]有發(fā)生多槽孔連環(huán)漏漿情況，槽孔穩(wěn)定。在施工中要嚴(yán)格進(jìn)行成槽質(zhì)量控制：主孔每進(jìn)尺l0m要進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)計(jì)算孔底偏差，必要時(shí)進(jìn)行強(qiáng)制修孔；副孔每掘進(jìn)5m左右提升液壓斗體，以清除槽壁可能存在的探頭石。
4.3.3 清孔及接頭管、預(yù)埋灌漿管、澆筑導(dǎo)管下設(shè)
孔型全面驗(yàn)收合格后要進(jìn)行清孔換漿工作，河床部位深槽段采用“抽桶法”和“氣舉反循環(huán)法”相結(jié)合進(jìn)行清孔，較淺的壩肩部位槽孔采用“抽桶法”進(jìn)行清孔。清孔換漿控制標(biāo)準(zhǔn)為：孔底淤積厚度不大于l0cm；孔內(nèi)泥漿密度不大于1.15g/cm3，馬氏漏斗黏度大于30s，平均含砂量為1.3%。隨后下設(shè)接頭管、預(yù)埋灌漿管、澆筑導(dǎo)管。I序槽兩端的導(dǎo)管距孔端或接頭管1.0 -1.5m，Ⅱ序槽兩端的導(dǎo)管距孔端0.5-1.0m;導(dǎo)管底安裝后距離槽孔底部控制范圍為15 - 25cm。
4.3.4混凝土配合比
按墻體設(shè)計(jì)指標(biāo)做好混凝土配合比試驗(yàn)，同時(shí)要求配制墻體材料的水泥、骨料、水、摻和料及外加劑等應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。該工程委托具有相應(yīng)資質(zhì)的水電試驗(yàn)中心進(jìn)行了多組試驗(yàn)，選取了最佳的C10W8混凝土與塑性混凝土施工配合比，試驗(yàn)成果如下表所列。
以上表數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場施工材料的實(shí)際來調(diào)整配制混凝土進(jìn)行防滲墻澆筑施工。
4.3.5 混凝土生產(chǎn)及澆筑過程
該工程塑性混凝土采用濕摻法拌制：先在攪拌池內(nèi)加入水，依次加入膨潤土、黏土后攪拌，用泥漿泵輸送至儲(chǔ)漿桶，由計(jì)量泵抽入攪拌機(jī)內(nèi)拌制，用循環(huán)泵使?jié){液保持循環(huán)。以整袋水泥質(zhì)量折算出每盤混凝土中砂、石、粉煤灰用量攪拌量，采用電子配料機(jī)計(jì)量，在水泥加料口人工摻加外加劑，用計(jì)量泵控制加水量，每隔2h檢測(cè)一次混凝土性能，確保成品質(zhì)量。
該工程采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌混凝土，采用輸送泵直接輸送混凝土至澆筑槽段的孔口集料斗內(nèi)�；炷翝仓捎媚酀{下直升導(dǎo)管法。開倉時(shí)，先把分料倉與混凝土輸送泵儲(chǔ)滿混凝土，并儲(chǔ)備足夠的混凝土后，再開放分料倉閘門向各個(gè)導(dǎo)管同時(shí)放料，要一次性放完所儲(chǔ)混凝土，完成導(dǎo)管底部的埋深�；炷灵_倉后連續(xù)不斷進(jìn)行澆筑，澆筑中嚴(yán)格控制澆筑速度，在底部黏土心墻寬度大段，澆筑混凝土上升速度控制在2.0 -3. 0m/h，壩體黏土心墻上部單側(cè)厚度小，混凝土澆筑速度要降低。施工中常測(cè)量混凝土上升面，在CIOW8混凝土（剛性混凝土）澆筑至接近615.0m高程時(shí)，及時(shí)更換為塑性混凝土進(jìn)行澆筑，直到高出設(shè)計(jì)墻頂0. 5m才可結(jié)束澆筑。在澆筑期間由測(cè)量人員加強(qiáng)對(duì)壩體位移觀測(cè)，進(jìn)行大壩穩(wěn)定性檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)采取措施處理，確保大壩安全。
5結(jié)語
2010年12月，窄口水庫除險(xiǎn)加固主體工程通過驗(yàn)收，在77m高的黏土心墻壩體內(nèi)進(jìn)行“超深混凝土防滲墻施工”尚屬首例，該工程施工的實(shí)際最大深度為83. 48m，厚為0.8m，防滲墻面積為l1700m2，總投資1 183萬元。
剛塑性混凝土防滲墻自2009年應(yīng)用于窄口水庫除險(xiǎn)加固工程至今，六年來的多點(diǎn)位移計(jì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和豎向位移觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，沉降量和位移量均符合規(guī)范要求，大壩傾度也在允許范圍內(nèi)，明流已完全消失。這足以說明組合式混凝土防滲墻達(dá)到了預(yù)期的防滲效果，剛塑性組合混凝土防滲墻不僅保證了防滲墻施工的質(zhì)量和進(jìn)度，也保證了壩體的安全、目前，大壩運(yùn)行正常，水庫最高蓄水位已達(dá)642.0m，創(chuàng)造了較高的社會(huì)效益，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展做出了較大貢獻(xiàn)。
a．?dāng)U大了水庫的蓄水面積（達(dá)5000余畝），有效地發(fā)展了養(yǎng)殖業(yè)。
b．增加了水庫電站的發(fā)電效益。窄口電站裝機(jī)容量3×1600kW，3臺(tái)機(jī)組在水庫除險(xiǎn)加固前只能運(yùn)行一臺(tái)且最多只能帶47%負(fù)荷，即750kW，占總裝機(jī)容量的16%；加固后能正常運(yùn)行兩臺(tái)機(jī)組各帶90%負(fù)荷，即2880kW，占總裝機(jī)容量的60%，發(fā)電效益提高近4倍。
c．大幅度地提高了水庫下游12座小型水電站的經(jīng)濟(jì)效益。水庫除險(xiǎn)加固前，下游的12座小電站僅有兩座能勉強(qiáng)維持運(yùn)行，年發(fā)電量僅不到350萬kW．h；水庫除險(xiǎn)加固后，下游的12座小型水電站基本全部正常運(yùn)行，年發(fā)電量在1140. 48萬- 1710. 72萬kW-h之間，效益提高到325% - 488%。
d．增加了上、下游灌溉面積近30萬畝。
e．供水能力增加了2倍之多，在很大程度上緩解了上、下游的人畜用水難問題和開曼鋁業(yè)（三門峽）有限公司熱電廠的用水難題。
6摘 要
靈寶市窄口水庫壩體黏土心墻裂縫、壩基斷層破碎帶發(fā)育和滲漏量的不斷加大迫使水庫不能正常運(yùn)行 經(jīng)反復(fù)論證，壩體采用剛性混凝土與塑性混凝土組合式防滲墻進(jìn)行截滲加固。從施工后的壩體安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果來看，剛塑性組合混凝土防滲墻很好地適應(yīng)了壩體變形，滿足了設(shè)計(jì)防滲要求，本文介紹了施工方案的選定以及具體的防滲墻施工過程
