塑性砼防渗技术在五渡港水库加固中的应用

1 工程概述

五渡港水库位于江西省信丰县境内, 地处长江流域赣江支流—桃江小河河上游, 距县城35km, 坝址以上控制流域面积120km2, 总库容3330万m3。大坝为均质土坝, 最大坝高28.0m, 是一座以防洪、灌溉为主, 兼有发电、养殖等综合利用的中型水利枢纽工程。

水库于1958年勘测设计, 同年12月动工兴建, 1964年大坝基本建成。大坝建设时正值我国“大跃进”时期, 工程盲目追求进度, 而对质量有所忽视。如坝基以粘土齿槽防渗, 坝体填筑土料含砾石较多, 加之施工时以简单的人畜机械碾压造成填筑不均, 渗透系数偏大 (在现状坝脚, 量测渗透系数K值在1×10-3cm/s~1×10-4cm/s之间) , 不能满足规范要求。另随着时间的推移, 以上质量问题越显突出, 坝体已多次出现险情, 致使水库不能按正常设计水位蓄水, 效益未能得到充分发挥。为了使水库能安全可靠地运行, 发挥工程最大效益, 保障下游人民的生命财产安全, 对水库进行除险加固迫在眉睫。

经方案比较, 五渡港水库除险加固工程对大坝坝体防渗选用薄壁液压抓斗造塑性砼防渗墙技术, 设计防渗墙轴线布置于原坝轴线处, 全长1 0 6.0 m, 墙顶高程196.50m, 设计墙体有效厚度0.30m, 嵌入基岩1.0m。施工塑性混凝土防渗墙平均深2 5.3 2 m, 最深达2 9.4 9 m, 本工程共建造混凝土防渗墙2683.90m2, 浇筑砼方量806.10m3。

2 塑性混凝土防渗墙设计

2.1 塑性砼原材料要求

水泥采用抗酸性水泥且水泥标号大于425#;粘土、膨润土应满足制浆围土要求;砂石骨料:最大粒径不大于20mm, 砂率60% (体积比) , 含泥量 (5%) 。水:符合拌制砼用水要求。

2.2 墙体砼材料

(1) 防渗墙采用塑性砼浇筑。其物理力学控制指标:抗压强度R28≥2MPa;弹性模量E<600MPa;渗透系数K<1×10-6cm/s;允许渗透比降J>60。 (2) 塑性砼施工物理特性指标要求:砼入孔时的坍落度为18cm~24cm, 且不得低于15cm。砼初凝时间不应小于6h, 终凝时间不宜大于24h。施工前施工单位应进行砼配合比试验。参考配合比见表1。

3 塑性砼防渗墙施工工艺

3.1 施工平面布置

主要机械 (锯槽机) 场地——利用现状坝顶布置, 因坝顶宽度只有5m, 不能满足施工所需8m宽的施工平台要求, 根据设计要求需降低至▽194.00高程且在坝前坡填筑部分土方满足机械设备布置摆放及通行。坝顶平台按要求整理好, 钢轨铺设完毕。工程所需附属设施—泥浆池布置于坝右岸上游靠原管理房边新建的宽大场地内, 与坝顶有一定高差, 通过高压泵抽取泥浆使用。废渣弃于库内, 通过塑胶管道输送至死水位以下。粗细骨料和拌和站设于坝顶, 在未施工的左岸按量堆放, 待右岸部分完成施工, 设备移开后, 堆放于右岸坝顶, 与锯槽施工不产生冲突。机修房设于坝右岸施工区以外的平地上, 民工住房租用水库原有平房。

3.2 施工工艺、工序及设备配置

(1) 主要施工机械设备:庆50型锯槽机、J-100型地质钻机、砼浇料机、砼拌和机、冲击锤、泥浆泵等。

(2) 施工工艺流程。

如表1所示。

1) 测量放线:使用苏光J2型经纬仪在已做好的两岸心墙轴线固定点上, 现场定出开挖槽轴线和开挖轮廓线, 特别是原导流涵管位置 (即最大坝高处) 。做好标志, 加以妥善保护。

2) 先导孔钻设:为准确掌握防渗墙下岩层深度情况以保证锯槽安全, 在防渗墙轴线上用地质钻机每50m左右设一个先导孔, 孔深以探清嵌岩基面及岩石情况为准。如果局部地层条件变化较大, 应适当加密先导孔。

3) 导槽施工:为保证成型墙体顺直, 坝体设混凝土导向槽。槽沟沿防渗墙轴线两侧对称人工开挖完成, 宽度80cm, 深度100cm, 导槽采用C15砼浇筑板保护。

4) 工作平台铺设:工作平台必须坚实、平坦, 不得产生过大不均匀的沉陷。倒浆平台采用现浇混凝土板, 其下设块石垫层。其上架设锯槽机行走轨道, 行走轨道的平面坡度不得大于0.5%, 轨道的间距误差不大于10mm, 以保证锯槽机行走的平稳和成墙质量要求。建造槽孔前, 浇筑孔口导向槽口板, 槽口板浇筑必须直立、稳固、位置准确。

5) 固壁泥浆配置:泥浆主要用于支撑孔壁、稳定地层、悬浮、携带钻渣和冷却钻头及钻具。本次施工使用膨润土泥浆, 泥浆比重小于1.10g/cm3, 粘度小于35s, 含砂量小于3%, 在30min内失水量小于40mL。 (1) 拌制泥浆方法及时间通过实验确定 (并按批准的配合比配置泥浆, 加量误差值不得大于5%, 泥浆成分满足以下要求:粘土:粘粒含量大于50%, 塑性指数大于20, 含沙量小于5%, 二氧化硅和三氧化铝含量的比值为3~4。 (2) 不得向孔内泥浆中倾注清水和废浆废渣等杂物, 停止挖槽时, 应经常搅拌孔内泥浆。新制膨润土泥浆存放24h, 经充分水化溶胀后方能使用。储浆池内的泥浆经常搅动, 防止离析沉淀, 保持性能指标均一。泥浆通过净化回收, 重复利用, 槽孔内泥浆浆液面应保持在槽口板顶面以下30cm~50cm的范围内。

