水利工程防渗处理施工技术综评

2011-04-09邱灏

黑龙江水利科技 2011年1期

邱灏

(湖北省恩施土家族苗族自治州水利电力工程建设公司，湖北恩施445000)

我国水利水电枢纽工程为数众多，分布广，坝型多样，发挥着防洪减灾的重要作用，同时为农业灌溉生产和人民生活用水以及工业用水提供水源。然而，由于它们多属于特殊历史时期的产物，而且经过多年的运行，其中许多工程都不同程度存在一些病险问题。包括渗透破坏、滑坡、开裂和没治，其中以渗透破坏为主。渗透破坏主要表现为:①堤身物质组成的不均匀性和填筑密实度的不均匀性造成的，如部分堤段堤身壤土为粉细砂、砂壤土或存在孔洞、裂缝等;②筑堤时未清基，堤身堤基接触带物质较混杂，存在透水性较强的砂层、砂土层，导致坝基渗漏、渗透破坏等。通过水利工程防渗处理施工技术探讨，对提高水利工程的经济效益和社会效益具有重要的意义。

1 沥青混凝土防渗墙技术

1.1 工程概况

某水利枢纽工程以防洪、城镇生活和工农业供水为主，设计水平年，水库正常蓄水位为216 m，死水位为195 m，防洪限制水位为213.37 m，设计洪水位218.15 m，校核洪水219.9 m，水库总库容86.11×108m3。该水利枢纽工程主要建筑物包括:沥青混凝土心墙砂砾石主坝、黏土心墙砂砾石左岸副坝、黏土心墙堆石右岸副坝、岸坡开敞式溢洪道、河床式电站厂房及两岸灌溉输水洞(管)。主坝布置在主河谷内，建在中强透水的砂卵砾石和含泥砂砾石层上，最大坝高41 m，坝顶高程221.00 m，坝顶宽2 m，长1 658.31 m。坝的基本剖面上、下游均采用二级坡。长期以来，由于坝体上游面出现多条纵横裂缝，渗漏严重。2009年，施工单位在确定的坝线，选定的枢纽布置方案的基础上，对主坝的防渗型式进行了研究。根据工程具体条件，对河床部分的主坝拟定了沥青混凝土防渗墙防渗方案。

1.2 施工工艺

混凝土防渗墙是20世纪60年代初发展起来的一种垂直防渗技术，目前已成为粒状地层的主要防渗手段。其主要优点是能有效地控制墙厚，墙段之间结合紧密，安全可靠。本工程根据现场试验和施工的实际情形，制定了严格的施工工艺过程:混凝土截水墙浇筑→混凝土面处理→测量放线→模板架立→两侧过渡料填筑→沥青混凝土浇筑→拆模。具体施工技术如下:

1)混凝土截水墙浇筑。该工程采用锯槽法成墙工艺，在先导孔中，锯槽机的刀杆以一定的倾角一边做上下往复切割运动，一边以0.8～1.5 m/h的速度(根据地层状况)向前移动开槽。被锯切割下来的土体可由反循环或正循环方式的排渣系统排出槽外，并采用泥浆护壁。防渗墙有效厚度，参照一般透水地基对建筑物基底防渗板桩的防渗性要求确定水泥粉喷搅拌桩防渗墙设计渗透系数，然后通过综合论证，在进一步降低渗透系数的可能性和所产生的工程效果的基础上，提出经济合理的设计渗透系数指标及防渗墙有效厚度。其设计有效厚度B按下式计算:(H1－H2)/B≤［J］，HI为截水墙迎水面设计水位;H2为截水墙下游水位;［J］为根据土体允许渗透坡降确定的截水墙设计渗透比降。然后浇筑塑性混凝土，形成宽度为0.2～0.3 m的防渗墙体。

