超深混凝土防渗墙浇筑施工技术

李凯庭

(中国水电基础局有限公司，天津301700)

1 概述

狮子坪水电站坝基混凝土防渗墙施工区海拔2 408 m，防渗墙为嵌固式设计，墙体厚度1.2 m，最大槽孔深度为101.8 m，槽段长度4.4～9.0 m，且槽段内的孔底高差比较大。

防渗墙墙段连接采用“接头管法”连接，下设直径96 cm的接头管，接头管起拔完成后，再用120 cm钻头进行扩孔，以满足设计墙体搭接厚度。

槽孔内下设钢筋笼、预埋管，钢筋笼的厚度为100 cm，高度为5.0 m，底部安置高程为2 402.85 m，顶部安置高程为2 407.85 m;灌浆预埋管为双排设计，轴线对称布置，排距80 cm，孔距250 cm，下设到槽孔孔底。

2 防渗墙墙体材料及配合比设计

2.1 墙体材料与混凝土性解指标

防渗墙墙体材料为普通混凝土。防渗墙混凝土设计指标见表1。另外，为了使混凝土具有良好的工作性能，根据防渗墙规范要求，混凝土塌落度为180～220 mm，扩散度340～400 mm，初凝时间＞6 h，终凝时间＜24 h。

表1 防渗墙混凝土设计指标 MPa

配制混凝土的原材料有:①水泥:P.O42.5水泥;②粉煤灰:Ⅱ粉煤灰;③粗骨料:均为天然骨料，小石粒径5～20 mm，中石粒径20～40 mm;④砂:采用天然砂，粒径＜5 mm，细度模数2.4～2.8;⑤外加剂:QHHP高性能泵送剂;⑥水:杂谷脑河河水。

按照施工合同，防渗墙混凝土用的砂石骨料为甲供材，且全部为人工料，但前期防渗墙试验(槽孔深度80 m)使用人工料搅拌的混凝土显示:混凝土的和易性、流动性、保水性等工作性能不佳，骨料易离析，且浇筑易堵管，混凝土芯样的表面麻面多、芯样短、混凝土不均一等，因此使用人工砂石骨料搅拌的混凝土不宜深槽浇筑。为了能更好保证防渗墙混凝土浇筑质量，最终使用天然砂石骨料。

2.2 混凝土配合比

根据上述“2.1”对混凝土性能的要求进行混凝土配合比设计。根据大量混凝土配比实验，选定配合比中水胶比为0.44，砂率为47%。粉煤灰掺量为40%，可降低混凝土的早期强度，有利于接头孔施工。防渗墙的混凝土特性要求高强、低弹、大塌落度、泵送，骨料的弹性模量与它在混凝土中所占体积对混凝土弹性模量均会有影响，因此为降低混凝土骨架的刚度，采用二级配比例小石∶中石=60%∶40%。混凝土配合比详见表2。

表2 防渗墙混凝土配合比 kg/m

在每仓混凝土搅拌前，对砂石骨料的含水率、超逊径等进行检测，根据检测数据对上述配合比进行校正。

3 混凝土拌和系统

防渗墙混凝土浇筑具有单位时间浇筑强度大，而且浇筑过程不能中断的特点。为保证浇筑质量、便于浇筑过程中前台与拌和站的协调，根据施工区场地具体情况，在距左岸防渗墙轴线下游35 m处建造混凝土系统。混凝土系统布置图详见图1。混凝土系统包括混凝土搅拌机、混凝土输送泵、水泥库房、砂石骨料堆放场及给水加热锅炉。

3.1 混凝土搅拌机

选择2台JS750型强制搅拌机和1台ZPL1200配料机，可满足浇筑强度。在个别浇筑方量大的槽段，为了保证浇筑速度，缩短浇筑时间，同时使用了另外一个同规格的拌和站。

