防渗墙水下混凝土成墙技术探析
2017-11-01王小彬
王小彬
（山西辛安泉供水工程有限公司，山西 长治 046000）
防渗墙水下混凝土成墙技术探析
王小彬
（山西辛安泉供水工程有限公司，山西 长治 046000）
混凝土地下连续墙是上世纪50年代从国外传入我国的一种地下工程技术，水利水电工程率先当作防渗墙使用。探讨了淜头水电站防渗墙成槽、膨润土泥浆固壁、水下混凝土浇筑等技术。质量检验结果表明，混凝土的均匀性及密实性均满足设计要求。
防渗墙；混凝土；膨润土；导管法；淜头水电站
1 概况
淜头水电站工程建于浊漳河干流上，总装机容量1200 kW，水库库容425万m3，属小（一）型水电站，工程建筑物等级为4等，工程总投资约2.36亿元，施工工期为2年。主要包括9孔拦河闸段、左右岸坡连接坝段、水电站发电主副厂房、启闭机房、消力池等水工建筑物。
坝区地貌主要为剥蚀构造中山区与山前洪冲积、洪积区，坝址处河谷呈“U”型，高程588～910 m，闸址段沟谷平坦宽阔，宽约190 m，河谷内常年流水，河水位高程588 m左右，河床覆盖层厚5～28 m，具有中等透水性，岩性上部为低液限粘土层、卵石混合土层，下伏基岩为泥质页岩，基岩强风化层厚度5～8 m，弱风化层厚度10～15 m。工程场址主要存在坝基覆盖层及基岩渗漏问题，覆盖层渗漏变形问题，绕闸渗漏问题，土体承载力低及不均匀变形问题等。
2 防渗墙布置
为解决坝基绕基渗漏问题，减少淜头水电站闸坝基底扬压力，给9孔闸坝提供防渗安全保障，在闸室上游桩号渗0+033.9-0+175.0段设一道混凝土防渗墙。
防渗墙垂直于河床方向布置，墙顶高程589.0，墙底穿过河底砂卵石层深入基岩1 m，厚度0.6 m；河漫滩向两岸延伸至基岩边坡段分别设一道高压旋喷防渗墙，双排孔布置，排距0.4 m，孔距1 m，钻孔梅花形。
混凝土防渗墙上部3 m为钢筋混凝土结构，3 m以下浇筑素混凝土。防渗墙上部钢筋混凝土部分通过混凝土连接板连接，混凝土连接板下厚2 m粘土层分层夯填，形成密封防渗体，两侧采用三元乙丙橡胶增强型SR防渗盖片止水，最后再通过沿防渗墙布置周围的帷幕灌浆、固结灌浆形成整体防渗结构。
3 防渗墙水下混凝土施工
3.1 施工准备
3.1.1 防渗墙导向槽及施工平台
三通一平后在防渗墙轴线上、下游，分别布置抓斗、冲击钻机施工平台，水管、泥浆管，临时交通碎石进场道路。在冲击钻机平台上铺设15 cm×15 cm×500 cm（高×宽×长）方木，上铺70 cm的轻型轨道，用于钻机行走，混凝土浇筑施工平台布置于防渗墙上游侧。3.1.2 膨润土泥浆系统
采用ZJ-1500高速搅拌机制浆，包括回浆池、储浆池、供浆池及其管路回收系统。
3.2 成槽工艺
3.2.1 槽孔开挖
防渗墙成槽，由冲击钻机配合抓斗进行施工，工序为1期槽孔、2期槽孔。为充分发挥抓斗的工作效率，施工采取“跳槽法”，1期槽及2期槽段长度按7.6 m设计。
图1 槽孔开挖示意图
防渗墙成墙地表至基岩之间砂卵石地层由抓斗施工，基岩部分用冲击钻进行施工；分别由抓斗及冲击钻交替依次进行1、2期槽孔施工，成孔后由监理组织验孔，主要对孔位，孔深、沉渣厚度等进行全面检查验收，合格后进行清孔换浆。
3.2.2 终孔
防渗墙穿过河床覆盖层嵌入基岩1 m。根据防渗墙施工前的先导孔钻芯取样，指导整个基岩面的深度。在闸坝两岸岩面陡坡段，每个槽孔底先采用2～3个阶梯坎形式，在中间平缓地带，则保证每个槽孔底线尽量水平达到同一深度。
3.3 接头孔的刷洗和清孔换浆
在抓斗、冲击钻成槽过程中，岩石碎片、泥渣落在槽底，沉渣过厚会严重影响防渗墙质量，须通过抓斗对槽底进行清理。二期槽孔后还需进行接头孔的刷洗，用特制圆形钢丝刷，通过钻机提拉钢丝绳对接头部位进行反复刷洗，直至钢丝刷上不粘泥为止，这是保证混凝土圆弧接头部位混凝土槽段结合紧密、防止渗漏的关键。
3.4 槽段连接
3.4.1 接头管安设
逐节就位采用吊车下设接头管，依次下放，用拔管机锁死。
3.4.2 接头管起拔
本工程槽段连接采用“拔管法”，采用YJB-1200全液压拔管机。在一期槽段混凝土浇筑过程中，根据槽内混凝土初凝情况逐渐起拔接头管。接头管起拔安排专人负责，随时观察接头管的起拔力，及时拔管。
3.4.3 槽段连接
本工程一、二期混凝土形成圆接头，槽段连接接缝科学、合理，有效避免接缝渗漏。
4 质量控制要点
4.1 膨润土泥浆质量
