塑性混凝土防渗墙技术在南掌水库除险加固工程中的应用

唐永祥

（云南省元江县水利局 元江县 653300）

刘井鹏

（中南大学有色金属成矿预测教育部重点实验室地球科学与信息物理学院 长沙市 410083）

1 水库基本情况

1.1 水库概况

南掌水库于1958年10月开始兴建，断断续续施工期长达22年，至1979年大坝填筑高度42.6 m，1985年填平补齐坝面至现状坝体。水库总库容427.5万m3，大坝为风化料均质土坝。

1.2 水库工程地质

（1）坝体工程地质条件。

根据大坝轴线地质剖面图钻孔ZK01～ZK03揭示，坝土主要有含砾粉质粘土、含细砾土里砂(透镜体)、含细粒土角砾(透镜体)组成，钻孔注水试验渗透系数 k 为（7.0×10-5～8.6×10-4）cm/s。

（2）坝基工程地质条件。

根据大坝轴线地质剖面图钻孔ZK01～ZK03揭示，坝基位于全强风化粉砂质板岩地层上，钻孔压水试验 q 值为（3.7～24.7）Lu。

（3）坝肩工程地质条件

两岸为全风化粉砂质板岩，钻孔压水试验q值为（6～173）Lu。

2 水库病险情况

大坝上游坡稳定，下游坡在各种工况下抗滑、抗震稳定安全系数均小于规范值，现未经受非常运行考验，坝坡已发生局部蠕动，因而下游坡结构不稳定；大坝施工断断续续，接头多，层间刨毛结合及碾压质量均差，截水槽深度不够，投入运行以来，一直存在渗漏问题，虽作过两次帷幕灌浆，但浸润线仍偏高，导滤体失效，下游坝坡大面积潮湿漏水，两坝肩山体结合部及基础均有渗漏，总渗漏量偏大，虽然渗水不带泥沙，但大坝渗流仍然不正常。

3 水库治理方案

混凝土防渗墙技术的原理是用专乌卡斯钻机，在已经建好的坝体或者覆盖层的透水地基中建设槽型孔，同时用泥浆护壁，然后利用高压泵把泥浆压入到孔底，泥浆携带岩渣从孔底返回至地面，再使用直升导管等向槽孔内部浇筑混凝土，这样就可以形成一道连续的混凝土墙来起到防渗的目的。

塑性混凝土防渗墙与普通混凝土防渗墙相比，除了具有普通混凝土防渗墙的适应地质条件广泛、施工方法成熟、质量可靠、防渗效率高等特点外，还具有：低弹模，塑性混凝土的变形模量一般不超过2 000 MPa；高抗渗性，塑性混凝土渗透系数K一般为（10-7～10-8）cm/s；和易性较好，便于浇筑；经济效益明显，由于塑性混凝土配比中用粘土替代了部分水泥，减少了水泥用量，节约了工程成本。本工程塑性混凝土的配合比为：“水泥：膨润土：砂：石：水：外加剂=1∶0.80∶5.45∶0.00∶1.60”。

南掌水库大坝坝身为人工填筑、碾压建成，坝身存在压实度不均匀的情况。坝身经过两次纯水泥浆灌浆后，在大坝轴线位置上形成了水泥浆与土体结合的硬块，且帷幕厚度增加，软硬不均匀。

根据前期勘探的地质资料，基于水库的病险情况，制定以下治理方案：在大坝轴线上建造一塑性混凝土防渗墙，防渗墙厚0.6 m，共划分为15个槽段，1#槽段和15#槽段长7.3 m，其余每个槽段长7 m，轴线长度 105.6 m，第 14#槽为合拢槽段，槽深（21.9～41.0）m，平均槽深34.62 m，混凝土浇筑方量2 184.89 m3。

4 大坝混凝土防渗墙施工方案

划定奇数槽段为施工Ⅰ序槽段，偶数槽段为施工Ⅱ序槽段，工程按照从左到右、先Ⅰ序后Ⅱ序的顺序施工进行混凝土导向槽的制作，在坝顶施工平台上进行冲击钻道轨的铺设，在已铺设好的道轨上进行冲击钻的组装调试之后开始第1#槽段的造孔，防渗墙基岩部分采用“钻凿法”造孔；坝土部分采用“两钻一抓”法进行造孔。

造孔完成后，进行混凝土浇筑。混凝土浇筑应遵循先深后浅，连续进行、均匀上升的原则。混凝土面上升速度要求不小于2 m/h，混凝土面高差应小于0.5 m，埋管深度在（1～6.0）m范围内。浇筑过程中每30 min测一次混凝土面，现场绘制混凝土浇筑图，及时掌握各项数据。为消除上部浮浆对混凝土顶面的影响，在浇筑时使最后浇筑的混凝土从导槽顶面溢出，直至无浮浆为止。

5 防渗墙主要参施设备

5.1 钻孔设备

（1）2台CZ-22冲击钻机，使用Φ600 mm钻具。

（2）4台CZ-30冲击钻机，使用Φ600 mm钻具。

（3） 1台 GB-24抓斗，使用 2 500 mm×600 mm抓头。

5.2 混凝土搅制设备

选用2台强制500型混凝土搅拌机，配备自动上料系统。搅拌站安装2台JS750型混凝土搅拌机和1台PLD2000型电子配料机，用1台HBT60C型砼输送泵输送混凝土。搅拌站配置一台ZL40型铲车上砂石料。

