浅谈方洲水库大坝混凝土防渗墙施工质量控制及实施效果

陈 胜

（安徽省太湖县水利局 246400）

方 群

（安徽省太湖县方洲水库管理所 246400）

1 工程概况

方洲水库位于安徽省太湖县城西乡6km的皖河水系长河支流方家洲河出口处，枢纽主要由大坝、开敞式实用堰溢洪道、输水洞、事故洞、一级电站等建筑物组成。水库集雨面积28.68km2，年径流深850.0mm，总库容1750万m3，正常蓄水位88.0m。下游保护合九铁路、105国道、沪蓉高速路及847hm2农田和1.4万人口。是一座以灌溉为主，结合防洪、发电、养殖等综合利用的省重点中型水库。

方洲水库大坝为粘土心墙砂壳坝，坝顶高程93.8m，最大坝高33.8m，坝顶宽5.0m，轴线长180.0m。心墙顶高程88.62～93.0m，顶宽0.5～1.6m。勘探表明：大坝粘土心墙顶宽0.5～1.6m，坡度 1∶0.3；心墙不仅顶宽不一致，其顶部高程也有起伏，最高93.0m，最低88.62m，填筑极不规则；心墙土体多表现为含砂高液限粘土，有些地段心墙中含有大量的低液限粉土质砂和碎石、块石等，填筑土料的质量较差。渗透系数为 8.6×10-6～9.5×10-4cm/s，属中等透水；坝壳代料的工程性状根据坑槽和钻孔所取土样分析，坝壳代料的物质组成和颗粒级配不均一，其中主要是残积砂土，渗透系数为1.3×10-4～8.71×10-2cm/s，透水性较强。

2004年12月，安徽省安庆市水利局组织进行了方洲水库大坝安全鉴定工作，2005年2月16日，水利部大坝安全管理中心以坝函[2005]248号文《关于方洲水库三类坝鉴定成果认定的意见》评定为三类大坝。

2005年11月，经长江水利委员会长江勘测规划设计研究院设计，对方洲水库大坝进行除险加固设计，土坝防渗处理的方案为混凝土防渗墙垂直防渗方案。2007年12月，方洲水库除险加固工程正式获批准实施，经公开招标，该工程由山东水利工程建设局承建，2007年12月混凝土防渗墙开始施工，于2008年3月完工。在施工中，施工单位加强质量管理，严格按规范要求施工，施工质量优良，2010年5月顺利通过竣工验收。经过一年的观测，大坝加固后防渗工程的截渗效果比较明显。

2 混凝土防渗墙工程施工质量控制

方洲水库除险加固工程混凝土防渗墙施工分两期进行，先Ⅰ期，后Ⅱ期，Ⅰ、Ⅱ期槽间采用双反弧接头，各期按主、副孔进行施工，建造槽孔前修建现浇混凝土导墙，槽孔采用泥浆护壁；防渗墙造孔采用两钻一抓施工方法，先钻完主孔，后采用抓斗抓取副孔土体；混凝土防渗墙的质量检查采用岩芯钻孔法。其施工工艺流程为：施工准备→修建泥浆池及导墙→槽段划分及确定施工顺序→修建施工平台→泥浆拌制→槽段成槽及清孔处理→混凝土浇注。

在该工程实施过程中，业主、监理单位、施工单位各自履行职责，实行全面的质量管理，采取事前、事中、事后控制，重点把好泥浆的拌制、槽段成槽、混凝土浇注等关键工艺的质量关，确保了工程质量。