在成槽过程中，膨润土泥浆起着护壁、携渣、冷却钻头及润滑作用，泥皮附着在槽壁上既可以护壁，又可以防止地下水进入槽孔，还可以防止泥浆外漏。施工中膨润土泥浆通过与槽壁土压力相互平衡，避免塌孔。要保证优质膨润土，选择正规厂家，取样后进行全性能试验，将泥浆配合比报监理批准后投入生产使用。根据地层情况不同可对配比进行调整，保证混凝土防渗墙质量。此外也要做好废旧泥浆的回收工作，节省材料，保护环境。
4.2 槽孔垂直度
控制各单孔中心线的位置在设计防渗墙上、下游方向的误差不大于30 mm。保证槽孔壁面平整、垂直，控制槽孔两端主孔斜率不大于0.3%，其他槽孔孔斜率不大于0.4%。
本工程重型液压抓斗安装有测斜和自动纠偏装置，可以及时对孔斜进行判断、处理。4.3 入岩深度及沉渣厚度判断
因在水下作业，入岩深度判断是难点。首先根据成槽效率进行判断，通常基岩掘进速度要比砂砾石速度慢很多；其次应根据岩样岩性及岩屑碎片磨损程度，结合设计地质勘探资料，进行综合分析后判断；最后可以根据相邻槽段基岩面高程进行判断。沉渣厚度采用测饼和测针进行测量。
4 钢筋制安
本工程防渗墙仅在上部3 m下设钢筋笼，因此钢筋笼加工采取单节加工，为保证钢筋笼精度，钢筋笼在制作平台上进行。主筋与笼体四周棱边横筋及各加强筋的交叉点处全部进行焊接，水平吊点设在主筋上，顶部纵向主吊点采用加强钢板制作。
5 混凝土防渗墙墙体浇筑
5.1 混凝土原材料
采用防水混凝土，水泥用量不低于400 kg/m3，初凝时间不低于2.5 h；骨料最大粒径不大于4 cm；砂率45%，掺外加剂，水灰比小于0.55。
5.2 混凝土拌制、输送
混凝土拌制按设计配比由拌合站拌制。拌制过程中，用电子秤对原材料称量后加入、外加剂按要求配制成溶液掺入。
拌制好的熟料用混凝土泵输送至施工现场，经分料斗和溜槽将混凝土输送至浇筑漏斗，再由浇筑漏斗经导管均匀放料，以保证混凝土面均匀上升。
5.3 导管下设
混凝土浇筑导管采用长短钢管，每个槽段布设2～3根导管，一期槽端距离导管不大于1.5 m，二期槽不大于1.0 m，导管之间间距不大于4.0 m，要求密封止水良好，内壁光滑，强度、刚度均满足要求。
5.4 混凝土浇筑
混凝土采用压球法开浇，浇筑前拟定浇筑计划，根据导管的布置和混凝土浇筑量，合理筹划浇筑细节、拔管程序。浇筑混凝土前，应用水泥浆湿润导管，头一仓混凝土要求足量，以便能埋住导管底部。混凝土浇筑开始后必须连续浇筑，浇筑至防渗墙底部钢筋骨架部位时下放慢灌注速度，适当加大混凝土塌落度，直至浇筑到防渗墙顶部。
5.4.1 浇筑过程控制
开始灌注混凝土时，导管底部距孔底的距离要保持在300～500 mm，导管埋入混凝土内的深度保持在2～6 m之间，以免泥浆进入导管内。
混凝土浇筑过程中加强对导管内混凝土面的量测；灌注过程中，使导管做幅度30 cm左右上下运动，以增加混凝土的流动性。混凝土浇筑过程中，要保持坍落度20 cm、扩散度36 cm左右。最后根据混凝土浇筑情况，填写浇筑记录，核对浇筑方量。
混凝土浇筑时，在槽孔口入口处随机取样，防渗墙混凝土按规范要求应按每个单元槽段留置一组抗压强度试件，每5个槽段留置一组抗渗试件。
5.4.2 防渗墙底及左右岸连接段注浆
本工程采用地质钻机钻孔，分别沿防渗墙轴线，左、右坝肩各40 m采用了自上而下分段卡塞灌浆法进行帷幕灌浆处理，灌浆至高程575.0 m，灌浆深度10 m，孔距2 m；主河槽防渗墙右岸底孔水闸及右岸挡水坝段，在闸坝基础范围内进行固结灌浆处理，灌浆深度6 m，灌浆后左右坝肩透水率达到了设计要求。
6 常见事故处理
6.1 漏浆、塌孔
造孔过程中，如遇大量漏浆，单孔采用回填粘土钻进处理，若遇少量漏浆，则采用加大泥浆黏度，投堵漏剂等处理。塌孔大部分情况也是因泥浆密度不够或槽段附近堆载造成的，因此要根据实际情况控制泥浆性能，避免在槽孔附近堆载或行使重型机械设备震动槽孔。
6.2 堵管
在混凝土浇筑过程中发现混凝土堵管，要分析原因，若因导管混凝土浇筑不畅，则用吊车将导管上下抖动，以加快混凝土流动速度，但要注意不能横向摆动，否则会把泥浆混入混凝土中造成夹层。
7 混凝土质量检验
本工程先后采用注（压）水试验、钻芯取样及“井间CT”检验来检验混凝土施工质量，钻芯取样重点在接头部位，通过样芯可以看出混凝土接头连续、密实。另外采用高密度电法“井间CT”检验，沿墙体轴线共布置11孔，孔距15 m，共10组。对混凝土质量检验结果表明混凝土的均匀性及密实性满足设计要求。
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1004-7042（2017）09-0005-02
王小彬（1965-）男，1988年毕业于太原工业大学农田水利工程专业，工程师。
2017-07-09；
2017-08-15