2)混凝土面处理。混凝土基础面和沥青混凝土结合面的控制是工程的关键。与沥青混凝土相接的混凝土防渗体面，采用人工凿毛配合高压风枪处理，将表面的浮浆、乳皮、废渣等全部清除干净，并保证混凝土表面的清洁干燥。在干燥清洁的混凝土面上人工涂刷两遍冷底子油，涂刷均匀，无遗漏空白。待冷底子油凉干后，至少≥12 h，涂抹1～2 cm厚沥青玛蹄脂，沥青玛蹄脂控制温度为180℃～200℃。沥青玛蹄脂用量小时采用人工拌制，用量大时采用拌和站拌制，避免浪费。

3)测量放线。通过布设测量导线或测量控制网，精确施放防渗墙轴线控制点，定出防渗墙轴线。先导孔一般采用地质回转钻机配合金钻头钻进套管固壁，钻取地层芯样，探明地层界线，确定防渗墙线。要求尽可能减少对原状地层芯样的扰动，以准确探明相对不透水层界限和各地层地质情况。

4)模板架立。模板采用4 m的钢板制作，单块模板长125 cm，高50 cm。钢模板之间用U形卡固定连接，上、下层模板用Φ12圆钢加工的L形插销连接，上下层模板的竖缝相对应，安装时采用内撑外拉的方法。站筋、围檀采用Φ50钢管，通过对拉螺栓并用Φ50钢管作支架来保证模板的强度、刚度和稳定性。由于两侧要预先平起填筑过渡料，在立模上，为了解决基础层热、软模板下沉问题，决定采用垫钢筋的办法。钢筋长50 cm，两端有10 cm放在压实的过渡料上，且在中间30 cm的两端焊有长5 cm的挡筋，防止两侧过渡料回填压实时模板发生位移和变形，确保沥青混凝土心墙的设计宽度。

5)两侧过渡料填筑。模板安装完成验收合格后，用人工配合装载机在外侧2 m范围内进行过渡料铺填。过渡料每层压实厚度为40 cm，采用2.8 t自行式振动碾碾压8遍。采用16 t振动碾骑缝碾压过渡料与堰体回填料接缝部位，使料粒结合紧密，以减小压缩变形。

6)沥青混凝土浇筑。沥青混凝土原材料主要有沥青、骨料、填料，特殊情况下需要添加掺料。填料是矿料中粒径＜0.074 mm的矿粉，它与沥青共同组成沥青胶结料，将骨料黏结成整体，并填充骨料的空隙。骨料应尽量选用碱性岩石加工的或天然的碱性骨料，使沥青与骨料结合良好。浇筑时根据模板高度采用分层浇筑，每层浇筑厚度0.4 m，从最低处开始向上逐层浇筑。与过渡料平起施工，流水化作业，全线均衡上升。为了避免混凝土入仓后离析，将沥青混凝土仓面进行分段浇筑，用钢板制作隔挡，分段入仓。

7)拆模。沥青混凝土入仓浇筑后，待沥青混凝土表面温度降至110℃左右时脱模。两边模板同时垂直提升，提升时将黏在模板上的沥青混凝土及时清理铲掉。

1.3 应用效果

工程全部施工完成后，工程师根据设计图纸对照施工记录进一步复核现场施工桩位是否有遗漏;审查检测单位的资质等级和技术装备，协助建设单位确定检测单位。通过及时掌握处理部位或结构物的动态变化，该防渗施工方案的运用取得了良好的防渗效果。

2 灌浆施工技术

2.1 工程概况

一均质土坝，坝基渗漏严重，根据地质报告，分析主要原因为:①大坝在施工过程中，清基不彻底，坝体与坝基接触部位存在渗漏，根据地质报告，整个坝段坝体与坝基接触部位有一层厚约20 cm腐殖土，土体内含有植物根系、腐殖质、砾石和砂岩碎屑等杂物，土体大部分为流塑状态，含水量大，强度低，为强透水层;②主河槽段坝基为风化砂岩，表层强风化，筑坝时，破碎风化层未清到新鲜层面，引起层面、接触面渗水;③坝基砂岩局部存在节理裂隙或层间泥化夹层，库区水流随着节理裂隙渗到下游，在大坝下游坝脚外，砂岩出露地方，渗水随岩石裂隙流出。坝基一至三层作为本次防渗处理范围。由于坝基第一层和第二层为土层，适合用高喷灌浆处理，第三层适合采用帷幕灌浆处理。因此，本工程中对坝基防渗处理，采用坝基高喷灌浆与帷幕灌浆结合方案。

