水泥土防滲墻在勝利水庫加固工程中的應(yīng)用
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任海民1 于學(xué)濤2 玄 鵬1
（1．泰安市水利勘測設(shè)計(jì)研究院，山東泰安271000：2．泰安市水利和漁業(yè)局，山東泰安271000）
【摘要】 本文主要介紹在勝利水庫北迎主壩除險加固工程中，根據(jù)大壩地質(zhì)條件，通過加固方案比較，選用多頭和單頭小直徑攪拌機(jī)聯(lián)合施工構(gòu)筑水泥土防滲墻的施工工藝，并通過適宜的施工工序和方法，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，成功解決了大壩滲流穩(wěn)定問題。試驗(yàn)檢測證明，各項(xiàng)施工技術(shù)指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，大壩防滲體達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
【關(guān)鍵詞】 小直徑攪拌機(jī)；水泥土防滲墻；質(zhì)量控制重點(diǎn)；應(yīng)用
中圖分類號：TV543 文章編號：1005-4774( 2016) 04-0005-04
1工程概況
勝利水庫位于黃河流域漕河上游，壩址在泰安市岱岳區(qū)滿莊鎮(zhèn)南留、北留村東，控制流域面積13. 8km2。水庫是1978年在原南留、北留兩座小(1)型和北迎小(2)型水庫的基礎(chǔ)上擴(kuò)建而成的，現(xiàn)狀總庫容5483萬m3，是一座以灌溉、供水為主的中型水庫。水庫主要由大壩、放水洞、引水渠、溢洪道等建筑物組成。自投入運(yùn)行以來，各建筑物均暴露出比較嚴(yán)重的問題，處于帶病運(yùn)行狀態(tài)。2011年10月，經(jīng)水利部大壩安全管理中心核查，核定該壩為三類壩。該次除險加固工程設(shè)計(jì)確定水庫工程等別為Ⅲ等，大壩、放水洞等主要建筑物級別為3級，次要建筑物為4級。洪水標(biāo)準(zhǔn)采用100年一遇(P=1%)設(shè)計(jì)，1000年一遇(P=0.1%)校核。設(shè)計(jì)總庫容5020萬m3，興利水位129m，興利庫容4670萬m3，設(shè)計(jì)洪水位128. 64m，校核洪水位129m。地震設(shè)計(jì)烈度Ⅵ度。
2存在問題
心墻土料混雜，土質(zhì)均勻性差，組成心墻的壩料主要為壤土，其次為含粗粒壤土。心墻壤土干密度為1. 39~1.84g/cm3，壓實(shí)度在73. 9%~97. 8%之間。室內(nèi)試驗(yàn)滲透系數(shù)為1. 08×10-7~8.06×10-4 cm／s，現(xiàn)場注水試驗(yàn)滲透系數(shù)為2. 78×10-5~1.13×10-3cm／S。心墻頂部為含粗粒壤土透鏡體，土料滲透系數(shù)偏大；心墻土料屬中一高壓縮性，土料壓實(shí)不均，壓實(shí)度較低。高程121. 0m以下出現(xiàn)縮孔，容易產(chǎn)生壩體不均勻沉降，從而造成壩體內(nèi)部產(chǎn)生張裂隙，危及大壩安全。
3 工程設(shè)計(jì)方案選擇
針對工程實(shí)際情況，在選擇加固方案時，主要對比了當(dāng)下水庫加固中比較常用的兩種處理方案：方案一是塑性混凝土防滲墻；方案二是水泥土攪拌樁防滲墻。通過對比：⑧兩種處理方案如按常規(guī)設(shè)計(jì)均能滿足對壩體防滲的處理要求；⑥該水庫壩頂寬度為4m，如若采用方案一，壩頂需加寬4m左右，既改變了壩體下游壩面，又增加了投資，且該方案施工工序多，工序之間銜接難度大，人為因素對質(zhì)量的影響較大，本身造價約為320元／m2；⑥方案二所需施工設(shè)備簡單，工藝不復(fù)雜，工序之間銜接機(jī)械化程度高且操作簡便，本身造價約為150元/m2。綜合多種因素，決定采用方案二。
勝利水庫北迎主壩(4 +868～5 +559)采用水泥土攪拌樁防滲墻，直徑0. 45m，平均墻厚0.392m，最薄處為0. 335m。施工樁位偏差不大于30mm，樁位偏移不大于10mm，成樁垂直度不大于0.4%。成樁水泥土強(qiáng)度不小于0. 5MPa，滲透系數(shù)不大于1×10-6cm／s。與基巖接觸面應(yīng)增加噴漿量使水泥土盡量與基巖膠合。防滲墻沿心墻軸線布置，最大攪拌深度為23. 67m，采用多頭小直徑攪拌法施工。防滲墻與放水洞連接處，對壩體進(jìn)行高噴灌漿、充填灌漿處理。
4施工工藝
