薄型抓斗法塑性混凝土防渗墙在黄仁水库的应用.pdf

第 9 卷O 1 期 2 0 1 1 年 2月 南水北调 与水利 科技 S o u t h t o N o r t h Wa t e r D i v e r s i o n a n d Wa t e r S c i e n c e Te c h n o l o g y 薄型抓 斗法塑性混凝土防渗墙在 黄仁水库 的应用 杨 玉花 ( 山东省 临沂市水利勘测设计院 ， 山东 临沂 2 7 6 0 0 0 ) 摘要 ： 薄型抓斗法性混凝 土防渗墙塑施工技术近年来发展很 快 ， 应用较广 ， 已被广泛应用于病险水库防渗加 固， 并 取 得较好的防渗效果。结合塑性混凝土防渗墙在黄仁水库坝体防渗加固处理中的应用， 介绍了液压抓斗法混凝土防 渗墙的施工技术要点及注意事项。 关键词 ： 塑性混凝土； 防渗墙； 薄型抓斗 中图分类号 ： TV5 4 3 8 3 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 6 7 2 1 6 8 3 ( 2 0 1 1 ) 0 0 1 0 1 2 2 0 3 T h i n Gr a b L a w Qu a k i n g C o n c r e t e Cu t - o f f Wa l l i n Hu a n g Re n Re s e r v o i r Ap p l i c a t i o n YANG Yu h u a ( Li n y i S ur v e y a n d De s i g n I ns t i t u t e 0 Wat e r Co n s e r v a n c y， Li n yi 2 76 0 0， Chi n a) Ab s t r a c t ： As t h e d e v e l o p me n t o f c o n s t r u c t i o n t e c h n olo g y o f t he t hi n g r a b q u a k i n g c o n c r e t e i mp e r v i o u s c o r e i n r e c e n t y e a r s ， t he me t h o d h a s b e e n wi d e l y a p p l i e d i n r e i n f or c e me n t o f r e s e r v o i r s wi t h g o o d i mp e r v i o u s e f f e c t s Co mb i n e d wi t h e n g i ne e r i n g p r a c t i c e ， t h i s p a pe r i n t r o d u c e s t he q u a k i n g c o nc r e t e i m p e r v i o u s c o r e i n t h e d a m r e i n f o r c e m e n t t r e a t me n t o f t he Hua n g r e n r e s e r v o i r ， a n d t h e ke y i s s ue s n e e d i n g a t t e n t i o n d u r i n g c o ns t r u e t i o n Ke y wo r d s ： q u a k i n g c o n c r e t e ； i mp e r v i o u s c o r e ； t h i n g r a b 液压抓斗成槽浇筑塑性混凝土防渗墙施工技术近年来 发展很快， 由于此项技术可以适应复杂的工程地质条件， 可 在坚硬 的土壤 与砂砾石 中成槽 ， 成 槽深 度 可达 6 0 m。