壩基防滲與加固施工方案

壩基防滲與加固施工方案朝陽水庫位于資陽市安岳縣。于1976年建成。沱河流域蒙溪河上游涪、沱分水嶺水系一側(cè)。控制集雨面積36.23Km2,總庫容2565萬m3,正常庫容1780萬m2。主要功能以灌溉、防洪為主，兼供水、養(yǎng)魚等綜合利用。大壩為漿砌條石壩，壩總長173.00m、寬28m。壩體的剖面形狀及尺寸，如附圖一所示。壩區(qū)所處地形為深丘山區(qū)，水系發(fā)育較深。河谷高程410m，山頂高程456.4m，相對高差40m。(1)壩基工程地質(zhì)條件紫色泥巖、砂質(zhì)泥巖夾白色砂礫。有密集石膏條帶，高程385-398m。由于石膏類礦物，遇水易溶蝕被水帶走，形成空隙。(2)壩肩工程地質(zhì)條件壩肩基巖主要為長石石英砂巖，下覆泥巖及泥質(zhì)砂巖，裂隙尤為發(fā)育，風(fēng)化劇烈。(3)放空洞工程地質(zhì)條件自上而下依次為坡積層、紫紅色泥巖及砂質(zhì)泥巖、紫紅色細(xì)砂巖。未見大的構(gòu)造斷裂。出口與消能段有裂隙發(fā)育。(4)壩區(qū)無大的不良地質(zhì)構(gòu)造，地震基本烈度為Ⅵ度。1.3病險情況(1)壩基、壩肩漏水大壩左、右兩岸均出現(xiàn)集中繞壩滲流現(xiàn)象，最大達(dá)20mm一般水流滲出基巖，壩基亦有滲水現(xiàn)象。(2)出現(xiàn)裂縫、裂紋，表面條石風(fēng)化嚴(yán)重拱壩兩端拱腳處出現(xiàn)豎向裂縫二條，在接近兩壩端又有三條垂直裂縫，共計五條，裂縫出現(xiàn)在二分之一壩高處，這些裂縫有80-290ml/h的滲水量。檢查發(fā)現(xiàn)在97.60-100.20m高程間（即正常水位—校核洪水位拱壩上、下游均出現(xiàn)了裂紋147條，這些裂紋沿灰縫開裂或貫穿單塊條石。(1)壩基普遍分布的石膏條帶，是壩基滲漏的主要通道，也是壩基存在的主要軟弱夾層。(2)壩肩巖層破碎，裂隙發(fā)育，是壩肩滲漏的主要原因，也是壩肩穩(wěn)定的隱患。（1）消除壩基與壩間的滲漏。（2）解決條石的裂縫問題，消除壩體滲漏。根據(jù)工程實際情況初步擬定以下三種處理方案。它們分別是：（1）采用混凝土防滲墻進行防滲加固處理；（2）采用復(fù)合土工膜進行防滲加固處理；（3）采用防水帷幕局部使用混凝土防滲墻進行防滲加固處理。利用一定的設(shè)備和機具，在地下挖一段狹長的深槽，清除槽內(nèi)的沉渣后，澆筑混凝土，筑成一段混凝土墻，再把每一墻段聯(lián)接起來，形成一道連續(xù)的地下墻體，它主要具有以下優(yōu)（1）結(jié)構(gòu)剛度大：地下混凝土防滲墻一般在40-120cm，結(jié)構(gòu)剛度大，能承受較大的壓力，同時變形比較小。（2）防滲性能好：在混凝土中加入防水劑，可以形成具有很好防滲性能的地下混凝土防滲墻。（3）適用于各種地層：地下混凝土防滲墻對地層土的適用范圍很廣，從松軟的沖積層到中硬的土層，密實的砂礫層，軟巖層到硬巖層等所有的地層均可施工。（4）施工環(huán)境好：地下混凝土防滲墻施工時振動小，噪音小，現(xiàn)場污染小。同時它有具有如下缺點：（1）地質(zhì)條件和施工適應(yīng)性問題：在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，即使先進行地質(zhì)勘察，也很難準(zhǔn)確的預(yù)測所有的復(fù)雜情況，因此要選擇合適的施工方法和挖槽機械，必須具有較高的技術(shù)水平和豐富的施工經(jīng)驗，并能在發(fā)生問題時采取相應(yīng)的措施。