(3) 槽孔建造。

(1) 槽孔宽度和槽孔分段长度:槽孔宽度为300mm, 满足设计图纸和文件的要求。相连槽段采用直径800mm导孔连接。

槽孔分段长度考虑以下因素:施工部位、造孔方法、延续时间等, 初定长度8m, 进行槽孔隔离和墙体浇筑, 隔离采用钢体隔离体, 隔离体在下入前应进行逐一检查, 检查张合机构是否灵活快捷, 驱动系统是否工作可靠。

(2) 槽孔中心线与垂直度:各单孔中心线位置在设计防渗墙中心线上、下游方向的误差不大于3cm。槽孔应平整垂直, 防止倾斜, 孔斜率不得大于0.5%, 槽段搭接的两次孔位中心线在任一深度的偏差值能保证搭接墙厚要求。

(3) 槽孔深度:墙底高程达到设计图纸要求, 并嵌入相对不透水层顶板以下1.0m。根据出渣情况和钻取的岩芯做好单孔基岩顶面验收。

(4) 终孔和清孔。

当槽段被隔离体防断成为槽孔后, 报监理单位进行全面检查验收, 验收合格后进行清孔换浆。槽孔清孔换浆结束后, 用钢丝刷子清除已浇墙砼壁上的泥皮, 以刷子钻头基本不带泥屑为合格标准。进行无接缝浇筑时, 应在前一槽孔砼初凝前进行后一槽孔的浇筑, 提前安装第二套隔离体, 下入第二套隔离体后即可重复上述清孔和浇筑砼工程。

(5) 墙体砼浇筑。

(1) 砼运输:塑性砼拌和系统拌制出的合格料采用小型四轮工程车直接运送至槽口砼浇筑设备前。砼的拌和、运输保证浇筑能连续进行。如因故中断, 时间不宜超过40min。

(2) 浇筑塑性砼采用泥浆下直升导管法, 导管内径12cm, 导管定期进行密闭承压实验。

(3) 槽孔两端的导管距孔端小于1.0m, 导管间距不得大于3.5m。导管底口与孔底距离不得大于25cm, 并不得大于1.5倍木球直径, 当孔底高差大于25cm时, 导管中心应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水面的木球, 堵塞导管底口。

(4) 开浇砼前, 先在导管内注入适量的水泥砂浆, 并准备好足够数量的砼料, 以使底口的木球塞被挤出后, 能将导管底端埋入混凝土内。

(5) 砼必须连续浇筑, 槽孔内砼上升速度不小于2m/h, 以不大于4m/h为宜, 并连续上升至施工平台高程顶面。导管埋入砼的深度保持在2m~4m之间, 以免泥浆进入导管内。

(6) 槽孔内砼面应均匀上升, 其高差应控制在50cm以内。每30min测量一次砼面, 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。

浇筑砼时, 孔口设置盖板, 防止砼散落槽口内, 槽孔底部高低不平时, 从低处浇起。

(6) 质量检查和工程验收。

(1) 防渗墙质量检查方法包括:机口取样检验和超声波法。

(2) 机口取样检验, 每个浇筑作业施工点每台班抽检一组, 进行28天单轴抗压强度、弹模和渗透系数试验, 其中弹模、渗透系数试验抽检量为强度试件量的1/3。

(3) 超声波法检验应在成墙28天后进行, 其检测点布置应结合施工情况, 现场确定。

(4) 墙体最终质量认定应结合施工工序质量检查、成墙后质量检查综合确定。工序质量检查参照《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》 (SL174-96) 第8条要求进行。

4 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, 适当调整泥浆配和比, 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) 当遇到坝体不密实, 出现严重透浆时, 应立即采取自救措施。可采取粘土堵漏方法, 全坝段或部分坝段填压粘土形成防渗体。 (3) 遇雨水较多, 粗细骨料场工作面应做好排水, 防止水流自工作口流入孔内。 (4) 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。锯槽尽量选择在库水位较低时进行, 一般建议空库施工。另槽口砼板必须支撑稳固, 两侧再用粘土分层回填夯实, 适当时缩短锯槽长度, 隔离体放置密封牢固。

5 结语

五渡港水库大坝塑性砼防渗墙施工完成后, 经现场观察, 大坝下游的渗漏情况已经显著改观, 原坝体下游右岸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防渗作用。塑性砼因其弹性模量低, 极限应变大, 使得塑性砼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, 较刚性砼在力学特性上具有显著优点。实践证明, 塑性砼防渗墙技术的应用, 能够最大程度的解决水库存在的渗漏问题, 适用于跟五渡港水库相似的各类土石坝加固及防渗工程建设。

摘要：以江西信丰县五渡港水库除险加固工程为例, 详细介绍了薄壁液压抓斗法造塑性砼防渗墙施工工艺控制要点及质量标准, 并对该工程的砼防渗墙施工进行了总结。实践证明, 塑性砼防渗墙技术的应用, 能够最大程度的解决水库存在的渗漏问题, 适用于跟五渡港水库相似的各水库加固及防渗工程建设。

关键词：塑性砼,防渗墙,水库,加固