2.2 高喷灌浆施工工艺

高压喷射法就是利用工程钻机钻孔至设计处理的深度后，用高压泥浆泵，通过安装在钻杆(喷杆)杆端置于孔底的特殊喷嘴，向周围土体高压喷射固化浆液(一般使用水泥浆液)，同时钻杆(喷杆)以一定的速度边旋转边提升，高压射流使一定范围内的土体结构破坏，并强制与固化浆液混合，凝固后便在土体中形成具有一定性能和形状的固结体，能起到防渗抗渗的作用。其施工工艺可以分解为以下几个作用过程:①检查喷水角度:摆喷前将喷水角度调整到设计角度，将注浆管调整到设计高程，保证水、浆、气管道及喷嘴通畅，然后提升摆喷。②调浆:严格控制浆液比重，每班4～5次，当相对密度误差超过1%应停喷，调整水灰比。③破坏地层:在泵压力作用下，形成高速水流，对地层形成强大的动压力以及沿高压孔隙作用的水力劈裂力，连续喷射成的土体强度疲劳，使地层结构破坏。④升扬置换:根据试验适当提高喷射切割长度，压缩空气在水束周围形成气幕，减少水束摩擦力，聚集水流力量，在喷射切割长度的末端，各种气体、奖液、水与切割下来的颗粒成分混合，形成混合液，强大气流使混合液沿孔壁喷射出来时呈沸腾状态，增强升扬挟带能力，带出地层中的细小颗粒，使地层结构更坚固整合。⑤注入浆液搅混:浆液沿水、气射流切割掺搅范围充填，使浆液对原地层产生充填挤压作用，形成液浆良好的平整密度，控制注浆过程的有效进行。⑥渗透凝结:在静压灌注作用下，浆液向周围土体孔隙渗透，形成凝结体，凝结体的形状和性能可根据工程状况和灌液材料确定，形成浆液渗透凝结过渡层，从而达到良好强度的防渗功能。

2.3 帷幕灌浆施工工艺

帷幕灌浆是把一定配合比的具有流动性和胶凝性的浆液，通过钻孔压入岩层裂隙中，经胶结硬化后提高岩基的强度，改善岩基的整体性和抗渗性。卵砾石层的防渗帷幕灌浆大都采用黏土为主加少量水泥的混合浆液进行灌注，不同于在岩石中灌浆。卵砾石层灌浆难以形成自立的钻孔，故常采用套阀式灌浆、循环钻灌阀跟管灌浆、打管灌浆的方法。因受地质条件的限制，不能有效控制浆液的填充范围，为达到相对较高的防渗标准，常需采用3排以上的灌浆孔。帷幕灌浆孔宜采用回转式和金刚钻头钻进。孔位与设计孔位的偏差不得＞10 cm，孔深应符合设计规定。采用自上而下分段灌浆法或孔口封闭灌浆法进行帷幕灌浆。采用自上而下分段灌浆法时先导孔仍应自上而下分段进行压水试验。各次序灌浆孔在灌浆前全孔应进行一次钻孔冲洗和裂隙冲洗。除孔底段外，各灌浆段在灌浆前可不进行裂隙冲洗和简易压水。一排相邻的两个次序孔之间，以及后序排的第一次序孔与其相邻部位前序排的最后次序孔之间，在岩石中钻孔灌浆的高差不得＜12 cm。

2.4 应用效果

灌浆属隐蔽工程，必须在施工过程中强调质量，竣工后要认真检查，灌浆结束28 d后，应在灌浆区钻孔检查，做压水试验，观察岩芯胶结情况，鉴定质量。通过多种途径取得数据，互相来印证，不能单凭压水试验取得吸水率作为唯一的标准。评价灌浆质量，只有蓄水后，灌浆效果才能受到考验。通过高喷灌浆与帷幕灌浆结合方案应用的检验，所得结果均符合设计规定的吸水率数值，为灌浆符合防渗要求。