射水法造混凝土防渗墙在小型水库大坝除险加固工程中的应用

邓发如 周小勇

（江西省新干县窑里水库管理局 江西 新干 331314）

射水成墙法适用于所有黏性土层和非黏性土层，相比其他成墙设备，具有成槽速度快、且设备投入少、泥浆损耗少、成槽质量高等许多优点，因此近几年在国内防渗处理工程中普遍应用。

1 夏园水库工程概况

夏园水库位于江西省新干县,座落在赣江水系沂江支流琴水河上游，水库于1958年兴建，1959年受益，投入运行后经多次加固改建达现有规模，坝址以上控制流域面积10.2 km2，大坝为均质土坝，最大坝高15.0 m，坝顶宽度4.5 m，坝长29 0m。水库按30年一遇洪水标准设计，按300年一遇洪水标准校核，水库总库容616万m3，设计灌溉面积220 hm2，实际灌溉面积66 hm2，保护人口3.5万人、保护耕地2 670 hm2，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小（1）型水库。经钻探，坝址区坝基（包括两边岸坡）出露的地层岩性主要由两部分组成，两坝肩上部为5.0～6.7 m厚的棕红色第四系中更新统残坡积含砂低液限黏土，河床基底上部为2.5～3.3 m厚的第四系冲积含砂低液限黏土，下部为中细砂。水库在多年运行后大坝存在坝身渗流、坝基渗漏和坝肩绕坝渗漏、坝坡不稳定等问题，严重威胁坝体运行安全和正常效益的发挥，安全鉴定为三类坝，被水利部列为病险水库。

此次除险加固，采用混凝土防渗墙进行坝身防渗处理.本工程采用射水法建造混凝土防渗墙，混凝土防渗墙设计要求:防渗墙轴线位于坝轴线上游1.0 m处，范围0+011.34～0+280m桩号，全长268.66 m，墙体设计厚度0.22 m，进入基岩0.5 m，混凝土防渗墙深6～27.98 m，造墙面积5 945 m2，最大成墙深度27.98 m，平均成墙深度22.13 m。槽段按二期槽孔施工，一、二期槽段长都为2.0 m。混凝土防渗墙设计物理力学指标为：①混凝土抗渗等级W6，渗透系数K≤1×10-6cm/s，允许坡降 [J]≥60；②混凝土配合比按C20配制，抗压强度R28≥20 MPa；塌落度控制在180～220 mm，扩散度为350～400 mm。为防止混凝土墙体开裂，掺入占水泥用量8%左右的JH-1型高性能抗裂防水剂。

2 射水法成槽造墙施工工艺流程及施工方法

2.1 施工工艺流程

施工工艺流程为：测量放线、先导孔施工→槽段划分、射水造墙机安装就位→造一期槽孔→清孔验收→泥浆下混凝土浇筑。待一期槽孔内混凝土全部浇筑完毕后，再进行二期槽孔的施工，施工工艺流程与一期槽孔相同。

2.2 施工方法

2.2.1 施工准备

防渗墙施工平台布置在防渗墙轴线下游侧，并在坝顶填筑土料填宽坝顶至8 m，以满足施工机械作业平台和场内交通运输的要求，然后用推土机推平并碾压密实。

2.2.2 测量放线、先导孔施工

首先进行测量放线，通过测量,精确施放防渗墙轴线控制点，定出防渗墙轴线。

然后进行先导孔施工，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。先导孔施工要求尽可能地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。

2.2.3 槽段开挖

1）槽段划分

采用射水法成槽施工时，将防渗墙划分为Ⅰ、Ⅱ期槽段，根据设备及地质条件确定Ⅰ、Ⅱ期槽段开挖长度同为2.0 m。

2）射水造墙机就位

造墙机具为射水造墙机，它由正反循环泵组、造槽机、拌和浇筑机三部分组成，各自安装在独立的平台上，三个平台均用滚轮支承在同一条钢轨上，钢轨与防渗墙轴线平行，布置在墙轴线一侧，施工机械作业平台宽度为8 m。射水造墙机安装就位流程：平整夯实机具作业面→铺轨水平→造墙机就位→调校造槽机平台水平→精调造槽机导向门架铅垂天轮、导向门架中心、平台口定位中心同在一条铅垂线上。