水泥、粉煤灰及外加剂采用人工上料，为了能便于上料和上料的准确，每盘实际搅拌0.6 m3，即每盘加入的水泥为150 kg(三包)、粉煤灰100 kg(两包)、外加剂2 kg。砂石骨料自动称重配料。

3.2 原材料储存

水泥库房两座，布置在搅拌机两侧，以便于上料，库房可存放400 t水泥、粉煤灰，满足最大槽孔混凝土浇筑。

砂石骨料场在配料机的后面。砂、小石、中石用2 m高的混凝土挡墙隔离，根据混凝土配比用量，砂用量最多，为便于上料，布置在距配料机最近的地方，小石居中，中石最远。砂石骨料库容能够满足最大槽孔混凝土浇筑。

3.3 混凝土运输

考虑到本工程槽孔混凝土方量大、浇筑强度高的特点，由于混凝土拌和系统距浇筑面不远，采用1台HBT60型混凝土泵输送混凝土，接Φ150mm输送管使用。

在浇筑S08槽(槽长6.8 m，平均孔深100.23 m)、S06槽(槽长6.8 m，平均孔深94.3 m)、S10＆11A 槽(槽长9 m，平均孔深89.1 m)时，由于混凝土浇筑方量大，尤其是S10＆11A槽，混凝土实际浇筑1 313.4 m3;为了满足混凝土上升速度，使用了两个混凝土拌和站，另一个拌和站距施工现场约1 km，其混凝土使用2台8 m3混凝土搅拌车运输。

图1 混凝土拌和系统

3.4 给水加热锅炉

防渗墙有部分槽段在冬季施工，并进行混凝土浇筑。冬季气温在0℃ ～-10℃，为保证入槽混凝土的温度≥5℃，需要用热水搅拌。为了控制水温和热水用量，在拌和站安设2级加热锅炉:第一级锅炉将水加热至沸腾;第二级锅炉将沸腾的水调和到60℃以下用于混凝土搅拌。第二级锅炉用电热管加热保温，并安有温控装置，当水温到达60℃时，电热管停止加热。两个锅炉用Φ50 mm钢管连接，并安有行程开关，自动上水。

4 混凝土浇筑过程控制

防渗墙混凝土浇筑采用泥浆下直升导管法浇筑，自上而下置换孔内泥浆，在浆注压力下自行密实，不用振捣。浇筑前在导管内放入一个直径比导管内径略小的充气胶球作为导管塞，以便将最初进入导管的混凝土和管内泥浆隔离开来。

4.1 混凝土浇筑前的准备工作

在清孔验收前:①准备混凝土浇筑用器具(浇筑导管、井架、漏斗、储料槽、溜槽、拆卸导管的工具、起吊导管用的钢丝绳套、胶球等);②检修拌和系统、混凝土泵、吊车、装载机等设备;③检测砂石骨料，校正混凝土配合比。

在清孔验收合格后:①开始下设接头管、钢筋笼、预埋管及监测仪器，最后下设浇筑导管，导管底部距孔底25 cm，导管间距要符合规范要求。②安装混凝土泵管到储料槽;用混凝土搅拌车运输时，还需在储料槽前布置马道;③用5 cm厚度的木板将槽口遮盖，防止施工人员或异物掉入槽孔内;④搅拌混凝土，准备开始浇筑。

4.2 开浇阶段控制

1)检查胶球是否已经放入导管内，然后用挡板将漏斗底部出口封住，向漏斗内注入适量砂浆，是为了润湿混凝土泵管、导管和防止混凝土中的骨料卡球。

2)混凝土由搅拌站出料口经混凝土泵(或由混凝土搅拌车)输送至槽口旁的储料槽内，当储料槽内蓄满混凝土、同时2台混凝土搅拌机已将料搅拌好备用，将储料槽的放料闸门打开，混凝土经溜槽流入漏斗，及时将漏斗中的挡板提出，大量的混凝土涌入导管，将胶球和管内泥浆从导管底部压出，此时混凝土要连续放入导管内，绝不能中断，直到混凝土将开浇的导管埋入至少0.3m。