塑性 混凝 土防渗墙具 有工程造价低 、 施工进度 快 、 适于变 形及 防 渗效果佳等优点 ， 已在病险水库防渗加 固工程中得到了广 泛应用， 以下对塑性混凝土防渗墙在黄仁水库加 固中的运 用进行介绍， 本工程的施工经验对同类工程施工具有一定 借 鉴作用 。 1 工程概 况及 处理 方案 1 1水库 工程概 况 黄仁水库位下蒙阴县垛庄镇西山角村村南 ， 系淮河流域 沂河水系蒙河支流黄仁河上的一座中型水库， 是一座以防洪 为主， 结合农田灌溉、 淡水养殖等综合利用的水利工程。黄 水 库建成于 1 9 7 1 年 6月， 控制流域 面积 3 0 4 k m ， 设计标 准为 1 0 0年一 遇 ， 校核标 准为 1 0 0 0年一遇 ， 总库容 为 1 3 3 2 万 m。 。 大坝为均 质土 坝 ， 坝 顶高程 为 1 7 0 8 m， 最 大坝 高为 1 8 2 3 n l ， 坝顶宽 5 m， 坝长为 5 3 6 m。水库在经多年运行后 。 大坝存在坝坡稳定、 坝体渗漏和坝肩绕坝渗漏等问题， 严重 影响大坝安全运行。 1 2大坝工程 地质 条件 大坝填筑质量差 ， 填筑 土料 以壤 土和砂 壤土 为主 ， 局部 为粉土质砾砂 ， 土质较为杂乱 ， 含砂量偏大 ， 压实度为 0 7 1 0 9 3 ， 全部小于 0 9 6 ， 渗透系数为 1 7 2 1 0 3 1 6 1 O c m s ， 具 中等透水 性。坝基覆 盖层 自上而下 分别 为壤土 、 砾 质粗砂、 中细砂 ， 覆盖层最大厚度约为 4 2 m， 下伏为寒武系 砂质页岩及元古代傲徕山超单元二长花岗岩， 强风化层厚 2 8 9 0 m， 透水率为 0 2 2 4 4 L u ， 一般具微透水性 。大坝 安全鉴定结论意见要求对坝体进行防渗加固处理。 1 3处理 方案 大坝坝体 防渗加 固处理 经分 析论证选 用 了垂直 防渗这 个方案， 根据这个方案， 又对常用的高压喷射灌浆、 多头小直 径深层搅拌桩和塑性混凝土防渗墙等子方案作了进一步技 术 、 经济 比较 ， 认为混 凝土 防渗墙 与高压 喷射灌 浆和 多头小 直径深层搅拌桩相 比， 塑性混凝土防渗墙较为可靠， 且混凝 土防渗墙经过几 十年 的发 展 ， 施 工技 术较 为成熟 ， 质 量较 易 保 证。 根据水库地 质地形条件及水库 防渗 要求 ， 拟对大坝桩号 O +O 2 7 O +5 2 2 坝段坝体进行防渗处理 ， 截渗 墙轴线 与坝顶 防浪墙中心线重合 ， 防渗墙底部深入弱风化基岩 1 0 1I 1 ， 顶 部伸人防浪墙基础底 。经分析计算确定防渗墙厚 3 0 c m， 混 凝土设计指 标为 ： 渗透 系数 k 1 0 1 0 c I n s ； 抗压 强 度 2 5 MP a R 2 8 d 4 MP a ； 弹性变形模 量 3 0 0 MP a E 2 8 d 1 0 0 0 MP a ； 允许渗透比降 ， 8 O 。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 8 2 4 修 回日期 ： 2 0 1 0 l l 1 2 作者简介 ： 杨 玉花 ( 1 9 7 4) ， 女 ， 山东临沂人 ， 工程师 ， 从事水工结构设计研究工作 。 1 2 2 工程技术 杨玉花 薄型抓斗法塑性混凝土防渗墙在黄仁水库的应用 2 混凝土防渗墙成墙技术要点 2 1 施 工准备 根据施工现场、 防渗墙顶高程及施工机械设备施工要 求 ， 在 防 渗 墙 轴 线 下 游 侧 设 置 抓 斗 施 工 平 台， 平 台 总 宽 1 0 r n ， 上游台宽 1 5 m， 坝顶高程降低至 1 6 9 8 m( 防浪墙基 础底高程) ， 另外将降坝的土料填筑到坝体下游侧 ， 以保证 抓斗施工平台的宽度 。