砂砾（卵）石地层防渗墙施工及 聚丙烯酰胺堵漏技术的研究及应用

刘荣强 李胜涛

【摘要】本文以黄河大河家水电站防渗墙施工为例，介绍砂砾（卵）石地层防渗墙施工技术，并试验新型材料聚丙烯酰胺在处理塌孔漏浆中的应用。

【关键词】防渗墙；接头管；聚丙烯酰胺

1、工程概况

大河家水电站工程属三等中型工程，主要开发任务是发电。枢纽主要由河床式电站厂房、泄洪闸、左、右岸堆石坝等建筑物组成。水库正常蓄水位1783.00m，总库容390万m3。电站等别为三等中型工程，主要建筑物级别为3级。右岸防渗墙总体上场地开阔平坦，但处于河床、高漫滩和阶地过渡带，在地形上略有变化。防渗墙下部基岩为第三系红层，总体岩层产状NE23°NW∠15～19°和NW330°SW∠18～19°。岩性为粘土质粉砂岩、砂岩、砂岩夹砾岩，呈砖红色，局部夹白色石膏膜，粘土质泥岩强度较低，允许承载力0.6～0.8MPa；基本无强风化，弱风化带厚7.5～9m，岩体透水率大多小于1Lu，属微透水；防渗墙深入岩石至少1m。

2、总体技术方案的设计

2.1 主要施工工艺。（1）防渗墙采用“钻劈法”快速成槽，即：Ⅰ期槽孔两端孔造孔采用CZ-22型冲击环钻机钻凿，先钻取端孔及主孔，再钻取中间副孔；（2）优质泥浆护壁，确保孔壁稳定；（3）混凝土泵送混凝土至槽口；（4）泥浆下“直升导管法”浇筑混凝土，属成熟工艺；（5）25t汽车吊辅助浇筑混凝土；（6）采用YBJ1200型液压拔管机进行“接头管法”墙段连接，节约混凝土及接头钻凿工时，并可以最大限度地保证接缝质量。

2.2 槽段划分。根据我公司长期从事防渗墙施工的经验，我们采用“跳槽法”施工，Ⅰ期槽段长度为6.6m，Ⅱ期槽段实际浇筑长度为7.2m。

2.3 护壁泥浆。粘土或膨润土泥浆颗粒分散在水中形成悬浮液在造孔中起到固壁、冷却钻头、悬浮和携带钻渣作用。成槽时泥浆向底层渗入，附着在孔壁形成泥膜。泥浆性能控制指标见表1、表2。

泥浆配合比应按试验配比确定，膨润土泥浆选用高速搅拌机拌制，加料量误差应小于5%。

2.4 造孔工艺。成槽质量标准不低于如下设计要求：孔位中心允许偏差不大于3cm、孔斜率不大于0.4%；遇有含孤石、漂石的地层特殊情况时，其孔斜率应控制在0.6%以内；对于一、二期槽孔接头套接孔的两次孔位中心任一深度的偏差值应不大于施工图纸规定墙厚的1/3，并应采取措施保证设计厚度，孔深符合设计要求。

2.5 槽孔造孔检查。（1）槽孔的位置和厚度。开工前，在槽孔两端设置测量标桩，根据标桩确定槽孔中心线并且始终用该中心线校核、检验所成墙体中心线的误差。孔位在设计防渗墙中心线上下游方向的允许偏差不得大于3cm，在不同方向都应满足此要求。（2）槽孔偏斜测量。槽孔壁面应平整垂直，防止偏斜，槽孔两端孔孔斜率不大于3‰，其它槽孔孔斜率不大于4‰，且相邻槽段的偏斜方向尽量一致，整个槽孔孔壁平整无探头石和波浪形小墙，遇含孤石地层及基岩陡坡等特殊情况，应控制在6‰以内。

2.6 终孔及清孔验收。清孔采用抽筒抽取法，清孔同时向槽内补充新鲜泥浆。二期槽孔清孔换浆结束前，用刷子钻头分段洗刷一期槽孔端头的泥皮和地层残留物，以刷子钻头上基本不带泥屑，孔底淤积不再增加为合格标准。槽孔清孔换浆结束后lh，应达到下列标准：孔底淤积厚度≤10cm，槽内膨润土泥浆密度≤1.15g/cm3，馬氏漏斗粘度不大于32～50s，含砂量≤6%，泥浆取样位置距孔底0.5-1.0m。使用黏土浆时，孔底淤积厚度≤10cm，槽内膨润土泥浆密度≤1.3g/cm3，500/700漏斗粘度不大于30s，含砂量≤10%，泥浆取样位置距孔底0.5-1.0m。

2.7 钢筋笼制作与下设。（1）制作。钢筋笼的外形尺寸应根据相应槽段长度、深度、接头型式及具备的起吊能力等因素确定；钢筋笼的结构设计应遵守DL/T5199-2004第10.1.1条的规定。与墙段接缝之间的最小距离为100mm，同一槽孔中的两个钢筋笼之间的最小净距为200mm。钢筋楼的保护层厚度不小于7.5cm。（2）沉放。钢筋笼入槽时若遇阻碍，应进行槽孔处理，不得强行下沉；钢筋笼入槽后其顶底高程位置为入岩50cm，顶部至设计防渗墙顶面以下40cm，作预留墙顶安装土工膜40cm和10cm保护层，并应采取措施防止混凝土浇筑时钢筋笼上浮。（3）钢筋笼入槽后定位最大允许偏差应遵守DL/T5199-204第10.1.8条的规定：标高5cm，垂直轴线方向2cm，沿轴线方向7.5cm。