2.1 泥浆的拌制及质量控制

方洲水库除险加固工程混凝土防渗墙施工选用2台制浆能力达250m3/台班（ZL400型制浆机）的高效、低噪音的高速回转搅拌机拌制泥浆，其中1台备用。制浆材料按规范要求选用，施工中泥浆输送设备选用22kW离心泥浆泵配5英寸钢管或胶管，由泥浆池将新鲜泥浆（在泥浆池中存放24h以上的泥浆）输送到开槽现场。施工中不合格的泥浆输送至废弃泥浆池，运至监理指定弃渣场。泥浆拌制过程中质量控制措施如下：

a.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。

b.加强泥浆技术性能的检测，每20桶抽查泥浆试样一组。在循环使用过程中，每工班进行两次泥浆质量检测，以便有效地控制好泥浆质量。

c.在成槽过程中，不断向槽内补充新泥浆，确保孔内泥浆面始终保持在导墙顶面以下30～50cm，避免因孔内水头不够而导致坍孔。

d.施工过程中，根据不同的地层，经常调整泥浆配合比。

2.2 槽段成槽施工工艺及质量控制

根据设计要求的指标和该工程的实际地质条件以及施工单位现有的实际施工能力，此次成槽主要选用SG30全液压抓斗和冲击钻，采用两钻一抓的施工方法。整个造孔过程中的质量控制要点如下：

a.抓斗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，以使形成的导向槽垂直。

b.施工过程中，禁止大行程快速提降斗体，以防抽吸或冲击而引起坍孔和大坝裂缝。

c.成槽过程中，如发现液面下降并伴随泛气泡的现象，证明有漏浆现象。一般情况填粘土、水泥；稍严重填锯末、草球；严重时槽孔填死，等两边结束后再开挖（或用冲击钻）。

d.成槽过程中，因故停止时间较长时，为避免泥浆沉淀、防止孔壁坍塌，在停工期间，用气鼓法（即下排气管、通压缩空气）搅拌槽孔内泥浆。

e.注意特殊情况的处理。在进行槽段开挖的时候，容易出现以下的情况：

一是由于地质情况出现漏浆和槽段塌方。2007年12月24日，在进行17号槽的开挖工作时出现了漏浆，现场工程技术人员认真对现场情况进行检查，发现坝体在17～27号槽之间有松散的砂砾层，厚度大约在3～4m。针对这种情况，决定对此槽进行回填，在回填时加入了大量的膨润土、泥球、纤维素以增加土体的粘结能力，并每回填2m，用液压抓斗进行一次压倒工作，以堵死可能渗漏的裂缝；另外，针对这些槽段，及时调整泥浆稠度，并在泥浆中加入稻草等添加剂。此举错收到了明显的效果，在对此槽段再次进行开挖时，有效地解决了漏浆问题，顺利完成了这部分槽段的施工。

二是由于抓斗的垂直度控制得不好，致使孔斜率超出设计要求。针对这种情况，处理的方法是将此槽回填，同时进行压实，避免第二次开挖时出现回填部分塌方或因回填不实造成污染混凝土。

2.3 混凝土浇注质量控制

方洲水库除险加固工程混凝土防渗墙施工按设计要求，根据实验的配合比合理选择原材料，考虑该工程需混凝土约3000m3，选用0.5m3的搅拌机2台，以满足施工要求，并选用2台混凝土罐车，保证最深槽在规定时间内浇注完成。泥浆中浇筑混凝土采用直升导管法，并配备2台自制的专用悬臂式导管提升架，导管的布置和整个浇注过程必须严格按照规范连续进行，施工质量控制要点如下：

a.浇注过程中，若发现导管漏浆或混凝土中混入泥浆，立即停止浇灌。利用冲击钻及抽筒进行清孔换浆，一直清到设计墙顶高程。

b.混凝土浇注不得中断，控制在4～6h内浇完，以保证混凝土的均匀性。间歇时间不得超过30min。搅拌好的混凝土在1.5h内浇注完毕，否则应掺加缓凝剂。

c.浇灌时保持槽内混凝土面均衡上升，导管不能做横向运动，各导管处的混凝土面高差不宜大于0.3m。导管提升速度控制与混凝土的上升速度相适应，始终保持导管在混凝土中的插入深度不小于1.5m，也不能使混凝土溢出漏斗或流进槽内，污染泥浆。

d.在混凝土浇灌过程中，经常用测锤测量混凝土面实际标高，计算混凝土上升高度，导管下口与混凝土相对位置，统计混凝土浇灌量，及时做好记录。

e.当混凝土浇到墙顶层时，浇注高度须超出设计墙顶标高至少50cm，以保证混凝土质量。

f.注意混凝土接头处理。根据该工程实际情况和施工工艺，槽段连接采用接头管，使用液压拔管机起拔接头管，其最佳拔管时间根据混凝土初凝时间和浇筑速度确定，在验算地基及导墙承载能力的基础上，采取措施防止槽孔坍塌。