下游侧设置平行坝轴线的排渣排水 沟， 断面尺寸 3 0 c mX 5 0 c m， 再按 5 0 r n间距修建垂直防渗 墙轴线的排渣排水沟， 将废渣、废水排至下游坝脚， 所有废 渣运 至弃渣场 。 导墙是在地层表面沿防渗墙轴线方向设置的临时构筑 物 ， 起 着标定 防渗墙位 置 、 成槽导 向、 锁 固槽 口、 保持 泥浆液 面 、 槽 孔上部孔 壁保 护 、 外 部荷 载支撑 的作 用。导 向槽 的稳 定是混凝土防渗墙安全施工的关键。本工程采用“ L ” 型断面 少筋混凝土施工导墙， 导墙混凝土强度等级为 C 2 0 ， 断面尺 寸为 0 3 mX0 8 m( 宽高) ， 两导墙间距 0 4 r n ， 墙顶高于 施 工场地 1 0 c m 以阻止 地表水 流入 。导 墙建 在坚实 的基础 上 ， 导墙外侧填土夯实 ， 夯实填土时 ， 导墙 问采用 内支撑 以防 导墙倾覆或位移 。 2 2 抓 斗 造槽 本工程防渗墙成槽采用 “ 抓取法” 施工工艺 ， 抓斗张 开 2 8 m宽， 每槽段划分 3 抓 ， 按照施工顺序分别一次施 工至设计深度 ， 底部强风化 岩基部分施工也采用抓斗成 槽 施工 。 槽段划分 时 ， 应综合考虑地基的工程地质及 水文地质条 件 、 施工部位、 成槽方法、 机具性能、 成槽历时、 混凝土供应强 度、 墙体预留孔的位置、 浇筑导管布置原则及墙体平面形状 等因素。本工程防渗墙划分为 I 序、 序槽段， 间隔布置， 根 据设备及地质条件确定 I序、 序槽段开挖长度 同为 7 5 m， 先施工 I序槽段， 后施工 序槽段 。每个槽段分为两个 主孔及一个副孔 ， 即每槽段划分为 3抓， 先抓两端主孔 ， 后抓 中间副孔 ， 至终孔 成槽 。在 导 向槽 上放样 标识孑 L 位 ， 将抓 斗 对正孔 位后进行垂直造孔 。施工槽段从 左到右抓 取 ， 施工槽 段 成槽 完工 后 ， 经监 理确定 岩层岩性 ， 并 最终 确定该 施工槽 段 成槽 深度 。槽段划分示意 图见 图 l 。 接头孔 接头孔 接头 孔 接头孔 了二面谣 _ 西话育_ _ 二面面百丁 、 L 111 一 一 L 一+L 三 5 m 图 1 槽段划分示意图 2 3护壁 泥浆 护壁泥浆在施工中不仅直接影 响施工进度和槽壁稳 定 ， 并且在造孔成槽过程中起固壁、 悬浮、 携渣、 冷却钻具和 润滑的作用 ， 成墙后还可增加墙体的抗渗性能， 根据本工程 地质特点， 及混凝土防渗墙施工规范( D L T5 1 9 9 2 0 0 4 ) ， 选 用 优质膨润 土泥浆 固壁 ， 设计为二级 膨润 土指标 ， 分 散剂采 用 Na z C O ,3 ， 增黏剂为 C MC， 试验确定的泥浆配合比及 2 4 h 膨化后的泥浆性能指标分别见表 1 、 表 2 。 表 1 膨润土泥浆配合比 k 指标名称 。 漏 度 泥 H值 指标值 l _ 2 5 3 2 6 o 5 O 6 7 1 2 新制泥浆经过 2 4 h膨化后， 利用供浆管输送至槽孔 内 使用， 成槽及槽段浇筑过程中回收的泥浆， 经净化后可重复 使用。槽孔孔口泥浆面在成槽过程中保持在导向槽顶面以 下 3 0 5 0 c m范 围内。 2 4防渗墙 体 浇筑 2 4 1浇筑方 法 混凝土防渗墙是在泥浆下浇筑混凝土， 本工程是采用刚 性导管法进行墙壁 体浇注 ， 混凝 土竖 向顺导 管下落 ， 利 用导 管隔离泥浆 ， 使其不与混凝土接触， 导管 内混凝土依靠 自重 压挤下部管口的混凝土， 并在 已灌入的混凝土体内流动、 扩 散上升， 最终置换出泥浆， 保证混凝土的整体性。 