一种新型混凝土防渗墙接头形式的初步研究

燕 乔，毕明亮，王立彬

（1.三峡大学土木水电学院，湖北 宜昌 443002；2.长江科学院水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心，武汉 430010）

一种新型混凝土防渗墙接头形式的初步研究

燕 乔1，2，毕明亮1，王立彬1

（1.三峡大学土木水电学院，湖北 宜昌 443002；2.长江科学院水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心，武汉 430010）

防渗墙墙体槽段的连接部位是防渗墙防渗的薄弱环节，其连接质量是保证防渗墙整体防渗效果的关键，决定着防渗墙的成败。分析了防渗墙传统墙段接头形式的弊端，借鉴坝体接缝灌浆原理，设计研究了一种新型的防渗性能可靠的接缝灌浆式接头形式。介绍了其施工工艺、技术要点，对其可行性、效果以及效益等进行了分析。此技术有利于简化传统接头施工工艺、提高施工效率、缩短工期，且经济效益显著。

防渗墙；墙体接缝；接头型式

防渗墙源于地下连续墙，欧美称为混凝土地下墙（continuous diaphragm）或泥浆墙（slurry wall）；日本称为地下连续壁、连续地中壁或地中连续壁等；我国称为地下连续墙或地下防渗墙［1］。防渗墙技术于20世纪50年代初期起源于法国、意大利等地，我国防渗墙的建设开始于50年代末期［2］。由于混凝土防渗墙具有结构刚度大、整体性、防渗性和耐久性好，以及施工简便、速度快、消耗少等优点，我国防渗墙施工技术已在水利水电工程、基础工程、地下工程中得到广泛应用。尤其是近年来，防渗墙技术在水利水电工程中有了很大发展，已完成了像黄河小浪底（墙深81.9 m）、三峡二期围堰（墙深74 m，是我国已建防渗墙中规模、综合难度最大的工程）、四川瀑布沟（墙深84 m）、冶勒（墙深84 m）、狮子坪（墙深90 m）、新疆下坂地（墙深85 m）等大型深厚覆盖层防渗墙工程。目前，四川泸定正在进行130 m深混凝土防渗墙试验。从整体上来说，我国的防渗墙施工技术在整体上已达到国际先进水平［3］。

1 研究背景

修建地下防渗墙是水利水电工程中用于坝基和围堰防渗处理的有效手段和措施。防渗墙的施工，一般是采用两期分段成槽、相互连接的方式进行的。由于在墙体施工过程中，槽孔内始终充满泥浆，尤其在施工二期槽段时，极易在一期槽端头形成泥皮，这层泥皮的薄厚影响着防渗墙整体的防渗效果。在早期防渗墙的施工中由于墙间夹泥过厚导致一些防渗墙工程失败，对此曾引起极大的重视。陶景良［4］和丛蔼森［5］对墙间夹泥的成因及危害进行分析，并提出防止措施，使墙间夹泥现象有了很大改善，但是不管采取任何措施都避免不了泥皮的形成，只是薄厚的问题。从三峡工程一、二期围堰拆除后检查情况看［6，7］，墙体接头处存在着明显的接缝，接缝间普遍夹有泥皮、岩屑，室内测定其渗透系数为2.2×10-7cm／s，与墙体材料的渗透系数（i×10-8cm／s）相比，约相差一个数量级。因此，墙体槽段的连接部位是防渗墙防渗的薄弱环节，其连接质量是保证防渗墙整体防渗效果的关键，决定着防渗墙的成败，且代表着成墙的技术水平。

对于目前建在西南山区深厚覆盖层上的防渗墙工程来说，要面临着高水头、大水力梯度的作用，墙体接缝的薄弱部位很有可能成为渗流通道，造成防渗失败。鉴于墙体接缝部位的重要性，国内外专家长期以来对此进行了大量的研究和不断的改进，然而对于现在施工中使用的钻凿法、双反弧法、拔管法、铣削法等，从施工的难易程度、防渗效果和开挖检查情况看，总不能令人满意。因此，有必要研究一种施工方便、防渗效果可靠的新型墙体接头形式，以降低施工难度并保证墙体防渗效率。