（2）槽壁坍塌問題：在施工過程中需要根據(jù)地質(zhì)條件，選用合適的護壁泥漿，以保證孔壁的穩(wěn)定，但是由于地質(zhì)條件的變化，有時會產(chǎn)生漏失或地下水涌入槽內(nèi)，致使槽壁坍塌。（3）棄土及廢泥漿的處理問題：用泥漿護壁挖槽時，必須在注意防止泥漿對地基和地下水的污染問題。因此，對于澆筑混凝土而排出的泥漿必須進行適當(dāng)?shù)奶幚?。?）經(jīng)濟效益問題：在施工過程中使用了大量的泥漿，同時澆筑了大量的混凝土，工程造價比較高。土工膜是具有高防水性能的土工合成材料，它用于防滲工程已有50多年的歷史，但是應(yīng)用于壩基防滲還是近10余年的事，初期人們對土工合成材料的使用壽命存在較多的顧慮，這個問題對于土工膜的研究人員，生產(chǎn)廠家和設(shè)計人員，即使是專家來說，也難以做出準(zhǔn)確的回答。國外檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，聚乙烯薄膜用于防滲結(jié)構(gòu)埋設(shè)于地下，運行10余年后性能仍然穩(wěn)定；前蘇聯(lián)150多座土壩使用聚合物土工膜防滲，20余年效果仍然很好。復(fù)合土工膜防滲施工流程為：壩坡面平整及壩坡調(diào)整→基礎(chǔ)部分開挖及清理→防滑齒槽的開挖→周邊固埋溝開挖→鋪設(shè)中細(xì)砂墊層并夯實→鋪設(shè)復(fù)合土工膜，薄膜及無紡布聯(lián)接→回填夯實齒槽→周邊固埋溝回填→鋪設(shè)混凝土預(yù)制塊保護層→驗收在壩上鉆孔，當(dāng)鉆至預(yù)定深度后，停止鉆進向上提鉆具，同時鉆頭高壓定向噴射水泥漿，水泥漿切割土體，形成一種形似帷幕的固結(jié)體，使相鄰的固結(jié)體具有一定的重合部分，從而形成一道折線性的防滲板墻，即防滲帷幕。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：102.00073.500/68.500 礫質(zhì)重礫質(zhì)重填土粘土墻體連接形式圖板從而達(dá)到防止?jié)B流加固壩基的效果。由以上方案論述可知：方案一：施工工期比較長，同時需要投入較大的人力和物力，但加固效果較好。方案二：施工工期短，投資小，處理效果好，但是水庫的正常蓄水水位在97.500，而裂縫出現(xiàn)在二分之一壩高處，即87.750處，采用土工膜時將會出現(xiàn)水下施工難度極大，且處理后質(zhì)量不易保證。方案三：使用混凝土防滲墻集中處理大壩左右兩岸出現(xiàn)的集中繞壩滲流現(xiàn)象，同時在壩身用高壓噴射注漿形成的防滲帷幕，可以達(dá)到較好的防滲效果。經(jīng)過以上分析，在綜合考慮經(jīng)濟，技術(shù)，安全等因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓こ探?jīng)驗和技術(shù)現(xiàn)狀，以及本工程的實際工程地質(zhì)情況，決定采用方案三。在97.60至100.20m高程間（即正常水位—校核洪水位拱壩的上游，下游均出現(xiàn)了裂紋147條，這些裂紋沿灰縫開裂或貫穿單塊條石。所以這一部位是重點處理范圍。由于工程條件及現(xiàn)有的施工設(shè)備能力，處理范圍為全長173.00m，深度(高程68.500至102.000m)。在裂縫集中地帶應(yīng)加大注漿量。