3）槽段开挖

通过正循环泵抽吸泥浆池内的泥浆，经正循环管至成型器底部喷嘴射出而产生的泥浆射流作用及主卷扬提落成型器产生的重力冲击作用，联合冲切、破碎地层。由于正循环流量大，槽孔内的泥浆射流随成型器往复冲击式运动而产生剧烈铲动，使槽孔底部渣浆呈翻流状态，加上成型器底口呈倒三角形具有聚渣作用，因此，携带粗颗粒的渣浆或浓度较大的渣浆因比重较大聚向槽底中心，可从反循环抽吸口经反循环管、砂石泵（反循环泵）抽排至排渣池，而携带细颗粒的渣浆或浓度较小的渣浆可从槽口随泥浆溢出，砂粒沉积在泥浆沟内，由人工清至排渣池，泥浆经沉淀后流回泥浆池重复利用，并可充分利用成型器自身的往复运动自行造浆，即在槽口直接往槽内加入黏土、烧碱等制浆材料，由成型器自行造浆，保持泥浆具有良好的固壁性能，造槽过程中，成型器同时在不断修整槽形，使槽孔形状呈比较规则的矩形柱。造槽时，槽孔的各项性能指标必须满足以下设计要求：①垂直度e≤1/300；②孔位偏差δ≤3 cm；③槽孔深度：孔口底部深入基岩以下0.5 m；④槽孔宽度d≥0.22 m。施工槽段成槽完工，经监理确定岩层岩性，并最终确定该施工槽段成槽深度。

2.2.4 清孔验收

利用设备自身的正反循环系统进行换浆清孔,满足槽内固壁泥浆设计性能指标，即：①造浆黏土要求塑性指数大于20，粒径小于0.005 mm，黏粒含量在50%以上，含砂量小于5%；②孔内浆液比重γ≤1.3 kg/cm3，黏度小于等于30 s，含砂量小于等于10%；③槽底沉渣淤积厚度小于等于10 cm，接缝面刷洗质量满足设计要求。清孔换浆工作可以结束。槽段清孔换浆结束前将钢丝刷子安装在成型器上，紧贴一、二期混凝土结合面，分段上下反复提动，达到刷子上不带泥屑，孔底淤积不再增加，即接头面清洗合格。

2.2.5 泥浆下混凝土浇筑

采用人工推车运料入拌和机料斗,拌和机拌制混凝土，利用浇筑机电动葫芦下入导管、固定在浇筑平台上，再吊运混凝土浇筑成墙。施工方法采用直升导管法泥浆下混凝土浇筑。对混凝土原材料质量（425#普通硅酸盐水泥；碎石粒径：10～20 mm，砂料：中粗砂）、拌和（t≤30 s）和浇筑工序质量等都要严格控制，按施工要求严格操作，对浇筑过程中所发生的任何异常现象都要密切注视，果断采取措施，防止发生质量事故。

1）防渗墙体灌筑

混凝土防渗墙是在泥浆下灌筑混凝土，本工程是采用刚性导管法进行墙壁体灌注，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，并在已灌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。

2）槽段混凝土灌注

清孔换浆结束后，下设混凝土灌注导管，导管内径为200 mm。导管底部距槽孔底板不大于25 cm，当槽底高差大于25 cm时，将导管置于控制范围的最低处。

灌注前导管内置入可浮起的隔离塞球，灌注时先注入水泥砂浆，随即注入足够的混凝土，挤出塞球并埋住导管底端，避免混凝土与泥浆混合。

灌注过程中每30 min测量一次混凝土面，每2 h测量一次导管内混凝土面，根据混凝土面上升情况，决定导管的提升长度。导管在混凝土内的埋深最小不得小于1.0 m，最大不得大于6.0 m，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。

槽孔内混凝土面上升至槽口时，采用泥浆泵抽出浓浆，并提升导管，减小埋深，增加混凝土的冲击力，直至混凝土顶面超出设计墙顶标高0.5 m，即可停止浇筑，拔出导管。

3 施工中的几点体会

3.1 施工总布置

施工总布置时,首先对施工机械作业面与场内运输道路做合理布置,避开两者之间的矛盾，确保施工有序进行；其次要规划好泥浆池、排渣池布置,做到：方便施工，不损伤坝身、坝基，并满足水土保持和环境保护等方面的要求。

3.2 先导孔的施工

在施工前，选择有代表性的地段先进行试验段施工。通过试验段施工，可求得如下重要参数：①槽段长度划分是否合理；②混凝土施工配合比、墙体力学性能能否满足设计要求；③接头刷洗及墙体接缝质量得到验证；④对地质情况有更准确掌握（通过先导孔的施工发现实际成孔深度比设计深度要深6.5 m）；⑤进度、质量、工艺及组织措施是否合理，工程质量、工期及施工安全能否得到保证等。

3.3 墙体接缝处理

3.3.1 接缝处的刷洗

在成型器上设计了侧向喷嘴和可拆式钢丝刷，以便在二期槽孔造槽过程中对一期墙端面进行冲洗、刷洗，即在一期槽造槽过程中必须打开侧向喷嘴、安装上钢丝刷，并且事先控制好一、二期槽间的施工预留缝宽值，通过钢丝刷的机械刷洗作用，并结合射流冲洗，确保接缝刷洗有效和一、二期墙体良好对接。