本文在对防渗墙传统接头形式进行分析的基础上，提出了一种新型接头形式，介绍了其施工工艺、技术要点及质量保证措施等。

2 防渗墙传统接头形式分析

对于目前使用的钻凿法、拔管法、双反弧法以及铣削法等都各有其优缺点和使用的局限性，还不能完全满足防渗墙快速、安全、经济施工的目的。

钻凿法是指施工Ⅱ期墙段时在Ⅰ期墙段两端套打一钻的连接方法。显然，这种工法需重新钻凿混凝土，由于已浇混凝土墙与原地层软硬不均，尤其是目前深墙采用高标号混凝土，使得钻孔极易偏斜，往往要多次重复修孔，钻凿难度大，工效低，成本高，且质量难以保证。同时，冲击钻凿还极易震裂接头孔周围的混凝土，影响墙体防渗性能。钻凿接头法加大了混凝土和钻具材料的消耗。拔管法是在先期施工的墙体槽段两端头预先设置直径与墙体厚度相同的钢管，并随混凝土浇筑将其拔除而形成接头孔，后期墙体槽段成墙后，二者实现连接。此工艺需要有专门的设备，施工工艺较为复杂，且受钻孔精度影响以及管材和拔管设备能力等因素的限制，它无法进行深墙施工。由于接头管与槽壁间间隙的存在，常产生“背流”，增加拔管难度。双反弧法是施工时先按一般要求完成Ⅰ期槽孔，在相邻的两个Ⅰ期槽孔间预留一个接头孔（即Ⅱ期槽孔）的位置，然后在Ⅱ期槽孔上钻凿圆形主孔，接着用双反弧钻头进行扩孔，使圆形孔成为双反弧形状的孔，再接着用液压可张式双反弧钻头将一期墙段端面残留的泥渣凿除和刷洗干净，最后浇筑成墙。此法常因Ⅰ、Ⅱ期槽端头孔的孔斜率过大，且偏斜方向不一致，或因塌孔而形成的超浇方量，造成双反弧施工困难，连接不理想，质量不能保证，易造成孔内事故，且不易处理。对于复杂的深厚覆盖层，往往含有大的漂、孤、块石较多，常导致双反弧钻具卡钻或埋钻，一旦发生很难处理。铣削法是在两个一期墙槽段之间留出比铣槽机铣头略小的位置作为二期槽孔，该槽孔铣槽施工时，同时将一期槽的端部混凝土铣出锯齿形的沟槽，形成两期槽段之间的榫形连接。此法受铣槽机使用条件的限制，很难适用于漂卵石地层或在疏松层内夹有大块石（卵石）的复杂深厚覆盖层，且铣槽机需要进口，价格比较昂贵。

3 接缝灌浆式接头及其可行性分析

防渗墙工程受施工能力的限制，采用分槽段施工，各槽段之间存在缝隙，犹如坝体分坝段施工，在坝体施工完后，必须将各坝段连成整体，让整个大坝整体受力，防渗墙工程亦如此。因此，借鉴坝体分缝及接缝灌浆原理，设计研究一种新型防渗墙墙体接头形式——接缝灌浆式接头。传统防渗墙Ⅰ、Ⅱ期槽段接缝间往往夹有泥皮，泥皮的防渗性能远远低于防渗墙墙体的防渗性能，因此，用灌浆方法排挤接缝间泥皮充填墙槽段接缝，可以弥补墙间夹泥渗透系数偏小的弊端，增强防渗墙整体防渗效果。该接头形式具有以下优点：

（1）相比钻凿法，避免了重复钻凿，节省混凝土和工期，避开了接头孔孔斜问题；相比拔管法，省去了专门的设备，简化了施工工艺，提高了施工效率；相比双反弧法，放宽了Ⅰ、Ⅱ期槽端头孔的孔斜率，避免了诸多孔内事故，应用范围更广。