2 4 2浇筑材料 本工程防渗墙的墙体材料采用掺入膨润土的普通混凝 土， 水泥选用“ 沂州” 牌 3 2 5号普通硅酸盐水泥 ； 骨料采用河 砂及人工碎石 ， 最大粒径不大于 2 0 mini 膨润土选用厂家生 产的 2 级钠基膨润土， 2 0 0目筛余小于 4 ； 水取 自水库 ； 外 J , N为 YHN一 1型减水剂。根据设计要求的性能指标， 采用 当地原材料进行试验后确定 的混凝土配合 比见表 3 。 表 3 混凝 土原材料 用量 k g m0 2 4 3清孔换 浆 槽段终孔验收合格后进行清孔， 清孔采用抓斗抓取淤 泥， 利用下设潜水排污泵抽浆， 并及时用新鲜泥浆补充。清 孔换浆结束 1 h 后 ， 达到下列标准： 孔底淤积厚度不大 于 1 0 c m； 泥浆 参数 为： 槽 内泥浆 比重 不大 于 1 1 5 g c m。 ， 黏度不大于 3 0 S ， 含砂量不大于6 。清孔换浆工作 可以结束 。 槽段清孔换浆结束前将钢丝刷子安装在抓斗斗体上 ， 紧 贴 I、 期混凝土结合面 ， 分段上下反复提 动 ， 达到刷子上不 带泥屑， 孔底淤积不再增加， 即接头面清洗合格。 2 4 4 槽段混凝土浇注 防渗墙采用直长升式导管法进行泥浆下的混凝土浇注， 导管内径为 2 0 0 mm， 导管间距不大于 3 5 m， I期槽两侧导 管距槽端 1 1 5 m， I I 期槽段 由于套抓接头， 两侧导管距孔 端 1 0 m。该工程下设三套导管， 接头处和管壁严禁漏浆， 导管底部距槽底距离控制在 1 5 2 5 c m范围内， 当槽底高差 大于 2 5 c m 时将导 管置 于控制范 围的最低处 。 在浇筑过程 中， 供料要 连续 ， 不得间断 ， 浇注过程 中每 3 O mi n测量一次槽孔内混凝土面深度， 每 2 h测量一次导管内 混凝土面深度， 导管在混凝 土内的埋深最小不得小于 1 0 工程技术 1 2 3 第 9卷 0 1 期 南水北调 与水利科技 2 0 1 1 年 2月 m， 最大不宜大于 6 0 m。槽 内混凝 土面上 升速度 不得小 于 2 m h ， 混凝土面应均匀上升， 各处高差控制在 0 5 m 以内； 浇筑混凝土时， 槽孔 口上设盖板， 以防杂物落人槽孔内。槽 孑 L 内混凝土面上升至槽 口时， 采用泥浆泵抽出浓浆， 并提升 导管， 减小埋深， 增加混凝土的冲击力 ， 直至混凝土顶面超出 设计墙顶标高 0 5 m， 即可停止浇筑 ， 拔出导管。 槽孑 L 浇筑严 格按 先深 后浅 的顺 序 ， 即从最 深 的导 管 开 始 ， 由深 到浅 连续 浇筑 。浇注前导管 内置人 可浮起 的隔离 塞 球， 浇注时先注入水泥砂浆， 随即注入足够的混凝土， 挤出塞 球并埋住导管底端， 避免混凝土与泥浆混合。在保证埋深的 前提下， 随着混凝土面的上升， 用吊车提升导管， 并将顶部导管 拆除。 2 5墙 段连接 为 了保证墙段连接质量 ， 本工程采用“ 接头管法 ” 进行墙 段连接施工。即在 I期槽孔浇筑前， 于槽两端下设 ( b 2 5 O mm 钢管 ， 待混凝 土初凝 后 ， 按 一定速度将 其拔起 ， 形成 接头孑 L 。 期槽孑 L 浇筑? 昆 凝土时， 接头孔靠近一期槽孔的侧壁形成圆 弧形接头 ， 墙段形 成有效连接 。 2 6 质量检 查 本工程共划分 为 6 6个槽段 ， 检验结果表明 ， 各槽 段的孔 位、 孔深、 入岩深度、 孔斜率、 墙体的厚度、 清孔泥浆性能指 标、 孔底淤积厚度等检查项 目均满足设计要求。