超厚抛石层中塑性混凝土防渗墙施工技术

◎ 陈曦 中交一航局第二工程有限公司

1.工程概况

霞浦核电示范快堆海工工程Ⅲ标段位于福建省霞浦县长春镇长表岛。取水口防渗墙总长度1343m，排水口防渗墙总长度345.4m。防渗墙墙厚0.8m，墙底标高-30.7～-42m，墙顶标高+5.0m。防渗墙成孔需穿透抛石层厚40m，防渗墙底部要求进入弱透水层≥2m。

本工程设计高水位：3.18m；设计低水位：-2.80m，最大潮差6m。

2.工程特点、难点分析

2.1 抛石层厚、成槽难度大，易漏浆、塌孔

本工程塑性混凝土防渗墙布置在已建的防波堤堤身上，防波堤采用爆炸挤淤填石而成，抛石层厚40m，回填石料规格为1～500kg开山石，抗压强度＞30MPa，部分石料粒径较大，成槽难度大，易漏浆、塌孔。

2.2 塑性混凝土技术要求高

本工程塑性防渗墙厚0.8m，墙高35～45m，围堰内抽水后内外水头差达16m，要求适应变形量大。具体参数如下：弹性模量：E≤800MPa；抗压强度P≥1.0MPa，且≤2.5MPa；渗透系数：K≤3×10-7cm/s。

针对上述施工难点，工程实施过程中采取以下技术措施解决了工程上的难点：（1）优化成槽工艺技术，漏浆、塌孔问题得到了有效控制；（2）优化塑性混凝土配合比，达到了塑性混凝土技术指标要求。

3.超厚抛石层中的塑性防渗墙施工工艺

3.1 施工设备

本工程防渗墙地质构成主要为防波堤堤中的块石，底部进入粉质粘土层。根据地质情况成槽设备选用了CZ-6型冲击钻机，采用“钻劈法”造孔成槽，该法对地层适应性好，在深厚覆盖层防渗墙施工中被广泛应用。

3.2 成槽施工工艺

防渗墙成槽工艺：导墙施工→划分槽段→主孔钻进→回填粘土→劈打副孔→处理小墙→修整槽壁→终孔验收。

3.2.1 施工前准备

防渗墙成槽施工前先施工导墙和作业平台、泥浆沟等辅助工程。将混凝土防渗墙按照成孔工艺和设备工作宽度划分施工槽段，分先后顺序间隔造孔挖槽、浇筑墙体混凝土。其中先施工的为Ⅰ期槽孔，后施工为Ⅱ期槽孔。本工程每个单元槽段由3个主孔和2个副孔组成，主、副孔相间布置。Ⅰ期槽孔由3个主孔（孔径0.8m）和2个副孔（孔长1.8m）组成，槽段长6.0m；Ⅱ期槽孔由3个主孔（孔径0.8m）和2个副孔（孔长2.2m）组成，槽段长6.8m。其中Ⅰ期槽孔两个边主孔作为Ⅰ、Ⅱ期槽接头孔施工。3.2.2成槽施工

成槽施工按照施工前划分好的槽段，依照施工顺序进行。

成槽方法是先采用冲击钻机钻凿主孔至终孔，然后使用冲击钻劈打副孔；劈打副孔时，在相邻的两个主孔中布置抽渣筒接出大部分钻渣。由于清渣成槽时应及时补浆，防止塌方，泥浆液面应始终保持在导墙顶面以下300～500mm范围内。

由于在副孔施工时有部分钻渣落入到已终孔的主孔内，为保证槽段成孔质量，需要重复钻凿主孔至终孔标高。成槽施工中，钻凿主孔和副孔均采用抽筒渣出渣。在单元槽段主、副孔施工完成后，由于主副孔间间隙，槽段中会残留一部分“小墙”，处理这部分“小墙”需要找准位置，移动钻机重复钻凿把其清除干净。施工过程中，应及时测量槽孔深度、垂直度，经过反复钻凿，单元槽段的宽度、深度和垂直度可达到设计要求。