由于壩的形狀是拱形的，所以注漿孔德布置也應(yīng)按拱壩的軸線進行布置，采用二管法進行高壓噴射注漿時，加固體的有效直徑為：1.0±0.3m?？紤]到以往工程經(jīng)驗，此處取有效加固體直徑為0.7m，注漿孔的孔距取1.1m。（1）各種注漿材料的大致使用范圍表3—1地層孔數(shù)類液類型k<10~5隙砂礫石層間-3lu>100型名稱lu<5lu>5√√√√√√√√√√√√√√√√注：“√”表示適用，d10為地層顆粒的有效粒徑（mmS為其比表面積（cm2K為地層的滲透系數(shù)（m/slu為壓水試驗得出的呂榮值。（2）注漿漿液的設(shè)計注漿工程中最常用的事普通硅酸鹽水泥，在某些情況下也使用礦渣水泥，火山灰水泥等，但通常要求水灰比不大于1，注漿用水泥必須符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，不能使用受潮結(jié)塊的水泥。水泥屬顆粒性水硬性材料，最大粒徑為0.085mm，配制水泥漿用水應(yīng)符合拌制混凝土用水要求。水泥的水化硬化依賴于水、，注漿漿液作為流體更需要大量的水，一般漿液中的水分遠(yuǎn)大于水泥水化硬化所需水量，所以漿液固化過程中析水較多，硬化的時間也比較長。雖然泥漿液有不足之處，但其材料容易取得，成本較低，無毒性，施工工藝簡單方便，常用于巖體裂隙注漿。純水泥漿的基本性能：表3—23因純水泥漿易沉淀析水，穩(wěn)定性差，凝結(jié)時間較長，在地下水流較大的條件下注漿時，漿液受水的沖刷和稀釋。為了改善水泥漿的性能，常在水泥漿中加入附加劑。本工程注漿要求水泥細(xì)度為通過80μm方孔篩的篩余量不易大于5%，制漿材料采用重量稱量?，F(xiàn)場制漿時，要求加料準(zhǔn)確并注意加料順序，即：先往攪拌機中放入規(guī)定量的用水，然后再加入水泥攪拌均勻后再加入附加劑。漿液的攪拌時間，當(dāng)使用普通攪拌機時不少于3min;使用高速攪拌機時不少于3s。攪拌時間大于4h的漿液應(yīng)廢棄。任何季節(jié)注漿漿液的溫度保持在5~40。C之間。（3）注漿漿液的基本要求：表3—33制備工藝流程為：先在攪拌機中加入一定量的水，再加入水泥，攪拌三分鐘后，加入減水劑，再攪拌一分鐘。由于定噴形成的固結(jié)體形狀不規(guī)則，難以用準(zhǔn)確的公式進行計算，所以可以通過現(xiàn)場試驗確定漿液用量。水//////φ2~3(一個或///φ2~3(兩個)φ2~3(一個或φφ42或φ45φ42φ50φ75φ75或φ90根據(jù)工程的實際地質(zhì)情況，合理的選擇施工參數(shù)，同時在施工過程中不短的調(diào)整各參數(shù)，以期達(dá)到最佳注漿效果。3.1.6機械設(shè)備的選用表3—5123456（1）檢驗內(nèi)容①固結(jié)體的整體性和均勻性；②固結(jié)體的有效直徑;③固結(jié)體的垂直度；④固結(jié)體的強度特性；⑤固結(jié)體的溶蝕和耐久性能；⑥噴射質(zhì)量檢驗：a.施工前，主要通過現(xiàn)場噴射試驗，了解設(shè)計采用的噴射參數(shù)，漿液配方和選用的外加材料是否合適，固結(jié)體能否達(dá)到設(shè)計要求。如某些指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計要求時，則需采取相應(yīng)的措施，使噴射質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求；b.