防渗墙工程 的墙段连 接全部采用“ 接头管法” 施工 ， 接头孔拔管 的成功率 为了 1 0 0 。经检验 ， 接 头孔 的孔 径 、 孔深 及垂 直度 全部 合 格 ， 质量符合规范要求。 本 工程 完工后 ， 在槽 段连 接处进 行 了现场开 挖 ， 检查 结 果表明 ， 露出 的墙 体接缝密 实 ， 接 缝无夹 泥 、 脱 开现象 ， 墙 面 平整光滑， 墙厚满足要求 ， 墙体整体性强 ， 满足设计要求。为 了检查墙体混凝土质 量 ， 每 隔 1 O个 槽段进 行 了钻孔 取芯检 查 ， 检查结果表明 ， 所取混凝土芯样表面光 滑完整 ， 混凝土均 匀密实 ， 无蜂窝、 麻面、 混浆等现象 。 3结语 黄仁水库 防渗墙 工程 采用薄 型抓 斗成槽 和接头 管法墙 段 连接工艺进 行 施工 ， 该 工 程于 2 0 0 9年 4月 3日开 工 ， 于 2 0 0 9年 6月 1 5日全部 完成 ， 成墙 面积 9 l 1 7 6 m2 。工程竣 工后 ， 大坝下游的地下水位大幅下降 ， 沼 泽完全消失 ， 良好 的 防渗效果， 说明防渗墙的设计、 施工方案的选择和实施是成 功。其成墙具有以下特点。 塑性混凝土防渗墙施工速度 快 ， 一台液压抓斗成槽平均工效为 1 2 7 m2 a ； 无须放空水库 施 工、 施工时水泥浆 不会 造成 环境 和地 下水 污染 。 塑性 混凝土防渗墙适应复杂的工程地质条件 ， 墙厚和墙深的适用 范围大 ， 防渗效果和耐久性好 ， 工程质量 可靠 ， 适 合对低水头 条件下的坝基和坝身的防渗加 固处理。 塑性混凝土防渗 墙造价是经济的， 经测算， 此次采用的厚 3 0 c m薄型混凝土 防渗墙 单价 为 2 6 0元 T T 1 7 ， 而 采用 常规 施 工工 艺 ， 成墙 厚度 8 0 c m， 则防渗墙的单价近 4 2 0元 m2 ， 仅此项在黄仁水库除 险加固工程中可降低投资 1 4 5 9万元。 墙段连接采用接 头管法施工 ， 在施 工质量 、 施工进 度 、 材料消 耗 、 防渗效果 等 方面均优于其他施工技术墙段连接方法 。 ： 动态 i 2 O 1 1 年 2 河北省 安格庄水 库首次向北 京应 急供水 + 月 1 2日上 午 9时， 河北安格 庄水库 节制 闸门开启 ， 水流缓缓 注入 易水 河。1 3日早 6时， 水流 汇入 南水北调 i 中线总干渠。1 4日早 6时， 水头抵达北京。安格庄水库开始正式向北京应急供水， 成为继岗南、 黄壁庄、 王快、 西大洋水库 十 j之后北京又一新的战略水源地。 ； i 安 格庄水 库初期放水 流量为2 0 s ， 水流经易水河、 五一千渠， 入南水北调中线京石段干渠， 最终抵达颐和园团 城； 湖， 线路总长度约 1 6 0 k m。调水时间预计从 2 月 1 2日持续到 4 月下旬， 计划调水量 5 0 0 0万m 。 j 为确保新水源水质安全、 输水顺畅， 市南水北调办相关部门周密部署、 及时调度， 派出水质监测小组驱车百公里， 前往 ； i河北安格庄水库， 顶风冒雪、 昼夜巡视。在零下十几度的现场， 安装调试仪器， 精心取样测量。按 1 h 监测一次p H、 浊度、 ； 温度、 电导率、 溶解氧等5 项参数， 每2 h 监测一次硫酸盐、 氟化物、 氨氮、 铁、 锰、 铜、 高锰酸盐、 总磷等8 项参数， 进行循环 t t监测。同时， 调试启用安格庄连接段水质自动监测站点， 实现 自 动监测数据的正常接受， 为调水期 间水质安全起到预警作 i用。目前， 调水运行平稳， 沿线巡视一切正常。 ； ： ： t + + + + +， + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 1 2 4 工程技术