丹江口大壩加高左岸土石壩初期工程心墻加固

【摘要】丹江口大壩加高左岸工程主要由兩部分組成即左岸土石壩段和混凝土壩段。左岸土石壩段與混凝土壩段連接部位的加固工作是其部位加高前的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。文章主要介紹丹江口大壩左岸土石壩段初期工程與混凝土壩段連接部位加固的施工工藝。

關(guān)鍵詞：混凝土壩、防滲墻、加固、土石壩

Abstract： Danjiangkou dam on the left bank of heightening project mainly consists of two parts that is earth dam and concrete dam section of the left bank. The reinforcement work for the connected part of the earth-rock dam and concrete dam section on left bank is the critical point before its heightening.  The chapter mainly introduces the construction technics for reinforcement of the connected parts between danjiangkou earth-rock dam of initial phase and concrete dam section on the left bank.

 Key words: concrete dam, cut-off wall, reinforcement,  earth-rock dam

丹江口大壩位于湖北省丹江口市漢江與丹江交匯800處，是一座以發(fā)電為主，兼有發(fā)電、養(yǎng)殖灌溉、航運(yùn)的大型水利樞紐工程。作為南水北調(diào)中線水源工程的丹江口水庫(kù)為了滿足京、津及華北地區(qū)的供水需求，須對(duì)原水利樞紐進(jìn)行擴(kuò)建。丹江口左岸土石壩為砂礫石心墻壩，初期工程心墻厚度不均，橫向?yàn)殇忼X狀，心墻填料也不均勻，局部存在砂礫夾層。大壩加高后，初期工程與混凝土壩連接部位不能滿足滲流穩(wěn)定要求。因此須對(duì)連接部位進(jìn)行加固處理。經(jīng)過(guò)反實(shí)驗(yàn)與論證最終決定對(duì)連接部位即樁號(hào)1+159.61~1+185.96段防滲體加固采用混凝土防滲墻方案。墻頂高程▽164.00m，防滲墻軸線長(zhǎng)約39.5709m，底部與初期土石壩混凝土壓漿板連接，左端與初期土石壩心墻加固混凝土防滲墻對(duì)接，右端位于距混凝土壩體2.0 m處的粘土心墻擴(kuò)大區(qū)，墻厚0.9m。見(jiàn)平面布置圖1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

圖（1）防滲墻平面布置圖

根據(jù)墻體軸線長(zhǎng)度（L=39.5709m），左岸與原混凝土防滲墻連接處布0.9m雙反弧接頭1個(gè)，樁號(hào)1+160.51～1+185.06段布4個(gè)一期槽、4個(gè)二期槽，共計(jì)8個(gè)槽段。樁號(hào)1+185.06～1+185.96段為不破環(huán)，保留2m預(yù)留段，此處不布孔，但在8號(hào)槽施工中仍將對(duì)此處進(jìn)行造孔，與8號(hào)槽同時(shí)澆筑。槽段編號(hào)與孔號(hào)依照從左岸向右岸的原則進(jìn)行編號(hào)，槽長(zhǎng)及布置情況見(jiàn)圖（4）。

 

 

 

 

 

⑴造孔

施工時(shí)先施工Ⅰ期槽孔，后施工Ⅱ期槽孔，同Ⅰ期槽孔遵循先主孔鉆進(jìn)，后劈打副孔，最后劈打小墻成槽的原則。奇數(shù)孔為主孔，偶數(shù)孔為副孔。每個(gè)槽孔由三個(gè)主孔兩個(gè)副孔組成，主孔為0.9米，單個(gè)槽孔長(zhǎng)度為6.0m。主孔施工采用沖擊鉆進(jìn)法，采用抽砂筒出渣，在鉆進(jìn)過(guò)程中若出現(xiàn)漏漿時(shí)，按比例投入黏土和碎石，一方面進(jìn)行沖擊擠密堵漏，另一方面提高泥漿黏度懸浮鉆渣，提高鉆進(jìn)工率。副孔采用上劈下鉆法施工，副孔上部以劈打?yàn)橹�，下部采用三鉆法施工，即先在副孔中間沖擊鉆孔，成孔后再對(duì)兩邊小墻進(jìn)行劈打，副孔劈打施工時(shí)，若產(chǎn)生嚴(yán)重漏漿時(shí)采用鋸末、刨花等堵漏材料堵漏，若出現(xiàn)坍孔和坍槽現(xiàn)象，在主、副孔內(nèi)回填粘土和混合料至孔口，必要時(shí)在孔口澆筑混凝土，等混凝土凝固后重新開(kāi)孔。