3)因防渗墙槽孔底部有坡度或成台阶状，要先开浇下设最深的导管，当混凝土面与较浅的导管底部一平时，开浇此套导管。

4)首批混凝土浇筑完毕后，用加重的测饼测量混凝土面高度，判断导管是否已埋入混凝土中。

5)经测量计算，顶部的短管拆卸后导管埋深≥2 m时，进行短管拆卸。

4.3 中间阶段控制

最上面的一节短管拆除后，混凝土浇筑进入中间阶段。

1)控制浇筑速度。一期槽两端下设接头管，混凝土的初凝时间现场实测约13 h，浇筑速度过快，接头管埋深多，起拔就困难，混凝土未初凝就起拔成孔效果会很差，为了保证拔管成孔效果，混凝土上升速度应控制在3 m/h左右。二期槽孔可根据混凝土拌和能力加快浇筑速度。本工程一期槽孔平均上升速度为3.3 m/h，二期槽孔平均上升速度为4.9 m/h。

2)控制导管埋深。每次导管拆卸后，孔内导管埋入混凝土中的深度≥2 m;当孔内导管长度＞70 m时，导管达到埋深要求后，须一节一节(中间部位每节导管长2.5 m)的拆卸;当孔内导管长度＜70 m时，根据浇筑情况可每两节导管同时拆卸。

3)拆卸导管时，不要将洒落在槽口盖板上的混凝土冲到槽孔内;放料时，不要过猛、过快，避免混凝土从漏斗内溢出洒落槽孔内。

4)勤测量混凝土面深度，使槽孔内最大混凝土面高差控制在0.5 m以内。当一侧混凝土面较高时，可减少最近那套导管的混凝土流入量，等到混凝土面的高差很小时，再均匀放料。

5)在S10＆11A槽孔内下设了监测仪器，此槽的第二套导管离仪器的水平距离很近，为了保护仪器在浇筑时不受到破坏，拆卸导管后，导管底部尽量避开仪器下设的位置，且浇筑速度适当放慢。

6)浇筑过程中因停电、配料机故障而发生中断，中断时间均未超过40 min。浇筑中断后每隔10～15 min使用吊车上下活动浇筑导管，防止恢复浇筑时造成堵管。非停电造成的中断，每隔10～15 min泵送一点残留在混凝土泵中的混凝土，防止发生泵管堵塞。

7)在机口和槽口取试样检测混凝土的塌落度、扩散度，以便更好的控制混凝土质量及浇筑效果;取强度、弹模、抗渗、抗冻试块来检测设计指标;冬季施工还应检测槽口处的混凝土温度，其温度控制在5℃以上。

4.4 终浇阶段控制

当混凝土面上升至距孔口只剩5 m左右时，槽孔浇筑进入终浇阶段。

1)此时槽孔内的泥浆很稠，浇筑越深的槽孔越明显，有时泥浆会成絮凝状，浮力大，用测锤已很难测准混凝土面，此时应用预备好的长竹竿或钢筋探测混凝土面。

2)导管内外的压力差越来越小，经常满管，下料不畅，需要不断地上下活动导管，活动导管时不易将导管提起过高，否则有时会出现导管被混凝土托起，无法下放到井架上，造成混凝土无法流入导管内，增加了浇筑的困难。

3)及时用清水稀释稠浆，此时的泥浆已被污染，不能回收利用。

4)勤测量混凝土面高程，使混凝土终浇高程高出设计墙顶高程0.5～0.7 m;不易过高，否则一是浪费混凝土，二是增加凿除此部分混凝土的难度。

5 混凝土检测

防渗墙17个槽段共取抗压强度试件99组，其中28 d龄期抗压强度19组;90 d龄期抗压强度共40组;360龄期抗压强度共40组。弹性模量试验共4组，90 d和360 d弹模各2组;360 d龄期抗渗试验5组;360 d龄期抗冻试验2组。