3 工程施工后渗控效果

3.1 工程竣工检测效果

方洲水库混凝土防渗墙工程施工完成后，2008年4月，安徽省水利工程质量检测中心站对该工程进行了无损检测。

此次检测运用工程物探仪器对墙体进行连续滚动测试。主要检测墙体的均匀性、连续性、可能存在的缺陷等，两种方法相互验证，以提高判断的精度。经检测给出的结论如下：

a.防渗墙体质量钻孔检查结果表明：检查孔芯样材料均匀、完整，未见孔洞、裂隙和混泥现象。

b.根据高密度电法和地震影象法对被检测墙体的检测结果，墙体整体连续、较均匀，有效深度达到设计要求，未发现明显缺陷。

c.根据防渗墙墙体芯样实验结果，其抗压强度、弹性模量均满足设计和规范要求。

d.防渗墙压水实验结果表明：防渗墙渗透系数及透水率均满足设计要求（见表1）。

3.2 运行观测效果

方洲水库除险加固工程施工完成后，方洲水库管理所通过大坝安全观测系统对方洲水库混凝土防渗墙进行了连续跟踪观测。观测成果显示：

表1 方洲水库混凝土防渗墙工程施工检测成果

a.防渗墙前后水位差变化大，防渗墙的截渗效果比较明显。2008年7月处于高库水位时，0+130和0＋095断面防渗墙前后水位差最大达到12.699m，水位差最小也超过了8.839m；0＋050断面防渗墙前后水位差相对小一些。主要是由左岸坝壳料土质砂性较强，降雨入渗及左岸山体排水所致。

b.实测坝体浸润线比理论计算浸润线低，满足设计要求。工程加固后，从大坝实测浸润线看，防渗墙前后的水位差明显，坝体下游浸润线较低。大坝实测浸润线与理论计算浸润线（初设阶段加固后的渗流分析成果）见下页图。可见，大坝实测浸润线低于理论计算浸润线，满足设计要求。

c.加固后坝体渗流场变化明显，防渗工程显著降低了坝体浸润线高度。根据新建测压管的孔位0＋095断面5号测压管与加固前Ⅱ2号老测压管（基本同一位置）1999年水位的比较，2009年与1999年汛期库水位情况较相近（见表2），在上游水位接近或者大的情况下，防渗工程实施后坝体渗压水位有了一定程度的降低，不同库水位下，测压管水位下降了0.49～2.49m，当库水位高达88.10m时，防渗工程实施后5号测压管水位下降1.34m，说明防渗工程对于降低坝体浸润线高度起到了比较明显的作用。

大坝实测浸润线与理论计算浸润线对比图（库水位88.0m）

表2 0+095断面5号测压管与Ⅱ2老测压管水位比较情况

4 结语

方洲水库混凝土防渗墙工程在实施过程中，重点把好泥浆的拌制、槽段成槽、混凝土浇注等关键工艺的质量关。工程实施后，墙体整体连续，较均匀，有效深度达到设计要求，防渗墙渗透系数及透水率均满足设计要求。坝体渗流情况得到改善，浸润线得到了降低，实测大坝浸润线低于理论计算浸润线。已有资料表明：当水库达高水位88.10m时0+095断面防渗工程实施后防渗轴线下游4m处水位下降了1.34m。其他测压管位势在不同水头作用下也基本稳定，大坝运行状态正常。