⑵泥漿固壁

造孔的同時(shí)進(jìn)行泥漿固壁。泥漿性能指標(biāo)見(jiàn)表1

表1固壁泥漿性能指標(biāo)

（3）造孔技術(shù)要求

各孔位孔深嚴(yán)格按照表1控制。表1孔深表

表1孔深表

① 保證槽孔壁平整垂直，孔位中心允許偏差不大于3cm，孔斜率不大于0.3%；遇有含孤石、漂石的地層及基巖面傾斜度較大等特殊情況時(shí)，其孔斜率不大于0.6%。對(duì)于槽孔套接在任意深度的套接厚度不小于施工圖紙規(guī)定墻厚的1/3。

② 造孔過(guò)程注意孔斜控制及時(shí)糾偏，對(duì)一期槽孔兩端孔應(yīng)分段(2～4m)檢查孔斜，以保證孔斜率符合設(shè)計(jì)要求。注意孔深、孔型，槽孔中任意高程水平斷面上不應(yīng)有梅花孔、探頭石和濾浪形小墻等，使之符合設(shè)計(jì)要求。

③ 在造孔施工過(guò)程中，孔內(nèi)泥漿面要始終保持在導(dǎo)墻頂面以下30～50cm內(nèi)，嚴(yán)防塌孔。

采用抽桶出渣的方法。渣料用抽渣桶提出，倒在倒?jié){平臺(tái)上，漿液由排污溝排出到指定排污池固化。槽孔終孔后，進(jìn)行清孔換漿工作。

① 清孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

槽孔清孔換漿結(jié)束后1小時(shí)，要達(dá)到下列標(biāo)準(zhǔn)：

孔底淤積厚度不大于10cm；

膨潤(rùn)土泥漿比重＜1.20g/cm3；

膨潤(rùn)土泥漿粘度≤30s；

膨潤(rùn)土泥漿含砂量≤12%。

Ⅱ期槽在清孔換漿結(jié)束之前，用刷子鉆頭清除一期槽孔端頭混凝土孔壁上的泥皮，結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為刷子鉆頭上不再帶有泥屑，刷洗過(guò)程中孔底淤積不再增加為準(zhǔn)。在清孔驗(yàn)收合格后4h內(nèi)澆筑混凝土，如因下設(shè)預(yù)埋件不能按時(shí)澆筑，則重新按上述規(guī)定進(jìn)行檢測(cè)，如達(dá)不到要求應(yīng)重新?lián)Q漿清孔。

② 清孔方法

清孔采用抽桶出渣的方法。清孔同時(shí)，向槽內(nèi)不斷補(bǔ)充新鮮泥漿。清孔時(shí)還可以下入鉆頭不斷攪動(dòng)孔底沉積物，以徹底清除沉碴。一個(gè)單孔清孔完畢后，移動(dòng)鉆機(jī)逐孔進(jìn)行清孔，有效地對(duì)孔內(nèi)泥砂進(jìn)行清除。如果單元槽段內(nèi)各孔孔深不同時(shí)，清孔次序?yàn)橄葴\后深。

防滲墻右端與混凝土壩體上游面成近似臺(tái)階狀，詳見(jiàn)A-A新增混凝土防滲墻剖面圖。為加強(qiáng)防滲墻與混凝土之間粘土的抗?jié)B性能，須對(duì)其進(jìn)行注漿。注漿管采用管徑110mm鋼管從防滲墻右端向左岸方向開(kāi)始與埋每間隔兩米布置一個(gè)。孔斜按小于0.3﹪控制。

 

                          

     圖（3）A-A新增混凝土防滲墻剖面

上述過(guò)程結(jié)束即開(kāi)始澆筑混凝土，混凝土澆筑采用直升管法。導(dǎo)管內(nèi)徑為25cm，開(kāi)澆前，導(dǎo)管外壁套隔離球塞，避免泥漿進(jìn)入混凝土內(nèi)。開(kāi)澆后，導(dǎo)管須插入混凝土面以下1~4米。