6 混凝土防渗墙施工

6.1 混凝土防渗墙施工工艺见附图

附图 施工工艺流程图

6.2 槽孔施工

混凝土防渗墙工程在施工第1#槽段时按计划方案采用“两钻一抓法”成槽，由CZ-30型钢丝绳式冲击钻钻进主孔，GB-24液压抓斗抓取副孔土体，采用直升导管法浇筑成墙。Ⅰ、Ⅱ期槽段间的接头采用套打一钻的连接方式。后来由于原坝身曾进行过两次灌浆处理，局部纯水泥浆灌浆体帷幕厚度达0.6 m，对坝体土体性质有较大影响，在防渗墙范围内的土体改变为软硬不一的不均质体，致使抓斗抓取副孔时无法控制孔斜率，而重复修孔不仅严重影响工期，所投入的人力物力也相应增加。因此我们得出结论：“两钻一抓法”的施工工艺不适合南掌水库防渗墙工程施工，认真研究后决定在后来的防渗墙施工中改取“钻凿法”（全部采用冲击钻钻进）成槽、抓斗只辅助清孔的施工工艺。这样虽然坝体内原灌浆体对冲击钻成槽仍有很大影响，但是部分缓解了施工工期和成本控制的压力。

6.3 混凝土浇筑

本工程标准槽段长度为7.0m，配置3套直径220 mm导管，采用直升导管法进行浇筑。槽孔混凝土浇筑之前认真拟好浇筑方案，根据槽孔的具体深度及槽长合理配置导管。严格控制导管底口距槽底距离控制在（15～25）cm 范围内；导管间距不大于 3.5 m；导管距一期槽孔端控制的间距为（1～1.5）m，距二期孔端间距为1m；当槽底高差大于0.25m时，应将导管置于控制范围的最低处。混凝土浇筑前必须搭设好浇筑平台，其上设置储料斗等。浇筑时用混凝土泵将混凝土直接送入储料斗，后吊起料斗并对准浇筑导管，打开阀门使混凝土沿导管注入槽孔内。使用冲击钻下设和起拔导管。

混凝土入导管之前必须先检查其坍落度、扩散度和最大骨料直径。其坍落度应为（18～22）cm，扩散度应为（34～40）cm。

混凝土浇筑应遵循先深后浅，连续进行、均匀上升的原则。混凝土面上升速度要求不小于2 m/h，混凝土面高差应小于 0.5 m，埋管深度在（1～6.0）m范围内。

浇筑过程中每30 min测一次混凝土面，现场绘制混凝土浇筑图，及时掌握各项数据。为消除上部浮浆对混凝土顶面的影响，在浇筑时使终浇混凝土从导槽顶面溢出，直至无浮浆为止。

6.4 接头孔施工

防渗墙Ⅰ、Ⅱ期槽孔的接头采用钻凿法，接头钻凿时间控制在（24～36）h。

本工程采用这种接头方法，主要考虑到这种接头方法工艺简单，不需专门的设备，形成的接缝可靠。只要控制接头孔的造孔质量，接头孔的空间位置要尽量与一期槽孔原主孔的位置保持一致；二是取决于二期槽孔时施工时清孔泥浆和对一期墙段端面的刷洗质量。当槽孔深度达到40m深，浇筑时间要达到10h，很难控制拔管的时间，起拔时间过早，混凝土尚未达到一定的强度，就可能出现接头孔缩孔或垮塌；起拔时间过晚，接头管表面与混凝土的粘结力和摩擦力增大，增加了起拔的难度，甚至被埋住。通过本工程对防渗墙的接缝开挖检查的结果，证明选取的接头方法是正确的。

6.5 混凝土浇筑过程中的检查

混凝土浇筑过程中，在搅拌站出机口随机取样，检测坍落度、扩散度、并取样进行抗压、抗渗、弹模试验。在单元槽孔的浇筑过程中，取抗压强度试件一组（分别从上、中、下三处各取一块）。每三个单元槽段取一组抗渗，每四个单元槽段取一组弹模试件。

7 混凝土防渗墙质量检测

本工程为塑性混凝土防渗墙，强度较低，只通过注水试验检查防渗墙抗渗性。分别在6#槽和12#槽内施工2个检查钻孔，孔深分别为36.0 m和23.5 m，防渗墙检查孔共进尺59.5 m，注水试验段11段，见附表。

附表 混凝土防渗墙质量检测结果

注水试验自上而下分段进行。试验段长为5 m，注水试验前先进行钻孔冲洗至返清水为止。注水试验采用吕荣注水试验方法测定地层渗透性，其原理是借用水柱自重将水压入钻孔四周的裂隙中，并以一定条件下单位时间内压水量（流量）的多少来反映地层的透水情况。

由注水试验的数据计算出渗透系数K分别为2.61×10-7cm/s和 2.20×10-7cm/s， 均小于 5×10-7cm/s，证明防渗墙的抗渗性能符合设计要求。

8 混凝土防渗墙施工小结

南掌水库除险加固大坝混凝土防渗墙工程施工过程中未发生质量缺陷事故，无安全事故发生。由于重复修孔的原因致使造孔系数偏大，混凝土浇筑量也相应偏大，总之该项目由于对施工工艺和质量控制得合理可行，钻孔注水检验结果表明防渗墙质量符合设计要求，所以该项目按计划圆满完成。

1.张澄子,贺敏,杨冬君,等.富水水库坝基渗漏处理方案选择及实施效果[J].中国水利,2008(12):20-23.

2.朱家云,江友彬，李荣东.混凝土防渗墙施工质量控制浅析[J].西部探矿工程，2010，8.

3.薛云峰.混凝土防渗墙质量控制及检测技术研究[D].长沙：中南大学，2007.