施工后，對噴射質(zhì)量的鑒定，一般在噴射施工過程中或施工告一段落時進行。檢查數(shù)量應(yīng)為施工總數(shù)的2%-5%，少于20個孔的工程，至少要檢驗兩個點。檢驗對象應(yīng)選擇地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，及噴射有異?，F(xiàn)象的固結(jié)體。凡檢驗不合格者，應(yīng)在不合格的點位附近進行補噴或采取有效補救措施，然后再進行質(zhì)量檢驗。高壓噴射注漿處理的強度較低，28天的強度在1-10MPa之間，強度增長的速度較慢，檢驗時間應(yīng)在噴射注漿后四周進行，以防止在固結(jié)強度不高時，應(yīng)檢驗而受到破壞，影響檢驗的可靠性。(2)檢驗方法①開挖檢驗：待漿液凝結(jié)具有一定的強度后，即可開挖檢查固結(jié)體垂直度和形狀，質(zhì)量；②鉆孔檢驗：從固結(jié)體中鉆取巖芯，并將巖芯做成標(biāo)準(zhǔn)試塊進行室內(nèi)物理力學(xué)性能試驗，另外也可在現(xiàn)場進行鉆孔，做壓水和抽水兩種試驗，測定其抗?jié)B能力；③標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗：在噴射固結(jié)體的中部可以進行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗；④載荷試驗：靜載荷試驗分垂直和水平靜載荷試驗。垂直載荷試驗時，需在固結(jié)體的頂部0.5m的范圍內(nèi)，澆筑0.2-0.3m厚的鋼筋混凝土；水平載荷試驗時，在固結(jié)體的受力部位澆筑0.2-0.3m厚的混凝土；⑤圍井試驗：在板墻一側(cè)增加噴孔，與板墻形成封閉圍井，在井中進行壓水和抽水兩種試驗，或觀測井內(nèi)外水位。由于繞壩滲流現(xiàn)象比較嚴(yán)重，所以在此部位決定使用混凝土防滲墻進行防滲加固，使壩體和岸邊更好的連接，達(dá)到防滲加固增加壩體整體穩(wěn)定性的作用。3.2.1混凝土防滲墻的設(shè)計參數(shù)表3處理深度m（1）平整場地：根據(jù)現(xiàn)場已有資料特別是地下水位資料，確定最低施工平臺高程進行場地平整，形成完整的施工現(xiàn)場。（2）測量放線：根據(jù)設(shè)計圖紙測放出防滲墻施工軸線。（3）修筑混凝土導(dǎo)向槽：按施工方案修筑混凝土導(dǎo)向槽(關(guān)于槽的結(jié)構(gòu)有木制、鋼木混合式混凝土等形式，可根據(jù)實際條件合理確定)。（4）劃分施工槽段：根據(jù)混凝土澆筑強度，合理劃分施工槽段，選取施工方法。常用施工方法為二期槽段分期施工法，接頭處套接0.6倍墻寬。另外還有分槽段連續(xù)施工法，接頭處套接一鉆，形成連續(xù)墻。槽段長度均應(yīng)根據(jù)墻體深度、厚度，地質(zhì)水文情況，泥漿護壁能力，以及混凝土澆筑速度來確定。(5)進行槽段施工(1)根據(jù)劃分的槽段長度，確定主孔鉆孔數(shù)量、位置和副孔壁打長度(本方法一般不考慮采用孔內(nèi)接碴斗)，按照先施工主孔、后劈打副孔的順序施工。主孔采用十字圓形鑄鋼鉆頭依次施工主孔，然后用鼓形鉆頭將剩余土體劈打修平。形成槽孔后，用鉆機上下拉動槽頭刷清理槽壁至合乎規(guī)范要求。成槽必須做到：槽形規(guī)范、槽寬合格、槽底和槽壁沒有探頭石和小墻。對于砂礫石地層，優(yōu)先利用當(dāng)?shù)卣惩临Y源制作泥漿。