液压抓斗法混凝土防渗墙技术在青铜峡滑石沟水库的应用

毕顺华

（宁夏防汛抗旱指挥部办公室 银川 750001）

采用液压抓斗成槽浇筑防渗墙的施工技术出现于20世纪90年代，此项技术适用于在坚硬的土壤与砂砾石中成槽，成槽深度可达60m，不仅降低了工程造价，而且提高了工程施工速度，一台液压抓斗成槽平均工效为125m2/天，此项技术已在国内水库防渗工程中得到广泛应用，收到了很好的效果。下面对塑性混凝土在宁夏青铜峡滑石沟路坝坝基防渗工程施工中的运用情况加以介绍。

1 工程概况

滑石沟水库工程是以防洪为主，兼顾雨洪资源利用和生态环境改善，依托石恩（石嘴山—恩和）高速公路建设，在青铜峡市南侧最大的一条山洪沟——滑石沟修建的重要综合性水利基础项目。工程由主坝体、坝体防渗体和输水洞三部分组成。主坝坝轴线位采用（石嘴山—恩和）高速公路路线位，轴线总长2200m，顶高程1240.00m。坝址处河床自然地面高程1211.00m，河床以上坝高29m，考虑清基深度，最大坝高30m。滑石沟水库坝址以上总流域面积430.6km2，为Ⅲ等中型水库，主要建筑物等级为3级，次要建筑物为4级。主坝为碾压粘土斜墙土石坝，设计标准：设计洪水100年一遇，校核洪水1000年一遇。

水库坝址区海拔在1200～1260m左右，属丘陵地貌单元，地形起伏较大，冲沟较发育，河谷呈“U”形，河床宽阔，河曲发育，两岸地形较平缓。库区有第四系全新统、上更新统、第三系中新统及白垩系下统庙山湖组地层出露。

2 施工方案

由于库区内特殊的地质地形条件和水库防渗要求，经多次论证和研究，对水库主坝坝基防渗选用了液压抓斗法塑性混凝土防渗墙技术进行加固处理。防渗墙轴线设于大坝上游坝脚，坝基采用垂直截渗措施，桩号0+527.8～1+702.5范围，混凝土防渗墙成墙深度2.09～9.35m，全长近1175m。主沟道范围采用塑性混凝土防渗墙结构，两岸岸坡成槽深度小于4m的段落采用现浇混凝土防渗墙型式；塑性混凝土防渗墙墙体深度最初按嵌入基岩1m控制，墙顶高程按实际坝脚线控制，设计柔性混凝土抗压强度2.5MPa，渗透系数小于1×10-7cm/s，弹性模量小于1000 MPa。防渗墙施工工艺为：测量放线→施工平台整理→导墙施工→地下墙成槽→清孔→导管吊放→（按）水下混凝土浇注。

3 施工技术要点

3.1 造孔成槽

3.1.1 设置施工平台

按照确定的防渗墙墙顶高程，结合施工现场实际及上游坝脚线现状，综合考虑工程质量和施工机械设备的工作需要，确定防渗墙中心线。在防渗墙轴线上游侧设置抓斗施工平台，平台总宽11.5m，上游台宽10m，主要用于布置液压抓斗设备和混凝土浇筑设备等，上游边缘开挖导浆沟，并设置集浆坑，下游台宽1.5m，主要作为导浆平台。

3.1.2 混凝土导墙施工

导向槽是在地层表面沿地下连继防渗墙轴线方向设置的临时构筑物，起着标定防渗墙位置、成槽导向、锁固槽口、保持泥浆液面、槽孔上部孔壁保护、外部荷载支撑的作用。导向槽的稳定是混凝土防渗墙安全施工的关键。本工程导向槽两侧墙体采用L形断面，现浇C20混凝土构筑，槽内净宽40cm，顶面高于施工场地10cm，以阻止地表水流入。依据导向槽进行导墙混凝土浇筑，浇筑中，首先对松散地基土进行加密处理，再进行钢筋的绑扎和模板支护，混凝土采用插入式振动器振捣，严格控制混凝土配合比和水灰比，确保浇筑密实。

