水利水电工程中混凝土防渗墙施工技术

谢植厚

摘要：随着我国经济建设速度与规模的不断加快，工程施工中的技术应用也越来越广。其中混凝土防渗墙施工技术因其自身特性而在水利工程防渗加固中应用广泛。本文就该技术的施工工艺、施工难点及质量控制措施等作以阐述，以供同行参考。

关键词：水利工程；混凝土防渗墙；施工技术

1 防渗墙技术的现状与发展

混凝土防渗墙施工技术，广泛用于水利、水电工程中，在我国应用已有 40 余年。为适应堤防加固垂直防渗工程的需要，已开发出多项混凝土防渗墙施工新技术，如射水法、锯槽法、抓取法等。现此项技术除在堤防上广泛应用外，在水库的除险加固和水库防渗等方面也广泛使用，且取得了良好的效益。

2 施工设备及工艺

2.1 施工设备

钻孔机械是防渗墙施工的主要设备。仿苏式钢绳冲击钻机，其钻孔原理是利用钻头对地层进行反复冲击破碎， 直至地层碎屑被破碎到能被泥浆悬浮，用抽砂筒提出孔外，因而功耗大，工效低。冲击式反循环钻机，改抽筒断续出渣为泵吸连续出渣，避免了钻头对地层颗粒的重复破碎，工效提高，但需要有泥浆净化机配套分离钻渣。抓斗挖槽机，抓斗无须以泥浆为介质，完全利用斗齿切割，破碎土层，直接抓出渣土。按工作原理可分液压抓斗和钢绳抓斗。

2.2 造孔工艺

钻劈法，适用于一般砂卵石地层。施工时墙轴线划分不同长度的槽段，相邻两个槽段分一、二期先后施工。使用钢绳冲击钻机或冲击式反循环钻机，分主、副孔钻进，当相邻两个主孔钻进一定深度后，再劈打副孔接存劈落的石渣并提出孔外。

抓取法， 在粒径较小的砂卵石层或粉土层中修建防渗墙，可用抓斗直接挖掘成槽，可大大地提高工效。钻抓法，在紧密的地层中造槽或施工深槽孔，即采用冲击钻和抓斗联合施工，冲击钻钻进主孔漂卵石层及基岩，两主孔之间的副孔用抓斗抓掘。根据槽孔的大小，可采用两钻一抓或三钻两抓。

2.3 其他关键工序

（1）导墙的作用。是为开挖机具导向，保护槽口、承重等。由于防渗墙每一槽段的施工周期较短，为降低工程成本，应尽量使用可周转使用的钢结构导墙， 如使用混凝土导墙时其断面尽量缩小，一般为高×宽=50×30cm的矩形。

（2）在成槽过程中，为保持槽壁稳定，应采用泥浆固壁，现多使用膨润土制浆，其主要指标是密度 1.04g/cm3左右，马氏漏斗粘度 32～50s。泥浆可重复使用，但需用泥浆净化机除砂。

（3）防渗墙一般采用一级配塑性混凝土为墙体材料，这种材料强度和变形模量均很低，适应地基变形的能力强，抗渗性能好，渗透系数小于 1×10-6cm/s 渗透破坏比降可达 300 以上。

（4）混凝土浇筑采用直升导管法，导管内径 20cm左右。视施工现场条件可选取用罐车或泵输送混凝土。

3 混凝土防渗墙施工技术控制难点与对策

3.1 松散、漏失地层和成槽方法

3.1.1 槽口土体松散的处理方法

因土质不好或填筑质量欠佳造成的槽口土体松散， 在挖槽施工时，极易产生劈裂和坍塌，对此，可采用以下一项或多项预防措施。

（1）对导墙下 4～6m深的土体用深搅或粉喷桩加固。

（2）适当划小一期槽孔长度。

（3）在开挖时，采用跳挖法，即同时开挖的一期槽孔中间至少需留出一个一期槽加两个二期槽的距离。

（4）适当降低固壁泥浆面的高度。对已产生的劈裂缝和坍坑，可采用开挖回填和水泥粘土浆液灌注等方法处理。

3.1.2 槽内漏失地的处理方法

在抓斗挖槽过程中， 遇覆盖层或基层中的强漏失地层时，泥浆会迅速漏失，造成孔壁坍塌事故。一般的漏失地层处理方法是，迅速向槽内回填土料等堵漏材料，并用翻搅和挤压，然后继续开挖。