28 d龄期抗压强度并无设计指标，是施工时的混凝土质量过程控制的一个措施，为是否能够满足90 d、360 d龄期抗压强度做参考。各龄期抗压强度检测结果详见表3。

表3 混凝土抗压强度统计

2组试块90 d弹性模量为2.61×104和2.83×104，2组试块360 d弹性模量为3.39×104和3.21×104，各龄期弹性模量均符合设计要求。5组360 d龄期抗渗试验和2组360 d龄期抗冻试验结果也均符合设计要求。

防渗墙完工后，施工了2个检查孔，进行混凝土浇筑质量检查工作。两个检查孔使用直径 Φ 150 mm的双层钻具取芯，均打穿防渗墙进入基岩。混凝土取芯率都为100%，且每段取芯长度为5 m，表面光滑，混凝土分布均匀。压水最大值渗透系数为3.0×10-7cm/s。检查孔见基岩面深度和原槽终孔深度基本吻合，墙底落淤均＜3 cm。

6 结语

超深槽孔混凝土浇筑前就要精心组织，从混凝土原材料选用、配合比设计、拌和系统、运输、浇筑器具、导管的布置、清孔等每一项工作都会影响混凝土浇筑能否顺利、满足质量要求。通过本工程超深槽孔混凝土浇筑，总结如下施工经验:

1)混凝土应使用天然砂石骨料拌制。本工程混凝土浇筑顺畅，从未发生因混凝土本身原因而造成浇筑导管堵塞，混凝土芯样光滑、无麻面，且混凝土均匀。

2)使用膨润土泥浆，清孔换浆后，泥浆性能指标应满足规范要求，但泥浆黏度应适中，本工程清孔后泥浆的黏度控制在32～36 s。泥浆黏度高，浇筑时间越长，混凝土面附近的泥浆越稠，越容易絮凝成团状物质，不利于混凝土面的测量，增加终浇阶段浇筑难度。

3)浇筑前应掌握此槽段的造孔资料，当测得的混凝土面上升速度与混凝土浇筑方量出现异常时，能够及时准确分析原因，避免出现导管拔出混凝土或铸管事故。

4)控制好导管埋入混凝土中的深度，即使浇筑非常顺畅，导管提升也不困难，也应及时拆卸导管，并不是导管埋深大，浇筑质量越好:①混凝土的压重会阻碍导管内混凝土的正常扩散、上升，尤其是终浇阶段，导管内外的压力差减小，混凝土扩散范围减小，混凝土会延导管外壁上升，易与混凝土面的沉渣、泥浆混合，难以保证浇筑质量;②若遇到特殊地层会造成混凝土流失。

为保证开浇和终浇阶段浇筑顺畅，应在每套导管的顶部和底节导管以上部位设置数节长度为0.3～1.0 m的短导管。

5)浇筑导管下设时应尽量避开钢筋笼、预埋管定位架的横向钢筋，导管外壁与横向钢筋的水平距离应保持在30 cm以上，否则浇筑时，由于混凝土的挤压，很可能使导管与横向钢筋相交，起管时导管接头卡在钢筋笼或定位架上，严重时会发生铸管事故。当导管接头卡在钢筋笼或定位架上时，适当减缓浇筑速度，将导管在孔口旋转90°～180°，再起吊可将导管提起。

6)为防止长时间停电而造成浇筑中断。本工程备用了一台250 kW的柴油发电机作为备用电源，能够满足拌和系统、混凝土泵和抽水泵的用电，在停电时发挥了作用。

7)气候会影响混凝土浇筑，尤其是冬季、夏季、雨季，提前做好相关控制措施。

8)每次浇筑前，要对浇筑设备、器具进行检修、保养，同时混凝土原材料要备足。

［1］马迎春.混凝土防渗墙施工技术综述［J］.黑龙江水利科技，2005，33(6):41-42.