淺談汝陽縣北汝河第三級水面(橡膠壩)工程壩基防滲處理設(shè)計及施工

 1工程概況

汝陽縣北汝河城區(qū)段第三級水面工程壩址位于北汝河馬蘭河口下游450m，布置總長541m，其中橡膠壩段長489.4m，左右岸固定堰分別為25.8m，其中橡膠壩共布置6跨，每跨長80m，設(shè)計壩高5.0m、中敦厚1.4m，邊敦厚1.2m。左右岸均設(shè)控制室，尺寸為11×11m。底板寬度17.5m，陡坡及消力池長度29m，海漫段長18m。采用堵頭枕式單袋雙錨固沖水式壩袋。壩底板高程299.50m，設(shè)計河底高程299.10m，回水長度2000m，水面面積108.1hm²，蓄水量271.0萬m³。

合同開工日期：2013年10月20日；竣工日期：2014年4月30日。

2壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

橡膠壩壩址區(qū)地基上主要由全新統(tǒng)含細(xì)粒土卵石及級配不良卵石（Q42alpl）組成，下伏第三系粘土巖、粉砂巖互層。

壩基土的第②層含細(xì)粒土卵石（Q42alpl）由泥砂質(zhì)充填，呈松散狀，具一定承載力，屬中等透水性，結(jié)構(gòu)松散，抗沖刷能力低，工程地質(zhì)條件較差，且分布不均，易產(chǎn)生不均勻沉降，造成壩體裂縫破壞，不宜作壩基持力層使用，應(yīng)予以清除。第③層級配不良卵石（Q42alpl）由砂質(zhì)充填，呈送散狀，工程地質(zhì)條件相對較好，分布較穩(wěn)定，可作持力層使用，但其屬強(qiáng)透水性，抗沖刷能力低。第④層級配不良卵石（Q42alpl），由砂質(zhì)充填，呈稍密～中密狀，屬強(qiáng)透水性，工程地質(zhì)條件較好，分布穩(wěn)定。下伏的第⑤層粘土巖粉砂巖互層程強(qiáng)風(fēng)化狀，屬弱透水性，工程地質(zhì)條件一般。

設(shè)計壩底板高程為298.3 m, 地板位于第③層級配不良卵石（Q42alpl）層上，工程地質(zhì)條件相對較好，分布較穩(wěn)定，可作壩基持力層使用；但其屬強(qiáng)透水性，存在滲透變形問題，有發(fā)生管涌可能，且結(jié)構(gòu)松散，抗沖刷能力低，應(yīng)對壩基采取抗沖、防滲工程措施。

3壩基防滲設(shè)計及變更

原設(shè)計垂直防滲采用C20混凝土防滲墻，墻厚0.5m，橫向布置511m，抗?jié)B等級W6，滲透系數(shù)小于10-7cm/s，允許滲透比降不大于1/80，伸入基巖不小于0.5m，墻深約10m。設(shè)計的施工工藝為鉆抓法，即建造槽孔導(dǎo)墻—采用兩鉆一抓造孔—澆筑混凝土防滲墻；混凝土防滲墻與壩體前齒墻之間設(shè)4m寬40cm厚混凝土防滲鋪蓋，防滲鋪蓋與防滲墻和壩體前齒墻的連接均采用512止水帶連接。

因河床沖積卵石層中含大量直徑200～500cm的大漂石，其上部還有厚3～4m的經(jīng)采砂留下的漂石堆積，若采用鉆抓法工藝施工，抓斗抓槽后易塌方，成槽困難，也難以實現(xiàn)工期目標(biāo)。經(jīng)設(shè)計單位及參建單位的共同研究，將現(xiàn)澆混凝土防滲墻改為振孔高噴灌漿防滲墻，墻頂高程由299.1m改為297.50m。

4振孔高噴防滲墻試驗

為預(yù)測振孔高噴防滲的效果，在現(xiàn)場做了三項工作。

第一，在樁號0+322～0+325處將實際高噴墻進(jìn)行了開挖（2013年12月8日），開挖長度約3m，深度約1m。開挖顯示，墻厚約1.2m，形狀較規(guī)則，結(jié)石體膠結(jié)良好，強(qiáng)度較高，但開挖部分位于回填的砂礫范圍，地質(zhì)條件偏優(yōu)，下部原始地層中的墻厚可能要略小些。