混凝土性能指標(biāo)：

彈性模量12×103~14×103Mpa、強(qiáng)度7.5~10Mpa、抗?jié)B標(biāo)號(hào)S8。墻體塑性混凝土配合比：粘土22~25﹪、砂率50﹪、水灰比0.65~0.7、水泥Po32.5、骨料為礫石一級(jí)配，外加木質(zhì)磺酸鈣和搞笑能MF減水劑，摻入比例各為0.15、0.3.粘土物理性能指標(biāo)見(jiàn)表2

表2墻體粘土物理性能指標(biāo)

（1）本工程墻段接頭連接采用“鉆鑿法”施工，即Ⅰ序段和Ⅱ序段重疊一個(gè)孔位。

（2）左岸土石壩防滲墻與墻體底部的壓漿板連接時(shí)，不能損壞大壩底部壓漿板，必須嚴(yán)格控制造孔深度。在距壓漿板頂部高程1米時(shí)，應(yīng)采用減少?zèng)_程降低沖擊速度等措施造孔，并對(duì)操作人員進(jìn)行技術(shù)交底，避免損壞壓漿板事故發(fā)生。

（3）對(duì)于左岸土石壩防滲墻與主體工程40#壩段斜墻(1:0.25)的連接，設(shè)計(jì)要求保留防滲墻與壩體之間水平距離2.0米的粘土心墻不能擾動(dòng)和損傷，以免形成滲漏通道。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況此段可劃分兩個(gè)槽段，根據(jù)每個(gè)孔的水平距離精確計(jì)算出相應(yīng)孔深，見(jiàn)線終孔，且采用減少?zèng)_程，降低沖擊速度等措施造孔。

（4）左岸土石壩防滲墻與初期土石壩心墻加固混凝土防滲墻采取雙反弧對(duì)接形式連接，反弧孔弧頂間距為墻厚的1.1～1.5倍。為保證連接處施工質(zhì)量，應(yīng)首先鉆鑿出圓形孔，后使用雙反弧鉆頭鉆進(jìn)擴(kuò)成雙反弧孔，最后將初期防滲墻端部墻體和一期槽孔斷面殘留的泥渣鑿除和刷洗干凈，澆筑混凝土成墻。

（1）防滲墻右端接頭注漿施工方法

為保持防滲墻、墻底壓漿板混凝土、混凝土與壩體三者之間形成緊密接觸，在墻頂右端斜坡水平長(zhǎng)度15.24m范圍內(nèi)間隔2.0m布置1根膨潤(rùn)土 (或粘土)漿注漿管，共7根，管徑110mm。墻體內(nèi)注漿管采用鋼管預(yù)埋，預(yù)埋注漿管管斜按小于0.3%控制，在墻體混凝土澆筑完成28天后，在墻頂從預(yù)埋注漿鋼管底部鉆孔至混凝土壩體內(nèi)0.2m，形成注漿通道。對(duì)該范圍的墻底粘土采用膨潤(rùn)土漿液進(jìn)行充填注漿。

①工藝流程

灌漿管預(yù)埋→固定校正鉆機(jī)→鉆進(jìn)至混凝土壩體內(nèi)0.2m→終孔驗(yàn)收→阻塞注漿→清孔→防滲墻混凝土置換回填→孔口抹平。

②鉆孔

采用重慶XY-2 300型地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，鉆具下至預(yù)埋鋼管底部，金剛石鉆頭鉆進(jìn)，鉆孔孔徑為Ф76mm；鉆孔循環(huán)液采用膨潤(rùn)土漿液，孔深深入混凝土壩體內(nèi)0.2m。

③制漿

采用高速螺旋水沖式制漿機(jī)制漿，制漿時(shí)，先按配比將適量的水和膨潤(rùn)土倒入制漿機(jī)內(nèi)，攪拌10min后便成泥漿，再排入攪拌桶二次攪拌，連續(xù)制漿，連續(xù)供漿。漿材使用袋裝II級(jí)膨潤(rùn)土，制備泥漿漿液比重為＜1.1/cm3，膨潤(rùn)土漿液性能指標(biāo)見(jiàn)表（2）。