根據(jù)工程地質(zhì)勘探資料和現(xiàn)場施工條件等綜合分析比較后，確定采用SJ4-550型四頭攪拌機(jī)（施工區(qū)域：5+ 447.2~5+559；4+868~5+336.4，深度：3.7~ 16. 5m)和ZGZ-A25單頭深層攪拌機(jī)（施工區(qū)域：5 +336.8～5 +445.6，深度：15.2~24. 1m）聯(lián)合施工，通過四攪二噴法一次成墻，樁機(jī)直徑0. 55m，樁距0. 4m，一次移位及成墻單元長度分別為1.6m和0. 4m，單元間最小搭接尺寸為0.15m。其施工工藝如下。
4．1 測量放樣
4.1.1 施工平臺與高程復(fù)合
平整場地、清除地面障礙物，以形成施工平臺。進(jìn)行地面高程測量，標(biāo)記水準(zhǔn)點(diǎn)和測量點(diǎn)，并將測量結(jié)果與設(shè)計(jì)文件要求進(jìn)行復(fù)合。施工平臺高程與設(shè)計(jì)文件要求誤差應(yīng)控制在±15cm內(nèi)。
4.1.2 防滲墻軸線的測量放樣
按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行防滲墻軸線的測量放樣，定出基準(zhǔn)線和每一個樁位。
4.1.3 設(shè)置導(dǎo)流溝
按設(shè)計(jì)防滲墻軸線方向挖一條寬0. 5m、深0.8m的導(dǎo)流溝，避免漿液外溢，保證施工場地清潔，而且有利于放樁位控制的輔助線。
4.2 沒備安裝調(diào)試與就位
4.2.1 垂直度校準(zhǔn)
設(shè)備試運(yùn)轉(zhuǎn)成功后，應(yīng)進(jìn)行垂直度較準(zhǔn)，為保證樁體垂直度滿足規(guī)范要求，在主機(jī)上懸掛一吊錘，通過控制吊錘與鉆桿上、下、左、右距離相等來控制垂直度，有風(fēng)時，采用經(jīng)緯儀或全站儀。
4.2.2確立樁位
SJ4-550型多頭深層攪拌機(jī)與ZGZ-A25型單頭攪拌樁機(jī)均具有獨(dú)立的液壓行走系統(tǒng)，開啟液壓行走系統(tǒng)，就位第一樁位。通過水平標(biāo)尺找正垂直度。拉開標(biāo)線和標(biāo)尺，并將其固定在地面，標(biāo)線長度以不小于10m為宜。
4.3 制漿攪拌與拌和輸送
該工程中水泥漿液制備系統(tǒng)采用LT-D型雙筒立式攪拌機(jī)進(jìn)行，由HBW150型中壓灌漿泵經(jīng)高壓膠管輸送至深層攪拌機(jī)噴漿攪拌。
4.4預(yù)攪下沉
啟動深層攪拌樁機(jī)主動電機(jī)，選擇實(shí)驗(yàn)確定的低位檔速，攪拌下沉至設(shè)計(jì)深度。
4.5 噴漿攪拌提升
深層攪拌機(jī)攪拌頭下沉至設(shè)計(jì)深度后，加大供漿量，注漿攪拌30s，然后使攪拌頭在樁底1m范圍內(nèi)上下活動一次，待樁口有少量漿液溢出時，按試驗(yàn)確定的速度噴漿并提升攪拌頭。
4.6重復(fù)攪拌下沉
按設(shè)計(jì)要求的檔位停漿攪拌下沉至設(shè)計(jì)深度。
4.7重復(fù)攪拌提升
噴漿攪拌提升達(dá)到設(shè)計(jì)樁頂。
4.8清洗檢查
每根攪拌樁施工完畢，應(yīng)向集料斗中注入適量清水，開啟灰漿泵，清洗并檢查全部管路，直至干凈通暢，并將黏附在攪拌頭的軟土清洗干凈。
4.9移機(jī)就位搭接
每序成墻移機(jī)行程分別為1. 6m或0.4m。設(shè)置長度標(biāo)尺和標(biāo)線控制移位行程和軸線。
4. 10垂直度周期性校準(zhǔn)
每移機(jī)一次應(yīng)進(jìn)行垂直度找正，即找正液壓臺車四水平標(biāo)尺，控制鉆桿垂直度不大于0.4%。
4. 11 連續(xù)成墻
重復(fù)上述作業(yè)流程可連續(xù)成墻。
5 施工中注意問題
5.1地質(zhì)復(fù)勘
沿防滲墻軸線布置地質(zhì)復(fù)勘先導(dǎo)孔，先導(dǎo)孔完成后，繪制軸線處地質(zhì)復(fù)勘剖面圖，以校核設(shè)計(jì)圖紙并對深度進(jìn)行精確定位，確保樁機(jī)鉆進(jìn)攪拌深度。
5.2確定現(xiàn)場試驗(yàn)參數(shù)
項(xiàng)目開工前，必須進(jìn)行水泥土攪拌樁試驗(yàn)樁施工，以檢驗(yàn)機(jī)具性能，確定施工工藝中的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，如下表所列。
5.3 制漿
