液压抓斗防渗墙技术在库区防护工程中的应用

李维琴

(江西赣禹工程建设有限公司，南昌 330000)

1 问题的提出

峡江水利枢纽工程水库总库容10.1×104万m3，兴利库容8.7×104m3，死库容1.4×104万m3，下游控制灌溉面积2.2×104hm2，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000规定，工程等别为I等，主要建筑物为1级。水库涉及到多个防护区，部分防护区在大坝蓄水到一定的水位后，部分堤防存在堤基渗漏和堤身管涌现象，并且存在扩大的趋势。为防止在防汛期间出现险情，需要尽早处理，保证水库安全运行，亟待除险加固。

液压抓斗防渗墙施工技术最早出现并应用于水库防渗工程施工领域是在20世纪90年代，该技术可在硬质土壤、砂砾石中建槽成墙，成槽深度最大可达60m，并能加快施工速度，降低造价，更好地发挥水库工程的经济效益和社会效益。考虑到库区防护工程防渗及边坡整治实际工期及施工质量控制需要，决定采用液压抓斗防渗墙施工技术。采用液压抓斗防渗墙施工技术进行置换建槽成墙的过程，主要应用高压胶管将液压压力传递至抓斗，通过抓斗的启闭完成成槽造墙[1]。液压抓斗防渗墙施工技术对于均值土壤、硬质土壤及砂砾石均较为适用，在成槽施工过程中必须进行泥浆护壁，待槽段施工完毕并验收后清孔换浆，达设计技术要求后灌注混凝土。

2 施工工艺流程

峡江水利枢纽库区防护工程防渗及边坡整治工程液压抓斗防渗墙施工包括施工场地平整、导向槽浇筑、造孔、成槽试验及施工、清槽、接头清理、设置浇灌架、插入灌浆管、泥浆制备及泥浆固壁、混凝土浇筑、清孔换浆等环节，施工流程详见图1。其中，造孔成槽、泥浆制备及护壁施工、混凝土灌注、槽段接头处理等应是本工程液压抓斗防渗墙施工技术应用及质量控制的重点环节。

图1 液压抓斗防渗墙施工工艺流程

2.1 造孔

以峡江水利枢纽库区防护工程防渗及边坡整治工程樟山防护区为例，防护区的堤防高程51.3m，防渗墙墙顶高程按50.3m设计，根据防渗及边坡整治实际，应将液压抓斗施工平台设置在50.3m的高程处。通过挖掘机开挖堤顶并将其高程降至50.3m，所开挖出的土方填至堤防一侧并通过压路机碾压至设计密实度，起到坝顶拓宽的目的。用黏土掺加水泥置换碎石土、密实度差、承载力不足的坝顶部位至均质土体后，上铺厚度20cm的碎石层，以方便液压抓斗机械行走。堤顶拓宽后，宽度增加至10-12m，能够满足本工程液压抓斗机械安全施工、抓臂回转等的要求。

为降低施工污染，实现绿色施工的目标，将液压抓斗机械布置在堤轴线下游侧后，还应在堤轴线下游侧增设平行于堤轴线的排水沟，并按35m的间隔设置与堤轴线垂直的排水沟，施工过程中所产生的废渣、废水、废浆通过排水沟排放至下游坝脚处的污水池后集中处理。

2.2 成槽

导向槽在液压抓斗防渗墙施工中发挥着防渗墙轴线标定、泥浆液面稳定、槽口两侧土体支撑、承受接头管集中反力等重要作用，所以液压抓斗防渗墙施工各项技术指标主要以导向槽为基准进行控制。本工程导槽断面按照“┓┏”形状设计，导向槽槽口设计尺寸为宽×深=0.50m×1.0m，墙体采用C20钢筋混凝土材料，顶宽1.0m，顶厚0.4m。

防渗墙成槽是影响施工进度的关键环节，本次库区防渗及边坡整治工程使用BAUER-GB-50型液压抓斗机械，工效可达10-16m2/h，考虑到处理大块孤石及硬质基岩的需要，还配备了1台HDZ-100型冲击式反循环钻机，其钻进工效最大为0.6-1.0m/h。峡江水利枢纽库区防护工程防渗及边坡整治工程合拢断槽段长3.5m，其余槽段长5.5m，通过“三抓法”并按照槽段左右侧主孔→中间副孔的次序成槽施工。

成槽施工开始前，采用红漆在导墙顶标出槽段中心线，并将边界控制线用石灰划出，再次全面检查液压抓斗机械各项性能，尤其是油泵、钢丝绳、部件连接等方面。每完成2000m2的成槽施工工程量后进行钢丝绳涂黄油保养。