3.2 硬岩嵌岩方法

3.2.1 重凿嵌岩法

机具，重凿主体一般用铸钢制成，底部焊有耐冲击合金刃角，外形尺寸长 1～1.5m，宽度略小于墙体厚度。高度 3m，横断面呈长方形，重量 3～5t。驱动重凿冲击的主机，一般运用 30～50t 履带式起重机。工艺要点：

（1）槽孔开挖遇硬岩时，先用重凿冲击破碎，后捞取岩块、岩屑，构成一个循环回次，经若干回次后，可达预计深度。

（2）嵌岩效率的高低取决于正确使用重凿，操作手依据经验，选择重凿合理的提升高度、冲击点数和冲击次数，特别注意避免过度破碎。

（3）在使用“钻控法”成槽工艺时，可先将整个槽孔覆盖层全部挖除后，才开始作业，而使用“纯挖法”时应先将主孔开挖至预计嵌岩深度后，方可开挖副孔，以避免槽壁失稳。

3.2.2 冲击反循环法

嵌岩作业的主机是冲击反循环钻机， 钻具为横断面呈长方形的扁形钻头和排渣管。在遇硬岩时可用主机驱动扁钻头冲击破碎岩石，同时用砂石泵通过排渣管将岩碴排出槽外。基岩钻进方法可用平打法或劈打法。

3.3 墙段连接方法

3.3.1 接头管法

（1）机具。接头管用厚壁无缝钢管制成，具有一定强度和刚度，且平滑顺直，其管径宜略小于墙体厚度 10～20mm。起拔设备：在墙体深度小于 20m时，可用 30～50t 履带式起重机；在大于 20m时须用专用拔管机和起重机联合作业。

（2）起拔工艺。正确确定接头管的起拔时间，是该工法成败的关键，接头管起拔应在混凝土初凝前进行。对某一具体工程，除了依据初凝时间、还要考虑气温、混凝土配比、混凝土面上升速度、接头管埋深等因素。

（3）事故处理。如接头管出现拉断和铸管事故。而又无法取出造成墙体接缝缺陷时， 可用高压喷射灌浆包裹事故接头管部位，加以补救。

3.3.2 切削法

在墙体深度小于 20m，而墙体材料 28d 抗压强度小于 1MPa时，在开挖二期槽时，可直接将一期槽的墙体材料切割掉一部分，可在两期槽孔间开成锯齿状的可靠连接， 切削的长度视墙体深度和成槽斜率而定，一般等于墙体厚度。

3.3.3 桩法平接法

在墙体深度超过 40m 时，受设备和成槽精度的制约，采用接头管法，易生铸管事故，接缝质量也较难保证，此时考虑本法，其施工方法是： 在预定的相邻槽的接缝处先用回转或冲击钻机建造直径为 80～100cm 的桩孔，浇筑低强度（<1MPa）的灰浆或塑性混凝土，然后分别建造一、二期槽孔用平接方式连接。这种接缝虽为平接，但其上下游均为具有一定抗渗能力的材料保护，其墙段连接也是可靠的。

4 墙体质量控制与检查

防渗墙的质量水平取决于对其施工过程中各个工序质量的控制的检查，这些工序是槽孔建造清孔换浆、接头管下设起拔、混凝土浇筑。检查时一般可按现行标准执行。考虑成槽规律，并依据国内外施工经验，槽孔建造精度现行标准偏高，孔斜率应为在墙深小于 25m为 8‰，墙大于 25m为 6‰。墙体质量检查后在成墙一个月后进行， 检查方法有开挖试坑对墙顶直观检查和对墙体钻孔取芯检查。检查所得的试样或芯样，可对其物理力学性能进行检测， 并在所形成的钻孔内进行注水试验和其他无损检测如超声波法和地震透射层析成像（CT）法。

5 防渗墙技术未来的前景展望

我国的水能资源开发程度仅为 15%左右，远远低于发达国家水平。我国的水资源时空分布很不平衡，旱涝灾害频繁。随着国民经济的快速发展， 水利建设、水能资源的开发都面临着极大的机遇。我国的城市化进程任重道远，老城改造、新城建设、交通、环保工程等等， 都需要建设大量的混凝土防渗墙和其他地下连墙。可见，混凝土防渗墙技术有广泛的市场需求，其发展前景看好。