塑性混凝土防渗墙在察尔森水库除险加固中的应用

刘玉才，滕忠雪，张 晓

（1.兴安水文勘测局，内蒙古乌兰浩特137400；2.察尔森水库管理局，内蒙古乌兰浩特137400；3.兴安盟水务投资集团有限责任公司，内蒙古乌兰浩特137400）

1 概述

察尔森水库大坝是典型的壤土心墙坝，坝基岩土层结构较复杂，它的综合防渗体系由心墙壤土截水槽、补救前后的混凝土防渗墙、坝基帷幕灌浆和作为天然铺盖的坝基冰碛层组成，空间分布厚度差别较大，防渗体系不完整。由于建设时受施工设备、施工条件限制及运行年限之久，大坝坝基渗漏严重。此次除险加固中在桩号0+150.00～0+815.00 m（长665.00 m）和桩号1+222.00～1+470.00 m（长248.00 m）采用C20 混凝土防渗墙，在坝轴线下游侧1.00 m 处布设防渗墙中心线，设计厚度为0.60 m，防渗墙顶高程为340.00 m，其上回填塑性混凝土至高程370.00 m，坝顶高程为371.50 m。防渗墙底部深入弱风化岩0.50 m，根据工程地质情况，防渗墙最大设计深度为27.00 m。

2 防渗墙总体施工措施及施工流程

塑性混凝土作为一种抗渗性能好、适应软基变形能力强、工程造价低、施工简单，在大中型水利工程及病险水库加固作为防渗材料应用广泛。塑性混凝土防渗墙造孔采用液压抓斗“三抓成槽法”，优质膨润土泥浆护壁，抽桶法清洗换浆，一、二期槽孔接头采用“接头管法”处理，泥浆下导管浇筑塑性混凝土。混凝土防渗墙施工流程图见图1。

图1 混凝土防渗墙施工流程图

3 施工中防渗墙质量控制

3.1 成槽质量控制

3.1.1 导向槽的修建

混凝土导向槽作为一种临时建筑物，沿防渗墙轴线布设在槽孔上方，用于支撑上部孔壁[1]。导向槽的净宽为0.70 m，略大于防渗墙成槽宽度（0.60 m），高1.00 m、宽0.80 m，长度为防渗墙施工的长度。主要承重力为拔管机的重力及施工时的压力。

3.1.2 成槽质量控制

成槽施工时，砂砾石层、粘土层、粘土质砾层及全风化层采用徐工XG450D 成槽机“三抓成槽法”的施工工艺；强风化层和弱风化层基岩采用CZ-8 冲击钻进。“三抓成槽法”即在6.80 m 的槽段施工中，为保证抓斗两侧受力均衡先抓取左右两侧2.80 m 的主孔，再抓取中间1.20 m 的副孔。在造孔过程中，为确保成槽质量防止孔壁坍塌，采用新鲜膨润土泥浆固壁措施。

成槽中质量控制要点：

1）在成槽机就位后，抓斗靠自身重力自行下放导墙内，禁止强推造成导墙破坏、槽孔不满足精度要求。

2）抓斗挖土过程中，在导墙附近时要上下均匀缓慢进出，防止由于泥浆的波动冲刷导向基础砂砾石层，造成孔壁坍塌。

3）在成槽过程中，为避免槽底淤积及保证混凝土质量要持续补充新鲜泥浆，同时保证泥浆液面控制在地下水位0.50 m 以下，且不低于导墙顶高程0.30 m。

4）成槽机施工时，悬挂抓斗吊绳控制垂直张紧状态，槽孔中心偏差保证在3 cm 内，孔斜率保证在0.4%内[8]。

3.2 防渗墙混凝土浇筑质量控制

槽孔内塑性混凝土浇筑直接影响防渗墙成墙连续性及槽段接头质量的好坏，因而施工中要严格控制塑性混凝土浇筑质量。混凝土浇筑采用罐车运输至坝顶浇筑口，浇筑时每槽段安设2 套导管连接1.50 m3的进料斗，料斗与导管接口处用1块钢板封住，导管底端埋入混凝土内。混凝土运输车将熟料倒入2个斗后，同时将封口钢板打开，混凝土沿导管下到底部托着泥浆上行，从而形成防渗墙。

塑性混凝土浇筑质量控制要点：

1）混凝土浇筑保证必须连续性，控制中断时间在40 min 以内，保证混凝土浇筑速度不小于2 m/h，以免因为浇筑时间过长引起塌落度损失及堵管事故[2]。

2）为避免混凝土出现冷缝，水平夹泥层导管埋深控制在2.00～6.00 m 范围内。

3）为控制终浇高程混凝土质量，浇筑时应保证终浇高程高于设计高程0.5 m 以上，再将高出部分混有泥渣的不合格混凝土凿除[3-5]。

3.3 防渗墙接头处理

防渗墙接头采用“接头管法”，在一期槽孔清孔验收合格后混凝土浇筑前，利用吊车把接头管下到槽孔两端，做好固定后浇筑混凝土，待混凝土达到初凝后利用拔管机拔出，从而在槽段之间混凝土防渗墙形成U型连接口，继而保证混凝土防渗墙浇筑后形成统一的整体[6]。“接头管法”优点是形成的U型连接口不仅能延长渗径提高墙体抗渗性能，而且免去重复钻孔工作量，在提高施工进度的同时节约混凝土材料用量，从而节约工程资金[7]。