（2）灌浆浆液可以挤密、压实和包裹墙间夹泥填充接缝，浆液结石体的渗透系数优于泥皮的渗透系数，灌浆式接头有利于增强墙体整体的防渗质量。

（3）灌浆技术比传统接头工艺成熟可靠，有利于保证防渗墙整体防渗效果。

（4）可以弥补防渗墙墙段间的一些质量缺陷。

（5）施工不占用直线工期，可灵活安排接缝灌浆，有利于优化工程施工工期。

4 接缝灌浆式接头的工艺分析

（1）按传统防渗墙施工工艺施工Ⅰ期槽段，见施工图1。

图1 墙体浇筑示意图Fig.1 The sketch of cut-off wall moulding

（2）在施工防渗墙Ⅱ期槽段时，在Ⅰ期槽段端头埋入带孔口的灌浆花管。借鉴循环钻灌法，将埋入的灌浆花管做如下处理：花管内壁须光滑，管底封闭要严密牢固，一般在预埋灌浆管底采用1 mm厚铁皮封堵管底，可避免混凝土灌入。管子上每隔33～50 cm钻一环出浆孔（对称分布），每环孔3～4个，孔径10～15 mm。出浆孔的外围，用弹性良好的橡皮套箍紧，橡皮套的厚度为1.5～2.2 mm，宽度100～150 mm；也可用自行车内胎作橡皮套。为了防止橡皮套移动或翻卷，可在其下端用细铁丝或塑料胶带缠绕扎紧。在下预埋花管时，最好将出浆孔的位置对准墙体接缝，以利于灌浆时浆液的顺利扩散。

可根据防渗墙的不同深度采用不同的预埋管，避免管材的不合理利用与浪费。如预埋钢管，其接头采用对口焊接。如预埋塑料管，其接头采用对口外套接头套捆扎胶接，埋设时采用内套钢管（防止混凝土浇筑时由于侧压力太大而导致塑料管变形或折弯），待混凝土浇筑后拔出钢管的方法施工。预埋管的单根长度要适宜，以6～10 m为宜，一般不超过10 m，太短则接头多，影响预留孔顺直度，太长又不便于安装。

（3）按正常施工工艺浇筑防渗墙Ⅱ期槽段，浇筑时注意保护预埋的接缝灌浆花管。

（4）在先期防渗墙槽段墙体达到70%强度，且相邻槽孔混凝土强度达50%以上后，可进行接缝灌浆。灌浆采用自下而上分段孔内阻塞，孔内循环法灌注。通过灌浆压力作用，压开橡胶皮箍，这一方法在预埋花管法灌浆中叫“开环”。在压浆过程中压力突降或吸浆率突增时，表示已经开环。然后采用适宜的浆液进行灌浆。注意灌浆压力不得超过墙体极限抗压强度，以免破坏墙体。

5 接缝灌浆式接头的效果分析

（1）保证预埋接缝灌浆管的垂直度，利用定位架定位。在墙幕结合防渗工程中，可结合墙体内预埋灌浆管定位架对接头灌浆管定位，避免预埋管偏斜已造成灌浆质量问题。墙幕结合工程中，墙内预埋管技术墙内埋管深度已达到百米［8］，因此采用定位架定位预埋接缝灌浆管是可行的。

（2）接缝的可灌性。可能有人会认为形成的泥皮的可灌性比粉细沙层更难灌浆，其实不然，泥皮不可能在较短时间内完全硬化失去弹塑性，在较高的灌浆压力作用下，浆液会将柔软的泥皮向接缝外侧排挤或挤压密实；即使泥浆完全硬化，在硬化后，泥皮与墙间会有微小缝隙，浆液可沿缝隙充填包裹泥皮，并将向外渗透，且会在防渗墙接缝部位形成一个大的盖帽，可增强防渗效果。

（3）接缝灌浆效果检查。可在原预埋灌浆内做压水试验，如发现渗透系数过大，可多次重复灌浆，直至达到防渗要求。

6 接缝灌浆式接头效益分析

从施工角度分析，接缝灌浆式接头省去了传统防渗墙接头施工占用直线工期的问题，简化了施工工艺，从而可以大大缩短工时。

从施工效果角度分析，相比钻凿法，避开了接头孔孔斜问题，有利于墙体接头质量；相比拔管法，避免了因拔管失败造成的质量问题；相比双反弧法，避免了诸多孔内事故。

从经济角度分析，此方法缩短了工程直线工期，从而降低了工程投资；缩短工期，提前发电，又可带来可观的经济效益。相比钻凿法，避免了重复钻凿浪费混凝土和机械材料损耗，节省工程投资；相比拔管法，省去了专门的设备，避免了管材的浪费。