漏浆、塌孔处理：由于本工程是在爆炸挤淤形成的抛石堤上成槽，回填料为1～500kg块石，块石间空隙率大，同时受潮汐影响，潮差最大达6m，外部水压力变化大，施工中出现严重漏浆的现象，造成槽壁失稳，槽孔坍塌。针对这一问题，施工中采取以下措施：① 加大泥浆比重，增加膨润土造浆，平衡内外压力差；② 采用向孔内回填黏土、碎石、锯末等，冲击钻间断、反复冲击的方法，利用回填料封闭块石的缝隙；严重塌孔时，可采取浇筑塑性混凝土后重新成槽，但是费用较高。

3.2.3 防渗墙槽孔清孔

（1）槽孔清孔。单位槽段成槽完成后进行清孔换浆，本工程清孔采用抽渣筒出渣法。用钻机吊抽渣筒沉入槽孔底部后再提出，将抽渣筒内泥浆倒入排浆沟，利用泥浆清除钻渣，同时向槽内补充新鲜泥浆，换浆量约为槽孔内泥浆总量的1/3。

（2）接头清理。由于Ⅰ、Ⅱ期施工时间不同，所以Ⅰ、Ⅱ期槽间存在接头。因此先行施工完毕的防渗墙接头浸没在泥浆中，Ⅰ、Ⅱ期连续墙接头的表面就会粘上杂物，在浇筑混凝土前必须清洗干净。接头采用接头刷清洗的方法，接头刷用废旧十字钻头或工字钻头加工而成，周围绑扎散状钢丝刷。移动钻机紧贴Ⅰ期槽段的接头部位，将接头刷吊住放入槽段内，上下拉刷，清洗合格标准为：接头刷上不带泥屑、孔底淤积不再增加。

3.2.4 塑性混凝土浇筑

塑性混凝土采用水下浇筑法，浇筑导管采用Φ300mm无缝钢导管，导管下放和拆卸导管采用砼浇注架。浇灌混凝土过程中埋管深度保持在1.0～6.0m，严禁将灌混凝土导管底提出混凝土面。混凝土面高差控制在0.5m以下，浇注结束时防渗墙顶砼面要满足设计高程，墙顶高程为+5.0m。

4.塑性混凝土配合比

目前塑性混凝土作为防渗墙材料使用，已经应用很广泛了。塑性混凝土由于掺入了膨润土、粘土、粉煤灰等材料，从而使其强度大大降低，塑性变大，能更好地适应地基变形，提高了防渗墙的抗渗性能。本工程根据塑性混凝土的强度、弹性模量、渗透系数等指标，结合工程当地原材料供应情况，对塑性混凝土经济技术指标进行分析，通过塑性混凝土配合比试验，解决塑性混凝土配比问题。

表1 塑性混凝土配合比试配方案

表2 塑性混凝土试配试验指标

4.1 主要原材料选择

根据相关水利工程类似经验，防渗墙混凝土原材料可选用黏土、膨润土、石粉、粉煤灰与水泥，或膨润土、砂、碎石与水泥等。针对项目所在地材料情况进行了考察，最终选择水泥、砂、碎石及膨润土等作为原材料的方案。

（1）水泥：水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，其主要指标符合国家标准。

（2）细骨料：中砂，选用天然河沙。

（3）粗骨料：粗骨料最大粒径为10mm的小碎石；表观密度≥2550kg/m3；泥块含量0%；含泥量≤1%；吸水率≤2.5%；针片状颗粒含量≤15%；超径≤5%；逊径≤10%。

（4）膨润土：选用钙质膨润土。其界限含水量：WL为66.1%，WP为25.6%，IP为40.5；含水率3.2%；比重2.72；粘粒含量0.075～0.005的为50.7mm；粘粒含量＜0.005的为39.9mm。

4.2 配合比试验

根据选用的原材料，委托试验室进行了配备比试验。试配方案和试验配合比指标分别见表1和表2。

根据表2可看出：对比配合比N-1、N-2 、N-3这3种方案，N-1方案的塑性混凝土滲透系数最小，防渗效果好，因此选用N-1方案作为施工配合比使用。

为保证塑性混凝土施工质量，通过现场施工取样，对塑性混凝土渗透系数、抗压强度、弹性模量等指标进行试验，试验结果均能满足设计要求。

5.结束语

综上所述，针对超厚抛石层地质条件、漏失性严重的地层进行防渗墙施工时，可采用“钻劈法”钻孔成槽施工方法。在施工过程中边冲击、边回填粘土等材料，挤压密实块石间缝隙，稳固孔壁，解决了严重漏浆、塌孔问题，为类似工程提供了很好的借鉴经验。