2.8 墙段连接。“墙段连接采用“接头管法”，一期槽孔清孔换浆结束后，在槽孔端头下设接头管，混凝土浇筑过程中及浇筑完成一定时段之内，根据槽内混凝土初凝情况逐渐起拔接头管，在一期槽孔端头形成接头孔。二期槽孔浇筑混凝土时，接头孔靠近一期槽孔的侧壁形成圆弧形接头，墙段形成有效连接。（1）接头管下设。下设前检查接头管底阀开闭是否正常，底管淤积泥沙是否清除，接头管接头的卡块、盖是否齐全，锁块活动是否自如等，并在接头管外表面涂抹润滑油。（2）接头管起拔注意事项。第一，混凝土正常浇注时，应仔细的分析浇注过程是否有意外，并随时从浇筑柱状图上查看混凝土面上升速度的情况以及接头管的埋深情况。第二，由于混凝土强度发展越快，与管壁的凝结力增长越快，其起拔力增长的也越快，因此，必须准确的检测并确定出混凝土的初终凝时间，尽量减小人为配料误差。第三，一旦发生接头管偏斜，应立即采取纠偏措施，即在混凝土尚未全凝结之前通过垂向的起拔力重塑孔型，使接头管尽可能的垂直或顺直。第四，安排专职人员负责接头管起拔，随时观察接头管的起拔力，避免人为因素发生铸管事故。

2.9 墙体材料及其浇筑。（1）设计技术混凝土的主要物理学性能指标。混凝土为C25W6F100（二级配）：混凝土强度C25，抗渗标号W6，抗冻标号F100；入槽坍落度18～22cm，坍落度保持15cm以上，时间应不小于1h；扩散度34～40cm；初凝时间不小于6h，终凝时间不大于24h；混凝土密度不小于2100kg/m3；普通混凝土的胶凝材料用量不低于350kg/m3，水胶比：不大于0.6；砂率不小于40%；骨料级配：二级配，最大骨料粒径不大于40mm。（2）混凝土浇筑。混凝土浇筑采用“泥浆下直升导管法”，导管埋入砼深度不小于1.0米，不大于6.0米。一期槽端导管距孔端1.0～1.5m，二期槽端导管距孔端1.0m。两导管间距不大于4.0m。控制混凝土面上升速度不小于2m/h，不宜大于6m/h。导管底口距槽底距离控制在15～25cm范围内，当槽底高差大于0.25m时，要将导管置于控制范围的最底处。

2.10 防渗墙墙体质量检查。墙体质量检查应在成墙后28天进行，检查采用钻孔取芯、注水试验检测方法进行。检查孔数量按10～20个槽孔一个，且应保证接头孔段至少有一检查孔，位置应具有代表性。（1）合格标准。抗渗标准应达到设计值，合格率达90%以上，不合格部分的物理力学指标必须超过设计值的80%以上，且不得集中在相邻槽孔中。（2）检查孔封孔。检查孔必须按机械压浆封孔法進行封孔；封孔材料应为水泥砂浆，水泥：砂=1：1.3。

3、砂砾（卵）石地层塌孔漏浆处理及聚丙烯酰胺的应用

防渗墙作为基础处理中防渗效果最好的施工工艺之一，其在施工过程中因各种因素常常会出现各种塌孔漏浆现象，尤其在砂砾（卵）石地层中塌孔漏浆又是常常出现的。黄河大河家右岸防渗墙工程综合施工技术研究中对其做了如下试验并取得了较好的效果。（1）导墙下部塌孔。导墙下部塌孔是防渗墙施工中较为多见的塌孔现象，容易造成平台下陷、钻机倾覆等质量安全事故。本项目地层级配较差，卵砾（卵）石含量较多，含泥量偏低，本工程采用了如下方法，基本解决了导墙下部塌孔的问题，保证了施工质量及施工安全：在开孔及10以内的造孔施工中，采取添加粘土，冲击钻机自行造浆；低锤密击，此段施工放慢进尺速度，将地层最大限度的挤密。（2）单孔，单点位底部漏浆。在单孔钻进至某一部位时，有时会发生严重的漏浆现象，孔内浆面迅速下降，造成塌孔埋钻且补浆难度大。而常规的回填粘土，混凝土等方法增加了钻头处理的难度以及造孔回填量。本工程采用聚丙烯酰胺解决此种塌孔漏浆，取得了较好的处理效果，具体做法如下：在发生此种类型的塌孔漏浆时，马上将5公斤左右的聚丙烯酰胺干粉精确的放置到漏浆点位，同时及时向槽孔内补浆并搅拌。聚丙烯酰胺会迅速絮凝将漏点堵住。（3）槽孔上部漏浆。槽孔上部漏浆是防渗墙施工时较为常见的漏浆现象，常规做法在浆液中加入锯末等材料进行封堵，但有时收效甚微。本工程利用聚丙烯酰胺絮凝速度快，絮凝体黏聚性强，密度轻（比重接近为1.0）等特点，在漏浆发生时将干粉状聚丙烯酰胺准确的放置到漏浆位置并搅拌，絮凝体在漏浆的过程中随着浆液渗入孔壁裂隙、孔洞，迅速封堵漏浆区域。

4、墙体质量检查结果

墙体质量检查应在成墙后28天进行，检查采用钻孔取芯、注水试验检测方法进行。

4.1 经注水试验检查，检查孔数据结果满足设计和规范要求，见表3。

4.2 岩芯情况。岩心较完整、密实，骨料均匀，外壁光滑；最大取芯率为100%，最小取芯率为91%；最短长度10cm，最大长度220cm。

5、结语

黄河大河家水电站防渗墙技术的应用，保证了工程的顺利进行，聚丙烯酰胺类环保泥浆的应用对大漏失地层的效果明显，取得了显著的经济和社会效益。