泥漿可由粉碎的粘土加水?dāng)嚢韬螅胖迷谀酀{池中充分水化制成。也可邊鉆孔邊填粘土造漿。在鉆進過程中，鉆碴通過立軸離心式泥漿泵不斷送人孔底的循環(huán)泥漿帶出槽口外，并及時從沉淀池中撈取堆存，根據(jù)碴樣準(zhǔn)確判斷地層變化以指導(dǎo)施工。堆放的鉆碴則可及時清運出場外，以保持施工現(xiàn)場通暢。按常規(guī)的施工方法，一般還應(yīng)配置掏碴桶，在必要時掏抽槽底鉆碴。使用鉆機型號為C30，由鉆頭、機架、卷揚機三部分組成，鉆頭由5T慢速卷揚機牽引提升，鋼絲繩自由懸掛，無動力下放，掘削的泥土混在泥漿中以正循環(huán)方式排出槽外。下鉆應(yīng)使吊索保持一定張力，引導(dǎo)鉆頭垂直成槽，下鉆速度應(yīng)取決于泥渣的排出能力及土質(zhì)的軟硬程度。(2)護壁泥漿制備工藝：采用自成泥漿護壁作業(yè)，只設(shè)沉淀池，泥漿池安泥漿泵一臺排泥渣，泥漿池采用臥式雙軸泥漿攪拌機，為滿足使用要求，泥漿池的容積一般應(yīng)為一個單元槽段挖掘量的1.5—2.0倍。泥漿應(yīng)調(diào)至均勻，一般新配泥漿密度應(yīng)控制在1.01—1.05t/m3，循環(huán)過程中泥漿控制在1.25—1.30t／m3之間，遇松散地層，泥漿密度可適當(dāng)加大，澆筑混凝土?xí)r，槽內(nèi)泥漿控制在1.15—1.25t／m3之間。在成槽過程中，要不斷向槽內(nèi)補充新泥漿，使其充滿整個槽段。泥漿應(yīng)保持高出地下水位0.5m以上，亦不應(yīng)低于導(dǎo)墻頂面0.3m。在同一槽段鉆進，遇到不同地質(zhì)條件和土層，要注重調(diào)整泥漿的性能和配合比，以適應(yīng)不同土質(zhì)情況，防止塌方。(3)成槽驗收：按設(shè)計要求的槽深施工完畢，申請驗收。一般的檢驗指標(biāo)為槽寬、槽深、垂直度。檢驗方法：除在水電工程施工組織設(shè)計中所提到的采用儀器測量方法外，比較簡單、而又適合現(xiàn)場使用的檢驗方法就是采用探籠法。根據(jù)槽段長度、槽寬尺寸用合適直徑的鋼筋焊制成矩形籠體。檢驗時，利用鉆機吊起探籠，下入槽內(nèi)至槽底，應(yīng)達(dá)到籠體上下自如不掛槽壁，且軸線偏差不超標(biāo)，方可轉(zhuǎn)入下一道工序施工。(4)清孔掏渣：清孔換漿，指的是在混凝土澆筑前，清除槽內(nèi)漿液中懸浮的鉆碴和槽底的沉碴。正規(guī)的方法是：利用新鮮合格漿液，逐步置換槽內(nèi)帶浮碴的漿液，在置換的同時即可清出浮碴。比較適合施工現(xiàn)場的換漿方式，則是直接利用泥漿泵來循環(huán)漿液，將槽內(nèi)浮碴和槽底沉碴帶出槽外清出，直至漿中已無明顯粒狀碎屑。換漿指標(biāo)：密度1.15—1.25t／m3，粘度25S—30S，含砂率小于5—10％。比較適合現(xiàn)場控制的方法，一般是用比重計直接測量泥漿密度，既方便又簡單，故較常使用。相對于防滲墻的混凝土施工來說，最主要的是保證混凝土施工階段槽內(nèi)漿液的質(zhì)量參數(shù)不發(fā)生變化，以順利完成槽段澆筑。(5)每槽段內(nèi)下入二套導(dǎo)管，兩導(dǎo)管間距不宜大于3.0m，每根導(dǎo)管距離槽頭不宜大于1.5m。如果防滲墻設(shè)計中有鋼筋籠，則應(yīng)按規(guī)范加工做鋼筋籠，現(xiàn)場拼裝，下入設(shè)計要求的深度并加以固定。導(dǎo)管的選用，應(yīng)與混凝土澆筑強度和混凝土面上升速度相匹配。