4 施工时特殊情况处理

在现场成墙实验中，上部砂砾石层注浆后浆液渗漏严重，无法达到护壁效果，砂砾石层出现塌坡，使混凝土导向槽呈简支梁状态，承载能力降低，不仅影响后期拔管机施工，延后施工进度，同时渗浆量较大影响回填坝坡的稳定性，对工程安全造成严重隐患。

4.1 造孔中坍塌原因分析

1）砂砾石层较松散，细颗粒含量较低，防渗效果较差。

2）成槽机造孔时，频繁经过顶部砂砾石层对孔壁造成冲刷，且砂砾石层密实度较低。

3）施工时，由于受导墙高度的限制，抓斗反复升降，容易引起泥浆上下波动，造成对导墙基础的冲刷。

4.2 处理措施

1）增加木屑和黏土。注浆后，在槽孔处人工添加木屑、机械添加粘土，然后用成槽机搅拌。

2）提高泥浆黏度。在原设计膨润土泥浆性能指标基础上，增加膨润土掺量，提高黏度。

3）防渗墙成槽期间，为减少震动对槽壁的影响，重型机械不允许在槽孔范围内施工，对容易产生塌孔的粘土心墙上部的砂砾石层，抓斗施工时慢提与慢放，防止抓斗过快提升及泥浆波动对槽壁的影响[8]。

4）综合考虑大坝安全、工程量及工期，推倒现有导墙深挖重建不现实，所以采用花管预灌浆固壁的方法处理，灌浆深度为6.00 m。

5 混凝土防渗墙质量控制实施效果

5.1 成墙后质量检测

防渗墙成墙28 d 后，委托相关单位采用无损检测法对察尔森水库新建混凝土防渗墙进行质量检测。

5.1.1 防渗墙混凝土密实度、连续性、强度检测方法

1）地震映像法能检测墙体密实度的变化、是否存在断墙及厚度内缩等缺陷。如果墙体浇筑的密实度不均匀，地震波的形态会发生改变；如果厚度内缩，会有反射波同相轴出现。此方法能发现密实度细微的变化，但不能检测出墙体的连续性。

2）高密度电法，可以用来判断防渗墙墙体是否连续。此方法根据电阻率的等值断面图反应的电阻率是否连续，从而判断墙体是否连续。

3）面波勘探，此方法是用测量墙体的纵波波速来判断混凝土的强度。一般纵波波速越高表明混凝土强度越高。

5.1.2 物探质量检测结论分析

地震映像成果图上部有不连续较窄的散射波速，是由于塑性混凝土之上的土层不均性导致地震波变异，墙体深部未发现异常较宽波速，证明防渗墙密实度均匀性较好。电阻率的等值线图在防渗墙范围内电阻率值没有低阻区，说明墙体连续性较好。墙体纵波波速图上下部波速分别为1.5~1.7，2.5~2.9 km/s，均为正常混凝土波速，判断墙体强度达到要求。由此可判断新建混凝土防渗墙墙体不存在缺陷，墙体连续、强度正常。

5.2 施工前后防渗效果分析

因为加固后，2017 年库水位平均在349.93 m，因此选取与加固后库水位相近的2003，2007，2008，2011，2015年加固前防渗墙后马道处的测压管水位进行分析，选取断面分别为桩号0+274 m的3断面、桩号0+390 m的4断面、桩号0+705 m的6断面、桩号1+242 m的9断面、桩号1+474 m 的10断面，马道处坝基承压水加固前后消减率见表1。

1+474 m（10断面）马道处基础测压管水位加固前后都很低，加固前后平均分别为334.6，335.23 m，地面高程约335.67 m，均在坝体基础沙砾层内，说明该部位坝基无承压水。

从表1 可看出，基础加固后防渗体系起到一定的防渗消减作用，防渗效果较好。

表1 马道处坝基承压水加固前后对比表

6 结语

混凝土防渗墙是水库大坝除险加固工程一种主要的防渗加固措施，在施工中要严格按照设计标准及规程规范控制施工质量，从而达到良好的施工效果。察尔森水库除险加固工程防渗墙施工具体工程案例，说明防渗墙施工要取得良好防渗效果不仅需要先进的施工技术，而且需要严格控制施工质量，才能更好地发挥水库大坝工程效益，同时此实际工程案例也可为以后同类施工提供参考。