施工制漿過程中，所用水泥品種和質(zhì)量必須符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，應(yīng)嚴(yán)格按批復(fù)的水灰比制漿，防止灰漿離析，若停機(jī)4h配置的漿液就不能使用，以確保漿液質(zhì)量。
5.4預(yù)攪下沉
在攪拌樁第一次預(yù)攪下沉?xí)r，為避免堵管或遇到較硬土層下沉較慢，可適當(dāng)帶漿下鉆，但嚴(yán)禁帶水下鉆。噴漿壓力宜大于0. 5MPa，小于1.0MPa。
5．5 樁徑控制
必須采用相應(yīng)規(guī)格的鉆頭，經(jīng)常檢查攪拌頭及鉆頭磨損情況，發(fā)現(xiàn)問題及時更換或修補(bǔ)，進(jìn)而確保墻體最薄厚度滿足要求。
5.6 莊體體完整性
為保證樁體的完整性，應(yīng)首先調(diào)好樁機(jī)下沉及提 升速度，嚴(yán)格按照試驗(yàn)參數(shù)確定的速度施工，其次應(yīng)嚴(yán)格控制噴漿和停漿時間，鉆頭到達(dá)樁底高程后提鉆攪拌到地面，必須保證孔口有翻滾的水泥漿，嚴(yán)禁斷漿事件發(fā)生，如若發(fā)生應(yīng)立即處理，防止斷樁。
5.7攪拌深度
嚴(yán)格控制攪拌深度，每次攪拌到底部時，應(yīng)與設(shè)計(jì)及加密斷面進(jìn)行比對，如采取措施后確實(shí)達(dá)不到設(shè)計(jì)深度，應(yīng)由參建各方會商處理。
5.8搭接厚度
為確保樁與樁之間的搭接厚度滿足墻厚的要求，應(yīng)嚴(yán)格控制攪拌機(jī)每次移位的準(zhǔn)確，防止少搭接或漏搭接現(xiàn)象的發(fā)生。
5.9成樁中斷處理措施
施工過程中，如遇到特殊情況導(dǎo)致成樁工藝中斷，如能在24h內(nèi)恢復(fù)施工，應(yīng)將攪拌機(jī)下降至停漿點(diǎn)以下0. 5m處，待恢復(fù)供漿時再噴漿鉆攪，以防止出現(xiàn)不連續(xù)樁體。如因故停機(jī)時間較長，在24h內(nèi)無法恢復(fù)，宜先拆卸輸漿管路，妥為清洗，以防止?jié){液硬結(jié)堵管，按冷縫處理方法進(jìn)行處理。
5. 10施工冷縫
施工冷縫處理，施工過程中因超時無法搭接或搭接不良，應(yīng)作為冷縫記錄在案，采取在搭接處補(bǔ)做攪拌樁的措施，確保攪拌樁的施工質(zhì)量。
6 質(zhì)量檢查與檢測
6.1 開挖檢查
在防滲墻體的強(qiáng)度達(dá)到一定值后，建設(shè)、設(shè)計(jì)、檢測、監(jiān)理及施工等單位進(jìn)行聯(lián)合檢查，對樁號5 +500、5 +310兩處防滲墻體進(jìn)行開挖檢查，從兩個探坑開挖情況發(fā)現(xiàn)，墻體連續(xù)好、搭接較好、外觀質(zhì)量良好，墻體厚度、樁頭直徑等各項(xiàng)檢測指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。
6.2芯樣檢測
取芯檢測由山東某測試中心負(fù)責(zé)，共檢測10組：試驗(yàn)樁芯樣檢測4組，抽檢樁芯樣檢測6組。經(jīng)檢測，墻體的強(qiáng)度均大于0. 8MPa，滲透系數(shù)均小于1×10-6cm/s，符合設(shè)計(jì)要求。
6.3 注水試驗(yàn)檢測
現(xiàn)場在樁號4 +900、5+110和5+480三處防滲墻頂部布置鉆孔注水試驗(yàn)點(diǎn)，經(jīng)對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計(jì)算，滲透系數(shù)均小于1×10-6cm/s，滿足設(shè)計(jì)要求。
6.4高密度電法檢測
山東某測試中心采用高密度電法（FlashRES64超高密度電法儀）對防滲墻工程進(jìn)行了全線檢測，經(jīng)檢測：水泥土防滲墻墻體在其深度范圍內(nèi)未見明顯電阻異常區(qū)域，連續(xù)性、整體性等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。
7 結(jié)語
勝利水庫大壩除險加固防滲墻工程施工期為2015年2月26日-6月17日，共完成防滲墻工程量7941. 6m2。工程完成后，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)及工程加固處理后蓄水運(yùn)行實(shí)際效果現(xiàn)場檢查對比，防滲效果顯著，滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際的需要，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