第二，在樁號0+361～0+365附近防滲軸線上游約4m處做了四個高噴試驗孔，1個為獨立孔，另外3個為孔距0.6m相鄰的孔，試驗孔的施工參數(shù)與實際施工的高噴孔基本一致，只是為便于對比，四個孔采用了兩種提升速度，其中試1和試4為10cm/min，試2和試3為15cm/min。

第三，設(shè)置檢查孔。在樁號0+329.10m處鉆有一個壓水檢查孔。檢查孔鉆進(jìn)時回水正常，孔壁穩(wěn)定。該孔做了兩段靜水頭壓水試驗，0～3m段透水率為1.5Lu，0～7.5m段為8.6Lu；在樁號0+390.30處鉆了第二個檢查孔，檢查孔鉆進(jìn)回水正常，孔壁穩(wěn)定，0～5.5m段靜水頭壓水試驗透水率為2.2Lu；在樁號0+431.1m處鉆了第三個檢查孔，檢查孔鉆進(jìn)回水正常，孔壁穩(wěn)定，壓水試驗求得的透水率為2.8Lu。

4.1現(xiàn)場高噴參數(shù)選定

高噴施工采用振孔高噴工藝，振孔高噴是用大功率振動錘將剛度很大的高噴管直接送至預(yù)定深度即開始高噴的工藝，它較好地解決了北汝河沖積層中卵石含量高且含有大量直徑200～500mm大漂石這類地層的成孔和高噴難題，只是設(shè)備和材料的消耗較大。

主要施工參數(shù)如下：

采用兩管法旋噴，孔距0.6m，單排；采用硅酸鹽水泥42.5級以上；水灰比1.5:1～0.6（密度為1.4 g/cm3～1.7g/cm3）；                                                                                                           

高壓水噴射壓力35～40Mpa；壓縮空氣噴射壓力0.6～0.8Mpa；漿液噴射壓力25～40Mpa；漿量70～100Mpa；回漿密度≥1.3 g/cm3； 

旋轉(zhuǎn)速度5～10轉(zhuǎn)/min；提升速度5～10轉(zhuǎn)/min；                           

墻體滲透系數(shù)小于1×10-5cm/s;抗?jié)B強(qiáng)度R28為12Mpa;

灌漿結(jié)束后需用漿液及時回灌填補(bǔ)。

4.2高噴孔深的確定

因巖面起伏大，施工的孔深控制較難，實施中基本以設(shè)計剖面提供的巖面高程來確定下限，個別地段遇到極軟的巖石或紅土?xí)r再適量加深，當(dāng)巖面較高時以振動錘強(qiáng)振數(shù)分鐘基本不進(jìn)尺來確定實際孔深，盡量排除大漂石的干擾。

5 C20混凝土防滲鋪蓋的施工

5.1基坑回填

因壩體前齒墻的底部高程為295.2m，混凝土鋪蓋高程297.5 m,施工開挖坡度線為1:1.5?；踊靥蠲軐嵍扔绊懙戒伾w沉降量大小以及整體滲透設(shè)計問題。

為解決基坑回填壓實度問題，參建各方的共同討論決定，采用“振搗法”施工，即每鋪一層天然砂礫料（每層50cm），先進(jìn)行“水浸”，然后按混凝土現(xiàn)澆振搗要求振搗兩遍。有效地解決了基坑回填密實度問題。

5.5 C20混凝土防滲鋪蓋

按設(shè)計要求，混凝土防滲鋪蓋（40cm厚）與壩體前齒墻和高噴防滲墻之間采用“651止水帶”柔性連接，分塊澆筑；在實際施工中，采用跳倉澆筑等方法，加快了施工進(jìn)度，保證了工程質(zhì)量。

6結(jié)語

在砂卵石河床上建橡膠壩（壩高5m，該工程已于2014年9月中旬經(jīng)過驗收并開始運行）蓄水，在洛陽市尚屬首例。采用振孔高噴工藝，較好地解決了北汝河沖積層中卵石含量高及成孔難度大的問題；采用“振搗法”和“水浸法”施工，有效地解決了基坑回填密實度問題，對大壩整體止水體系地完善起到較好的作用。在砂卵石河床上建壩蓄水有較高的推廣價值。

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