在成槽施工的开槽环节，必须加强液压抓斗高度及垂直度的控制，若通过成槽施工监测系统观察到轴线偏差超出设计技术及相关规范要求，则应立即纠偏，以保证槽孔孔壁的垂直度与平整性。成槽后液压抓斗紧临基坑侧导墙缓慢匀速入槽，为防止抓斗碰撞导槽后影响槽壁的平整性，应尽量避免抓斗和导槽的接触。

2.3 泥浆固壁

通过泥浆固壁施工环节，能充分发挥泥浆浆液的护壁、固壁、携渣、切削刃冷却、切土润滑等作用，固壁效果的好坏及成槽质量与泥浆固壁施工技术及浆液质量有直接关系。

本工程液压抓斗防渗墙泥浆固壁施工选择膨润土泥浆，单位方量泥浆按照膨润土:纯碱:拌合用水:CMC=70kg:1.8 kg:1000kg:0.8 kg的配合比制备，在设计配合比的基础上可根据槽段实际情况做相应调整[2]。考虑到本次防渗及边坡整治工程除险加固的实际特点，应在大坝左右坝肩分别布置2个包括浆液池、沉淀池、废浆池等在内的泥浆制备系统，在池底和池内壁覆盖防渗膜防渗后，用装满土的编织袋码筑。

固壁泥浆制备通过XH-500型高性能回转式拌和机完成，材料添加次序依次为拌合用水→膨润土→CMC→纯碱。按设计比配置好CMC溶液后静置5h，另取1只搅拌筒并依次加入适当比例的拌合用水和膨润土，不间断地搅拌3min后加入事先配置好的CMC溶液，连续拌合8-10min添加纯碱，直至搅拌均匀后置于储浆池内搁置至少24h，以使膨润土颗粒充分水化并发生膨胀反应后将泥浆泵入循环池待用。成槽施工时通过循环泵将泥浆泵送至待开挖槽段，在开挖过程中按设计速度注入浆液，并将浆液液面和导墙顶的距离控制在0.3-0.5m以内。将泥浆泵送至开挖槽段充分发挥护壁和固壁作用后，将抽送至沉淀池内的多余泥浆返回循环池处理利用。

2.4 灌注混凝土

成槽施工完毕且验收合格后开始清孔换浆，先通过液压抓斗将槽孔孔底沉渣和余土抓出，再配合吸浆泵并通过反循环法将槽底淤泥彻底吸出。墙段混凝土接头处所存在的杂物和凝胶物的清除通过刷壁器完成后，二次清底。本工程清孔换浆施工示意图见图2。

灌注混凝土材料强度等级、抗渗性能等均应符合设计要求，设计塌落度范围为18-22cm，扩散度取值为35-40cm，材料密度应至少为20kN/m3，在正式浇筑施工前应进行取样试验，在不同槽段制作抗压试块和抗渗试块，按设计程序养护28d后送检。本工程通过“直升导管法”进行混凝土浇筑施工前还应准备3套内径20cm的导管并按0.6-0.7MPa的压力值进行导管密封性试验。试验结束且灌注施工前将球胆直径小于导管内径的充气球置入导管内充当隔水栓，再按设计注浆量和注浆速度注入浆液和混凝土，充气球逐渐被挤出并卡在导管底端，防止泥浆返回导管。浇筑施工过程中混凝土面匀速上升，待升至距离槽口3-5cm时，通过泥浆泵将浆液抽至废浆池并匀速提升导管，待混凝土面与设计高程齐平后，停止注浆并拔出导管[2]。

图2 清孔换浆示意图

2.5 槽段接头处理

通过接头管连接槽段接头，接头管由汽车吊装，并保证管中心线定位准确，吊至距离槽底50cm时快速下放并借助结构自重快速插入槽底，为防止混凝土材料从接头管侧面和底面流至背面，应通过木楔将接头管上部和导墙之间的缝隙塞紧，并使用起拔机将接头管夹住。起拔机顶拔压力应不低于400MPa，且顶拔应在混凝土浇筑2-3h后进行，每次顶拔距离10cm，待顶拔至1.0m后若接头管内不出现涌浆现象，则按照10m/30min的频率顶拔，最后全部拔除。

3 结 论

文章的应用结果表明，液压抓斗混凝土防渗墙施工技术在水库大坝防渗及边坡整治工程中的应用能提高工效，加快施工进度，提升施工质量。为保证液压抓斗防渗墙施工技术优势的充分发挥，还应加强施工前的地质勘测及施工方案可行学性论证，有效避免泥浆固壁措施不当、成槽效率低下、漏浆、导管堵塞、孔斜超标、槽壁塌方等问题的出现。