3.3.2 二期槽造槽时的施工预留缝宽值

根据试验成果，坝基中的地质为中细砂层与含砂低液限黏土层，确定二期槽孔施工时两侧适宜的施工预留缝宽值均为6.0 cm，以防施工预留缝宽值不合理，造成二期槽造槽难度急剧增大，频繁出现夹钻等现象。

3.3.3 槽孔偏斜率的控制

对薄型（厚度d≤30 cm）混凝土防渗墙,槽孔的垂直度是决定能否形成地下连续墙和保证墙体搭接厚度均匀的关键，为此,应从以下几个方面进行控制:①在平整夯实作业面上铺轨找平，调校造槽机平台水平，检查成型器导向门架铅垂精度，检查天轮、门架及台口导向中心是否在同一铅垂线上，检查正反循环钻管是否成直线、连接是否紧密同轴，精校后锁固定位；②造槽时操作力求精炼，操作主卷扬时要稳、准，即使其频率、冲程稳定，放绳恰到好处，正反循环钻管间加连接撑卡，提落成型器过程中正反循环流量保持稳定并同时工作，使其施加给成型器的力基本对称，控制造槽进尺均匀，保持槽底不产生过多沉渣，同时在造槽过程中要加强槽形修整；③定时检测泥浆指标,保持良好的固壁性能,并注意槽口保护,防止塌槽；④随时注意观察偏斜情况，从反循环排渣、造槽进尺速度方面掌握地层特性，防止发生扩径、缩径、偏斜及其他异常情况，每次加钻管时都应测记偏斜值，当偏斜率e>1/300时，必须立即采取措施纠偏，一般采取提起成型器自上往下修正偏斜的槽段，或在机台口人为反向别钢丝绳修孔等方法。

3.4 针对特殊地层的造槽处理

3.4.1 遇夹卵漂石或木桩、块石的复杂地层

在造槽施工中遇到了夹卵漂石地层、超径石（d>10 cm）及未朽木桩等复杂地层时，造槽效率急剧下降,造成偏斜率增大、塌槽、钻管损坏及管路被频繁堵塞等严重问题。针对这些情况，采取以下措施:①在成型器底刃部加焊弹簧钢板、高强螺纹（或硬质合金）钢齿及加长成型器等来加重增强成型器，增加其冲击破碎超径石能力，提高导向性能；②加大固壁泥浆比重、黏度，通过平衡槽壁侧压力固壁，并适当减小射流压力，保持槽壁稳定；③改善反循环管路,在反循环抽吸口加焊钢板隔架拦住超径石，增大反循环管弯头的通孔直径，减少弯头数量，降低机上反循环管安装高度；④精心操作，控制成型器冲击行程适当，正反循环配合一致，随时观察,勤于检查设备性状和造槽异常情况，及时排除故障，保证各部正常运转。

3.4.2 遇到松软砂层塌孔严重及预防坝身壁裂

在松软砂层造槽时单靠射流和成型器自重就可获得较快进尺，但提起成型器后槽孔又多半被塌没。采取措施除了提高泥浆比重、黏度及稳定性外，还应降低射流压力。另外,还需要减小成型器的冲击行程，平稳操作，尽可能减小机台振动力，及时往槽内补浆，尽快完成造槽及混凝土浇筑等施工。

3.5 槽内混凝土浇筑中常见事故处理

槽内混凝土浇筑时主要要控制好混凝土拌和物的质量、浇筑过程中的混凝土压力差、拔管速度及导管埋深。开浇时准备好充足的混凝土量，用球体或柱体隔离，使混凝土出导管后导管底口埋深不小于0.3～0.5 m，浇筑过程中控制导管埋深为4 m。

3.5.1 导管堵塞

成墙灌注混凝土过程中发生堵管时，应仔细分析堵管原因及位置，查对浇筑记录，确认管底位置和埋深，及时采取措施避免其他导管同时被堵。，针对导管堵塞采用捣、顿方法疏通，如果无效将导管全部拔出、冲洗，并重新下设，应果断抓紧时间起拔导管重新下管浇筑。重新浇筑时，管底应插入混凝土0.5～1.0 m，同时以小抽筒抽净管内泥浆，并至少注入1.0 m3砂浆。

3.5.2 筑管

混凝土浇筑时，因混凝土初凝，导管不能提升，发生筑管原因是因混凝土凝固所致，当筑管部位深度不大时，停止浇筑，拆开导管，采用明挖清除已浇混凝土顶面混浆层浇筑上段混凝土。当筑管部位较深，筑管时间较长，只有拔出导管，重新开孔成墙。