对于单一防渗墙工程采用此接头形式，需要单独引进灌浆设备，进行墙段接缝灌浆施工，可能在投资上与传统接头形式相当，目前还没有实际对比资料，但此方法可以节省工期，实际上也是降低投资，经济效益也是可观的。对于目前复杂深厚覆盖层坝基垂直防渗工程来说，采用墙幕结合技术，即上墙下幕形式，此时防渗墙接头再采用此方法不需要单独引进灌浆设备，可直接利用帷幕灌浆设备进行施工，这在很大程度上可以节省工程工期和投资，经济效益显著。因此，此方法更适合复杂深厚覆盖层坝基防渗工程中的墙幕结合工程，是今后防渗墙墙体接缝技术的发展趋势。

7 结语

随着“西电东送”宏伟计划的实施，西南山区丰富的水能资源得到开发利用，深厚覆盖层防渗墙工程越来越多，防渗墙接头面临着高水头渗透的问题，防渗墙接头技术需要迫切提升。本文在分析了防渗墙传统接头形式存在的弊端的基础上，借鉴坝体接缝灌浆原理，设计研究了防渗墙墙体接缝灌浆式新型接缝技术。此技术有利于简化传统接头施工工艺、提高施工效率、缩短工期、且经济效益显著。

［1］ 丛蔼森.地下连续墙的设计施工与应用［M］.北京：中国水利水电出版社，2000.

［2］ 高钟璞.大坝基础防渗墙［M］.北京：中国电力出版社，2000.

［3］ 《水利水电工程施工手册》编委会.地基与基础工程［M］.北京：中国电力出版社，2004.

［4］ 陶景良.混凝土防渗墙墙段间接缝夹泥的危害、成因及防止措施［J］.水力发电学报，1983，（3）：82-90.

［5］ 丛蔼森.混凝土防渗墙夹泥的类型、成因和预防措施［J］.水利学报，1983，（11）：50-57.

［6］ 史 迅，孟宪麒.三峡一期围堰工程调查与试验研究［J］.工程勘察，1999，（3）：19-22.

［7］ 李青云，程展林，孙厚才，等.三峡工程二期围堰运行后的性状调查和试验［J］.长江科学院院报，2004，21（5）：20-23.

［8］ 沈文华，龚木金，刘建发.下坂地水库坝基防渗墙预埋灌浆管试验施工［C］∥夏可风.水利水电地基与基础工程技术2004年学术会议论文集.北京：中国水利学会，2004.199-201.

Study on A New Kind of Joint Type of Concrete Cut-off Wall

YAN Qiao1，2，BI Ming-liang1，WANG Li-bin1

（1.College of Civil&Hydropower Engineering，Three Gorges University，Yichang 443002，China；2.Research Center on Water Engineering Safety and Disaster Prevention of the Ministry of Water Resources，Wuhan 430010，China）

The joint section of a cut-off wall is a very important location and its quality is crucial to ensure the anti-seepage effect of the cut-off wall and determines the success or failure of the cut-off wall.The shortcoming of the traditional joint type is analyzed.From joint grouting principle of the dam body，a new reliable joint grouting of joint type is studied.Construction technics and technology key points are introduced.The feasibility，effect and benefit of the new joint are analyzed.This technology helps simplify the traditional joint construction technology，improve the efficiency of construction and shorten the construction period.Significant economic benefits are obtained.

cut-off wall；wall juncture；joint type

TV543

A

1001-5485（2009）07-0040-03

2009-04-03

水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心开发基金项目（S0703）

燕 乔（1975-），男，湖北黄梅人，副教授，博士，主要从事安全分析与地基处理技术等方面的教学与研究工作，（电话）0717-6392989（电子信箱）Yanqiao666＠163.com。

（编辑：赵卫兵）