某水库防渗墙的槽底基岩面判定及接头刷洗施工技术

高国亭

(民勤县水务局，甘肃 武威 733399)

1 工程概况

1.1 水库险情概况

该水库位于酒泉市瓜州县城以东约48km的疏勒河中游河段上。由于受建设时期的工程技术制约，水库建设存在一定的质量缺陷。虽经三次除险加固处理，但水库长期待病运行，库水位从未达到正常高水位1330.3m，所以没有得到充分发挥水库的蓄水效益。但是在2013年当水库在蓄水达到1330m时，1#副坝体和主坝右坝肩出现了严重渗漏。当水库蓄水达到1330.21m时坝体右坝肩测得渗流量为55.8/h[1]。这已经严重威胁到坝体的安全。同时水库一直在低水位运行严重限制了水库效益，因此，对该水库再次进行除险加固势在必行。

水库渗漏处理常见的处理措施就是修建防渗墙及帷幕灌浆。混凝土防渗墙的成槽施工就是混凝土防渗墙成败的关键，见岩和入岩深度是重中之重。目前国内混凝土防渗墙施工规范中槽底基岩面确定标准不明确，而且该水库工程防渗墙地质条件复杂，施工难度较高。同时浇筑成型的混凝土防渗墙在两个槽段接触处即为防渗墙接缝。混凝土防渗墙的接缝是防渗能力最薄弱的部位。接缝前的混凝土接头刷洗质量要求较高，但传统接头刷洗效果欠佳。

1.2 工程施工难点

该工程地层从上而下分别为砂卵石覆盖层、粘土心墙，防渗墙最后穿过浆砌石防渗齿墙深入基岩(片麻状花岗岩)，覆盖层下为浆砌石防渗齿墙，浆砌石胶结质量好，硬度较大，液压抓斗施工难度大，基岩面判断易引起误判[2]。基于水库险情具体情况，除险加固措施的实施越快越好，防渗墙的浇筑前提是槽孔开挖，根据施工设计要在两月内完成墙体的成槽及浇筑，因此工期特别紧张，槽孔开挖施工是本工程按期完工的重要制约因素。抓斗配置能满足施工工期要求，但因地层中含有较厚且坚硬的浆砌石防渗齿墙，抓斗难以正常快速抓取，严重制约工期。工程可能因防渗墙未坐落于新鲜基岩或者墙体连接质量不达标而导致防渗体系产生严重渗漏问题。针对上述情况，为保证本项目按期完工及解决施工难题，合理确定设计方案、槽孔开挖入岩标准、改进现有及传统的防渗墙成槽施工方法及接头刷洗方法。

2 槽孔开挖及基岩面判定

2.1 机械设备

本工程除险加固中混凝土防渗墙的槽孔开挖机械设备选择使用液压抓斗和冲击钻机。液压抓斗用来抓取岩面上部的泥土层和风化不坚硬的岩层，一旦抓斗挖不动，便使用冲击钻进行钻进开挖。

2.2 防渗墙成槽

液压抓斗挖不动岩石，因此在防渗墙槽孔开挖过程中，一旦抓斗开挖不动，说明已经开挖到岩面了，同时再对该基岩面进行确认是否确实开挖到达基岩面[3- 4]。使用测线法测定该段开挖深度，这是槽孔开挖的见岩面深度。槽孔开挖见岩后，使用液压抓斗和钻机配合开挖，首先使用钻机钻破岩层，再用抓斗抓取，直到开挖岩石深度达到设计要求便停止开挖。表1为各防渗墙钻机钻进速度分析表，表中包括防渗墙各槽号的开挖时间及深度等信息。由表1可见，开挖速度10～35cm/s，这是由岩石硬度决定的。