3.5.3 掉管

在混凝土浇筑过程中，如发现浇筑导管掉入混凝土中时，应立即用捞针或绳套将导管打捞上来，并根据掉管位置的深浅区别对待，当掉管位置较浅时注意尽量不要使导管提出混凝土面以外，保证导管的埋深。当掉管位置较深，导管提出混凝土面重新下入导管后要抽净管内泥浆，并保证导管的埋深。

3.5.4 提脱

在浇筑混凝土的过程中，将导管提出混凝土面以上时，就会造成泥浆混入混凝土内，使混凝土质量降低。当发现导管内混凝土面过低，突然大幅度下降或有泥浆由管底进入管内时应立即下放导管，增加埋深，直到管内情况正常。当发现导管提脱后，如管内进入较多泥浆而混凝土无严重混浆现象，可下入导管，用小抽筒抽出管内泥浆，再继续浇筑。如导管反复提脱，确认槽内混凝土大范围混浆，应停止浇筑按断桩处理。

3.5.5 串槽

在混凝土浇筑过程中，混凝土从浇筑槽孔流入相邻非浇筑槽段，导致混凝土浇筑串槽。发生串槽问题应查明情况，如无其它问题，可在清除表面混浆后，加大混凝土浇筑强度和浇筑方量，继续浇筑。因为串槽发生后混凝土浇筑量增大，要防止混凝土浇筑速度过慢而使混凝土凝固无法继续浇筑混凝土。混凝土浇筑成墙后，串浇的相邻槽段重新施工。

3.5.6 断桩

在混凝土浇筑过程中因发生机械故障，混凝土供应中断等，处理不及时或不当导致槽孔内混凝土浇筑中断过长，超过混凝土初凝时间无法继续浇筑造成断桩。如断桩位置较低时采取返工处理，重新造孔。断桩位置较高时可采用明挖法凿除表层不合格混凝土重新浇筑常态混凝土成墙。对于临时工程或次要部位受工期或其他条件制约，且对工程影响不大，不返工处理的,可在凿除表层混浆混凝土、清孔处理后继续浇筑混凝土并可采用灌浆法处理。对于重要位置不易重新造孔成墙时，可在上游迎水面采用补墙法处理。

4 质量控制

4.1 准备阶段的质量控制

施工准备是为施工阶段提供有效的、正常施工的物质条件和技术保障，作为质量控制人员的监理工程师应加强这方面的控制，严格控制并落实承包商的施工设备、材料和技术力量。在施工准备阶段，除应做普通混凝土防渗墙的准备工作外，承包商应重点为施工作好以下方面的工作，而监理工程师也应对此进行重点控制：（1）根据施工现场的条件和混凝土防渗墙的技术要求，周密、详细地做好施工组织设计的编制和审查工作。（2）投入混凝土防渗墙浇筑的施工设备是否能满足工程实际需要。（3）按施工顺序、造孔方法和施工组织确定的槽孔划分原则合理地进行槽孔划分。（4）根据设计提供的配合比和技术要求进行现场混凝土配合比复核试验和材料的检测试验，满足设计及配合比要求。（5）选择防渗墙中心线上具有典型代表的部位进行生产性试验，以确定造孔、固壁泥浆、墙体浇筑等的施工工艺和参数。

4.2 施工阶段的质量控制

在施工准备充分的条件下，方可以进行防渗墙施工。施工过程中，严格按照监理工程师批准的施工组织设计进行施工，应严格按以下方面进行施工和严格控制：（1）在防渗墙墙体浇筑前，应根据《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》制定浇筑方案。（2）每个槽段在混凝土浇筑前，根据骨料的含水情况进行混凝土试拌，检查拌制混凝土的坍落度和扩散度，以满足设计及规范要求。（3）在浇筑过程中，可能因某种因素导致混凝土坍落度和扩散度损失严重而不能满足混凝土的浇筑要求，发生这种情况严禁直接向混凝土中加水。（4）为避免堵管事件，施工人员应经常提动导管（特别是浇筑速度较慢时），应保证浇筑能连续进行。若因故中断，现场负责人员应根据具体情况及时采取应急措施进行处理。（5）若对浇筑完成的混凝土防渗墙进行帷幕灌浆，应特别注意控制灌浆压力，防止防渗墙破坏。

5 结束语

射水法造墙的应用，大幅度地提高了混凝土防渗墙的施工速度和工效，且防渗墙防渗效果和耐久性好，工程质量可靠，可较快地、经济地完成除险加固任务。混凝土防渗墙施工中混凝土浇筑常见事故的处理是一个复杂的过程，处理时一定要按照实际情况并结合规范慎重处理，从而保证防渗墙施工的质量和进度，并减小经济损失。在施工中通过对复杂地层的研究和分析，在塑性混凝土防渗墙成槽、泥浆配比、大孤石处理等关键技术问题上规范操作，通过实践与总结，积累施工经验，就能圆满完成施工任务，并取得良好的经济效益。