導(dǎo)管分節(jié)長度：底節(jié)宜為2500—4000mm，中間節(jié)1000—2000mm，漏斗下配管長度宜為1000mm。另外，還應(yīng)設(shè)置長度小于1000mm的調(diào)節(jié)管。制作的導(dǎo)管內(nèi)徑一致，內(nèi)壁光滑圓順。導(dǎo)管安裝應(yīng)豎直，接頭連接不漏水。每根導(dǎo)管均應(yīng)置于槽寬的1／2處，下端高出槽底0.4m。漏斗容量須滿足開澆混凝土封底并達(dá)到埋管1.0m以上的要求。漏斗容量不能滿足開澆量要求時，必須增設(shè)儲料斗。按以往的慣例，導(dǎo)管中應(yīng)設(shè)隔水球，但是近年來的施工經(jīng)驗，在不加隔水球的條件下，更能保證混凝土開澆順利。因此，本方法建議：一般可不考慮設(shè)置隔水球，而采用漏斗底部加裝活板的方法。此法在實踐中多次運用，從未出現(xiàn)過開澆不能順利下料的情況。（6）澆筑混凝土①混凝土配合比常規(guī)混凝土防滲墻混凝土配合比均以塑性混凝土為主，此配合比適用于地下防滲墻自流成型施工柔性材料，它具有極低的彈性模量、抗拉強度高、防水抗?jié)B性能好等特點，能適應(yīng)較大變形。由于它的這些特性使得塑性混凝土防滲墻在荷載作用下墻內(nèi)應(yīng)力值很低，克服了剛性混凝土防滲墻易產(chǎn)生裂縫的缺點。由于低透水性的粘土和膨潤土的加入，使混凝土具有大的流動、粘聚性(坍落度18—20cm，擴散度34—38cm)，并使得塑性混凝土的滲透系數(shù)接近甚至小于剛性的滲透系數(shù)，且有適當(dāng)?shù)膹姸?，可以承受垂直方向的壓?yīng)力和地下水的滲透壓力。②混凝土澆筑混凝土澆筑方案需根據(jù)現(xiàn)場具體條件確定。a、拌和站生產(chǎn)，汽車水平運輸，現(xiàn)場搭設(shè)澆筑平臺，汽車直接卸人儲料斗；b、拌和站生產(chǎn)，汽車水平運輸，現(xiàn)場利用吊車配料罐垂直運輸卸人儲料斗；c、條件許可時，拌和機設(shè)在現(xiàn)場的一定高度上，直接拌料送人儲料斗。建議在有拌和系統(tǒng)的條件下，優(yōu)先采用a、b方案。用方案c施工，當(dāng)砼料不合適時，難以處理。一個槽段混凝土的首次灌注量，應(yīng)按導(dǎo)管埋人混凝土內(nèi)的深度不小于1.0m計算。開始澆筑時，同時拉開(兩組)儲料斗活門，混凝土料連續(xù)進入漏斗并沖開漏斗活板，順導(dǎo)管沖入孔底。全部儲料進入槽孔后，連續(xù)進行混凝土澆筑作業(yè)，混凝土上升速度不小于2m／h。開澆后，立即測量槽內(nèi)混凝土頂面高程，核對計算混凝土量與實際上升高度是否吻合。隨著槽內(nèi)混凝土面的上升，以后每隔30min測量一次混凝土面的標(biāo)高并計算、核對深度不小于1.5m亦不大于6.0m。嚴(yán)防將導(dǎo)管底口提出混凝土面。混凝土澆注過程中，作好導(dǎo)管拆卸及混凝土澆注記錄。澆筑過程中要嚴(yán)格控制混凝土坍落度并按規(guī)范及時抽取試樣，制作混凝土試件，每組樣品不少于3個試塊。澆注結(jié)束時，應(yīng)及時拔出導(dǎo)管，清理并沖洗干凈導(dǎo)管、漏斗、儲料斗等澆筑設(shè)備，以備下一槽使用。(1)槽段施工時，鉆孔的孔位正確，劈孔中心線均在同一軸線上。無特別地層條件，單槽底面宜在同一高程上，便于砼澆筑時施工控制。(2)Ⅱ期槽段套接時，必須校正軸線，保證套接端的最小墻厚滿足規(guī)范和設(shè)計要求。(3)嚴(yán)格控制