2.3 防渗墙槽孔要求

2.3.1槽孔开挖控制

图1 槽孔斜率示意图

如图1所示，槽孔的开挖控制主要包括开挖槽孔的斜率、槽孔深度、槽孔厚度和位置、槽孔入岩深度控制几方面[5- 10]。

(1)槽孔斜率

设计要求孔斜率不大于0.4%，特殊地层不得大于0.6%。采用相似三角形法进行计算孔斜率，相似三角形方法计算公式为：

(1)

式中，A—桅杆高度，即孔口至桅杆顶部距离，m，已知；H—钻孔深度，测绳测取，m，已知；D—孔口偏差，孔口测得，m，已知；X—未知数，通过上述公式计算出。

通过上述公式求出X后，孔斜率i即为：

(2)

(2)槽孔偏差

在测量槽孔偏差时可设置一个相对基点，使用立于槽孔开挖导墙面的钢筋作为基点。前后、左右均设置为20cm，然后每下缓慢下方斗体或钻具，每次下方距离不得超过6m，一旦下方距离过长，测量误差便加大。。

槽孔开挖过程中全程进行孔斜测量，若地质出现变化时采用加强测量次数的方法，一旦发现槽孔斜率出现变化，及时停止施工，直到将槽孔斜率处理好后在进行下一阶段槽孔开挖。槽孔全部开挖结束后必须按设计要求测量斜率。

(3)槽孔位置和厚度

开槽要准确就必须提前设置槽孔标桩，该操控标桩的中心线便是槽孔中心线，用它来检验防渗墙的中心线位置是否准确，设计要求的槽孔位移偏差为不大于3cm，并且槽宽要和墙体厚度保持一致。

(4)入岩深度

本工程槽孔开挖入岩深度使用具有刻度的测线来测定，其原理和重锤法一致，在测线端头连接一个测针。槽孔测量前必须要清理槽孔底部，不得残留岩土，以防止干扰测量数据。测量时将测针垂直下放到槽孔底部，再缓缓提升直至测线完全垂直，读取测线上的刻度值便是槽孔深度。槽孔挖入基岩面前的深度测量操作与前面一致。槽孔开挖的入岩深度就是槽孔的全部深度减去见岩面前的测量深度。

表1 防渗墙钻机钻进速度分析表

2.3.2孔底基岩鉴定

在槽孔开挖过程中，一旦抓斗出现抓不动现象，及时进行岩石取样及鉴定，及时确定岩面，避免出现槽孔开挖入岩深度不符合设计值。基岩鉴定必须结合工程当地的地质条件，包括覆盖层的岩性特点，综合做出判断，防止对鉴定出现误判，因为开挖过程中会出现较厚、大的块石。基于基岩鉴定的重要性，在接近基岩面时在多个部位采用钻芯取样法鉴定岩面[9，11- 12]，采用多个钻进深度进行比较，最浅不得小于6m。一旦槽孔深度接近设计值，连续鉴定岩样岩性并保存好岩样[13]，因此，施工中要严格控制基岩鉴定，各级技术人员应熟悉施工图纸、工程地质资料及先导孔钻孔成果资料。槽孔开挖后进行混凝土抢的浇筑，将符合标准的混凝土运至孔口位置，采用直升导管进行浇筑[14]。

3 新型接头孔刷洗施工技术

3.1 防渗墙接头孔刷洗的目的及意义

混凝土防渗墙的浇筑是多个槽孔浇筑形成的单个墙体组成的整体，因此单个墙体之间具有接缝，接缝处理关乎到整个防渗墙的防渗效果。如果墙头的接缝处渗漏量过大，一方面导致水流损失，一方面还会冲刷坝体填筑材料，危机大坝安全。因此混凝土接缝质量的控制是防渗工程成败的关键，接头刷洗的质量控制意义重大[15]。

3.2 防渗墙不良接缝产生原因

3.2.1接头刷洗不彻底

各段防渗墙体连接处刷洗不达标，若在接头处存在泥土夹层，墙体连接后便出现缝隙，造成渗流通道。同时，混凝土防渗墙建成后，下游水位下降，防渗墙接缝处的夹泥失水干缩，在缝内形成空隙、空洞成为漏水通道。