3.1.3 抓斗成槽

该工程坝基防渗墙成槽采用“抓取法”施工工艺。抓斗斗体张开2.8m宽，将每槽段划分为3抓，按照施工顺序分别一次施工至设计深度，底部强风化岩基部分施工也采用抓斗成槽施工。

a.槽段划分。槽段划分时，应综合考虑地基的工程地质及水文地质条件、施工部位、造孔方法、机具性能、造孔历时、混凝土供应强度、墙体预留孔的位置、浇筑导管布置原则以及墙体平面形状等因素。本工程混凝土防渗墙划分为Ⅰ、Ⅱ序槽段，间隔布置，根据设备及地质条件确定Ⅰ、Ⅱ序槽段开挖长度同为8.0m，每个槽段3抓相互搭接，先施工Ⅰ序槽段，后施工Ⅱ序槽段。

b.槽段成槽。槽段成槽采用“三抓法”，在导向槽上放样标识孔位，将抓斗对正孔位后进行垂直造孔。施工槽段从左至右抓取，施工槽段成槽完工后，由监理确定岩层岩性，并最终确定该施工槽段成槽深度。

3.2 固壁泥浆

固壁泥浆在施工中不仅直接影响施工进度和槽壁稳定，并且在造孔成槽过程中起冷却、润滑钻具，悬浮岩屑及防止塌孔的作用，成墙后还可增加墙体的抗渗性能。根据本工程地质特点，为保证混凝土防渗墙成槽施工质量，选用低固相膨润土泥浆固壁，设计为二级膨润土指标，密度小于1.1g/cm3，漏斗粘度小于25s、含砂量不大于5%。护壁泥浆施工中，先拌制泥浆，待静置24h后，经充分水溶胀后，利用供浆管输送至槽孔内使用，槽孔孔口泥浆面在成槽过程中保持在导向槽顶面以下30～50cm范围内，成槽及槽段浇筑过程中回收的泥浆，经净化后可重复使用。

3.3 防渗墙体浇筑

混凝土防渗墙是在泥浆下浇筑的，该工程是采用刚性导管法进行墙壁体浇筑，混凝土竖向顺导管下落，利用导管隔离泥浆，使其不与混凝土接触，导管内混凝土依靠自重压挤下部管口的混凝土，并在已浇入的混凝土体内流动、扩散上升，最终置换出泥浆，保证混凝土的整体性。

3.3.1 终孔验收及清孔换浆

终孔成槽深度按照设计提供的地质资料以及导向槽施工时揭示的地层分界及设计防渗墙体嵌入强风化岩1.0m的标准确定，成槽过程中发现接近基岩面时，开始留取岩样并记录好深度，由现场地质工程师会同监理和设计方共同进行岩体鉴定，以监理和设计方的鉴定为依据确定最终成槽深度。

槽段终孔验收合格后进行清孔换浆。采用抓斗捞取槽孔内大部分淤积和大颗粒沉渣进行清孔，若淤积达不到合格要求，下设潜水排污泵配振动筛（泵吸法）清孔，直至淤积厚度满足要求。清孔换浆1h后,应达到下列清孔标准：ⓐ孔底淤积厚度不大于10cm；ⓑ含砂量不大于10%，粘度不大于30s；ⓒ密度不大于1.10g/cm3。Ⅱ期槽孔清孔结束前，要刷洗Ⅰ期槽孔段混凝土孔壁上所吸附的岩渣、泥皮，利用钢丝刷自上而下分段刷洗，以刷子钻头上不带泥屑，孔底淤泥不再增加为合格标准。

3.3.2 槽段混凝土浇筑

防渗墙采用直升式导管法进行泥浆下的混凝土浇筑，导管间距不大于3.5m，Ⅰ期槽端的导管距接头管为1.0～1.5m，Ⅱ期槽端的导管距孔端1.0m。该工程下设三套导管，接头处和管壁严禁漏浆，导管底口距槽底距离控制在15～25cm范围内，导管由长短管组合而成，在导管上部组装2节短管，以便在开浇后不久就可拆除。在混凝土浇筑后期，因为混凝土冲击力小、下料慢，容易堵管，导管要勤提勤放，保证混凝土面达到设计要求。当槽底高差大于25cm时，将导管置于控制范围的最低处。