④灌漿方式

采用全孔灌注、孔口阻塞純壓法灌漿，進(jìn)漿管下入距孔底50cm處，孔口阻塞，單位孔深每次注漿量按300～500L控制，注漿次數(shù)依注漿段的吸漿量而定，至少不少于3次，注漿段為防滲墻與混凝土壩體之間的粘土心墻，段長(zhǎng)約為2.0米。

⑤灌漿壓力

壓力表安裝在孔口回漿管路上，灌漿壓力小于0.049 Mpa。

⑥結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)注漿孔段不再吸漿，孔口灌漿壓力達(dá)到0.049 Mpa的情況下，即可終灌封孔。

⑦封孔

灌漿結(jié)束后進(jìn)行全孔清孔，再用防滲墻混凝土置換回填，然后孔口抹平。

左端與初期土石壩心墻加固混凝土防滲墻采取對(duì)接形式，為保證新老防滲墻連接處的防滲效果，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在完成連接處防滲墻混凝土澆筑28天后，在新老防滲墻連接處上下游各布置三個(gè)膨潤(rùn)土 (或粘土)漿注漿孔。除鉆孔和注漿方式需要采取特殊施工工藝外，其具體的注漿漿液、孔口壓力、注漿量、注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)均和上述右端接頭中膨潤(rùn)土漿液注漿施工要求相同。

①工藝流程

注漿孔放樣→固定校正鉆機(jī)→鉆孔→終孔驗(yàn)收→下入注漿管至孔底→孔口阻塞→注漿→注漿管上提10米→孔口阻塞注漿→依次至孔口段→孔內(nèi)粘土分層回填搗實(shí)。

②鉆孔

采用重慶XY-2 300型地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，金剛石鉆頭鉆進(jìn)，鉆孔孔徑為Ф110mm，鉆孔循環(huán)液為膨潤(rùn)土漿液，鉆孔孔斜按小于0.3%控制。

③制漿

采用高速螺旋水沖式制漿機(jī)制漿，制漿時(shí)，先按配比將適量的水和膨潤(rùn)土倒入制漿機(jī)內(nèi)，攪拌10min后便成泥漿，再排入攪拌桶二次攪拌，連續(xù)制漿，連續(xù)供漿。漿材使用袋裝II級(jí)膨潤(rùn)土，制備泥漿漿液比重為＜1.1/cm3，膨潤(rùn)土漿液性能指標(biāo)見(jiàn)表（2）。

④灌漿方式

采用孔口阻塞，注漿管自下而上分段上提，純壓式法灌漿，進(jìn)漿管下入距孔底50cm處，孔口阻塞，開(kāi)始孔底段注漿，注漿結(jié)束后，將注漿管上提10米，開(kāi)始第二段注漿，依次至孔口段，分段注漿長(zhǎng)度為10米，注漿段長(zhǎng)為全孔。

⑤灌漿壓力

壓力表安裝在孔口回漿管路上，灌漿壓力小于0.049 Mpa。

⑥結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)注漿孔段不再吸漿，孔口灌漿壓力達(dá)到0.049 Mpa的情況下，即可結(jié)束該段注漿。

⑦封孔

灌漿結(jié)束后用新鮮粘土分層回填注漿孔，并分層搗實(shí)至孔口。

新老墻體間連接孔（二個(gè)套孔）安排在上下游注漿孔注漿結(jié)束后施工，采用重慶XY-2300型地質(zhì)鉆機(jī)清水鉆孔，金剛石鉆頭鉆進(jìn)，孔徑Ф159mm，孔深至防滲墻底部，約56.0米，鉆孔開(kāi)孔前嚴(yán)格校正鉆機(jī)立軸角度，保證開(kāi)孔角度滿足設(shè)計(jì)要求，鉆孔孔深20m以內(nèi)嚴(yán)格控制鉆進(jìn)參數(shù)，及時(shí)測(cè)斜，必要時(shí)進(jìn)行糾偏，孔斜小于0.3%。

自丹江口大壩加高工程開(kāi)工以來(lái)，左岸土石壩段與混凝土壩段連接部位的加固工程是工程各參與方所面臨的一大難題。混凝土防滲墻施工可操作性較強(qiáng)，工程造價(jià)較低，尤其適用于深厚砂礫石地基。對(duì)丹江口大壩左岸土石壩段與混凝土壩段鏈接部位采用混凝土防滲墻的施工方案確保了左岸土石壩加高工程如期完工。