3.2.2防渗墙清孔换浆不合格或沉积过大

清孔换浆不合格，导致长时间浇筑过程中泥浆内泥沙沉淀较快，当泥沙聚集在接头部位混凝土无法顶托时，易造成接缝夹泥夹沙，形成渗水、漏水通道。当槽内沉淀大时，混凝土上升过程中将沉淀物掩埋在接头部位，形成不良接头。

3.2.3导管安设及浇筑过程不合格

导管离接头混凝土的距离应符合技术规范标准，当距离较大或较近时，造成混凝土上升不均匀，混凝土上部的沉淀流向低处接缝部位，造成夹渣形成漏水通道。浇筑过程中混凝土应均匀上升，混凝土各点高差应控制在技术规定的要求内，高差过大时，将同样造成混凝土上部的沉淀流向低处接缝部位，造成夹渣形成漏水通道。

3.3 接头刷传统处理方法及不足

国内防渗墙接头刷洗一般采用圆形钢丝刷进行接头刷洗，刷洗过程中采用吊车或冲击钻机钢丝绳吊起钢丝刷，依靠钢丝刷自重压力施加于混凝土接头上下活动钢丝刷进行接头刷洗。

此方法施工时需要配备一台吊车或冲击钻机进行，施工设备增加，且接头刷洗主要依靠钢丝刷自重的侧压力作用于接头壁上进行，因接头刷重量轻，侧压力小，刷洗效果相对较差。

3.4 新型接头刷洗技术研究

3.4.1设备选择

传统接头刷洗采用吊车或冲击钻机吊装刷洗工具进行刷洗施工，设备调度安排可能受其他施工工序的影响不能及时进行施工，造成停工延误，影响整个施工工期。如果增加设备投入，工程成本需要相应增加。

结合项目具体施工情况，经分析当槽段成槽完成后即安排抓斗刷洗接头，可避免其他设备的调度使用。因此需要对传统接头刷进行改进优化，将其安装于抓斗斗体上进行。

3.4.2接头刷改进优化

接头刷是专门针对采用抓斗进行接头刷洗的一项专用设备，其主要是通过改进，将接头刷固定于抓斗侧壁上进行刷洗施工。该工程防渗体槽段接头连接处使用抓斗进行刷洗，将钢丝刷使用螺丝固定在抓斗侧面进行刷洗。在进行接头刷洗作业时分段上下活动斗体进行接头刷洗，保证接头各处刷洗干净。改进后的接头刷如图2所示。

图2 接头钢丝刷示意图

3.5 接头刷洗优点

采用抓斗进行接头刷洗的施工，相比传统接头刷洗增加了接头刷洗的侧压力，提高了接头刷洗效果，保证了接头连接质量，减少了其他设备(如吊车、装载机)等的使用，节省了设备租赁及运行费用。成槽完成后即可进行施工，节省了其他设备调用时间，缩短了施工工期。因此，通过新型接头刷洗技术的研究，不仅提高了施工质量，缩短了施工工期，并对其他工程项目防渗墙接头刷洗具有很好的借鉴意义，推广前景广阔。

4 结语

混凝土防渗墙体入岩控制与墙体槽段间连接直接关乎到水库的防渗效益，混凝土防渗墙准确深入岩石基面，并保证入岩深度是混凝土防渗墙防渗体系成败的关键一步。本工程综合运用抓斗和冲击钻机准确判断出了槽孔基岩面并保证了设计要求的入岩深度，但是该工序施工较为繁琐，需要施工人员具有较强的施工经验。同时使用的新型防渗墙接头刷洗技术效果显著且易于操作。防渗墙槽底基岩面的判定及新型接头刷洗施工技术在该水库的险情处理中的实践应用是成功的，同时这种技术的成功应用对防渗墙施工具有借鉴意义。