在浇筑过程中，应保证连续供料，不得间断，导管埋入混凝土深度不小于1.0m，不大于6.0m；保持槽孔内混凝土面均匀上升，上升速度不小于2 m/h，每30min测定一次混凝土面深度，保证混凝土面高差控制在0.5 m范围内；浇筑混凝土时，空口设盖板，以防杂物掉入槽孔内。

槽孔浇筑严格遵循先深后浅的顺序，即从最深的导管开始，由深到浅连续浇筑。浇筑前先下入可浮起的隔离塞球，经过计算，准备好足够的混凝土，保证导管底端有足够的尺寸被混凝土埋住，保证浇筑质量。在保证埋深的前提下，随着混凝土面的上升，用吊车提升导管，并将顶部的部分导管拆除。浇筑过程中随时测量并做好混凝土面上升记录，防止堵管、埋管、导管漏浆和泥浆混掺事故发生。

3.4 墙体连接

相邻槽段的衔接部分即为接头，该工程采用“接头管法”，在实施Ⅰ、Ⅱ期槽段连接时用下设接头管。在Ⅰ期槽孔浇筑前，在槽孔两端下设直径略小于槽宽的钢制接头管，孔口固定后浇筑混凝土，浇筑过程中随时松动接头管，待混凝土初凝后起拔接头管，形成接头孔。

4 施工中常见问题及处理措施

4.1 导墙变形或底部坍塌、漏浆

液压抓斗在成槽过中会出现局部坍塌和大面积坍塌，应改善地基条件和槽内泥浆性能，如加大泥浆密度或用优质粘土回填到坍塌处，待沉积密实后再进行施工，同时应减小槽段开挖长度。

槽段成槽开挖过程中，有时会出现漏浆现象。首先，成槽开挖应循序渐进，预防在先，稳中求快；其次，保证泥浆供应强度和质量，发现漏浆及时补充；如果地层严重漏浆应迅速填入堵漏材料，如：平抛粘土、水泥、草球，加大泥浆比重进行堵漏，必要时可回填槽孔。

4.2 导管堵塞

混凝土成墙浇筑过程中有时会出现导管堵塞，针对导管堵塞采用捅、捣方法疏通，如果无效将导管全部拔出、冲洗，并重新下设，抽净导管内泥浆继续浇筑；继续浇筑前必须核对混凝土面高程及导管长度，确认导管的安全插入深度。

5 应用中应注意的问题

5.1 泥浆拌制应注意的问题

泥浆拌制要严格保证泥浆的搅拌时间，使之搅拌均匀，拌制好后，在储浆池内存放24h以上，以便粘土颗粒充分水化、膨胀。如直接使用，则须延长一半的搅拌时间，以确保泥浆质量；在成槽过程中，保证不断地向槽内补充新泥浆，确保泥浆面始终保持在导墙顶面以下30～50cm,避免孔内因水头不够而导致坍孔；在施工过程中，根据不同的地层，及时调整泥浆配合比。

5.2 成槽施工应注意的问题

液压抓斗成槽施工，在开孔时要保证斗体与防渗墙轴线平行，斗体的中心线与导墙的中心线重合，其下放的速度要平缓、稳定，以使成槽与导向槽垂直；在成槽过程中，禁止大行程快速提降抓斗，以防止上下冲击而引起坍孔和出现裂缝。

5.3 混凝土浇筑应注意的问题

混凝土浇筑要连续进行，不得中断，以保证混凝土的均匀性，间歇时间一般应控制在15min以内，任何情况下不得超过45min，否则槽孔及导管内混凝土流动性丧失，使浇筑无法继续进行，造成断墙事故；浇筑时槽孔内应设置盖板，避免混凝土散落在槽孔内，同时要保持槽内混凝土面均衡上升，导管不能做横向运动，否则会使泥渣、泥浆混入混凝土内。