复杂地层混凝土防渗墙施工工艺及质控措施

唐庆东

中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司 四川 温江 611130

引言

防渗墙是一种普遍用于基础防渗适应各类地层、施工简便、防渗效果优异的防渗施工方法，于20世纪50年代初被应用于工程领域。在经过几十年的发展后，防渗墙的施工工艺已相对完善，适用范围也不断拓展，即使在复杂地层，防渗墙也能起到较好的防渗加固效果。于工程中使用混凝土防渗墙技术时，是在松散的透水地基或土石坝坝体中连续造孔成槽，同时以泥浆固壁，防止孔壁坍塌，最后用导管在注满泥浆的槽孔中浇筑混凝土并置换出泥浆，筑成墙体，达到加固地基、防护大坝的目的。下面结合实际，对混凝土防渗墙在复杂地层中的应用做具体分析[1]。

1 概述

防渗墙目前作为一种主要的防渗施工形式，用途广泛，覆盖层及土石围堰等有防渗压力的防渗处理一般首选防渗墙，在水电站工程中主要用于土石围堰、坝基、基坑边坡防渗防护。目前水电站建设工程多处于深山峡谷中，两岸崩坡堆积较厚，河床覆盖层多以含孤、漂石的卵、砾石层为主，防渗墙施工势必会遇到一系列复杂特殊地层等原因导致的技术难题，施工难度大；透水性强，漂石、孤石架空地层在施工中极易出现大漏失甚至基岩误判等情况，对防渗墙成孔质量影响极大。

2 复杂地层混凝土防渗墙施工工艺

2.1 导墙与施工平台施工

施工前，先根据施工要求设置施工平台与导墙，为后续的施工提供便利。

设置导墙时，导墙中心线与防渗墙中心线一致，通过导墙可对防渗墙的平面位置进行检测与确定。设置导墙时，导墙的结构形式与断面尺寸应根据地质条件、施工方法、施工荷载及槽孔深度等因素确定。导向槽的深度通常在1.5m～2.0m左右，导墙可用混凝土制造[1]。施工平台要有一定的承重能力，能够承担防渗墙施工设备的重量，在施工过程中不会出现变形、坍塌等问题。施工平台的高程要根据地下水位高度、防渗墙设计顶部高程等确定，应高于施工期最高地下水位2m以上[2]。施工平台应回填碾压密实，与施工平台相配套的临时道路要便于运输材料，且道路时常保持畅通无阻。

2.2 造孔成槽施工

施工时，可根据工程地质条件等选择合适的施工方法。冲击式钻机造孔成槽法，是在施工中利用冲击钻将地层反复冲击劈打，待主孔、副孔成孔施工完成后，再用冲击钻头压打主、副孔之间的小墙，小墙找净后，最终成槽；冲击式钻机造孔成槽法适用性强在各种地层均可施工，松散回填层、孤漂卵石层等造孔施工中易出现特殊情况的地层宜选用该施工方法。两钻一抓法成槽，具体来说是使用冲击钻机钻凿主孔，用抓斗抓取副孔，将机械的优势充分发挥出来，有效提高施工速度[3]；该施工方法适用于孔深40m以内，地层较为密实的覆盖层，粒径较小的砂卵砾石层等地质条件较好地段。

复杂地层条件下防渗墙施工一般优先选用冲击钻机采用“钻劈法”结合“平行钻进法”施工；根据防渗墙设计深度和厚度等参数，选用防渗墙适用的凿孔冲击钻机型号，接头孔施工采用优先选用“接头管法”，既能节约接头孔施工时间，同时节约混凝土材料；槽孔泥沙置换优先采用抽桶抽浆配合泥浆净化机进行清渣，能有效提高清孔质量并加快清渣进度。

在复杂地层造孔成槽，需注意以下几点：在粉细砂层中用冲击钻机冲击造孔时，容易出现局部孔径较大问题，为避免出现这一问题，可在钻进的过程中采用“平行钻进法”施工，向孔内投放加有石块的黏土，利用黏土减缓流砂速度与钻进速度，使工作人员能更好地控制孔径；同时向钻孔中投加黏土和石块，进行反复的冲击挤压，也能预防出现塌孔、漏浆等问题。在遇较大的飘石、孤石需开展爆破作业时要做好安全防护工作，根据地层情况和飘石、孤石直径，选用“聚能爆破法”或“钻爆法”进行孔内水下爆破，根据选用的爆破方法和实际地层情况计算炸药用量，并选择最合理、最安全的爆破点规范爆破，以免前后的施工都受到影响；在进行孔内爆破时，所有施工人员都需撤离到安全位置，并遮盖孔口，保证槽孔护壁浆液质量，以免孔壁被震塌。挖孔达到设计深度后，组织人员对孔底做全面清理，将孔底沉渣、淤泥、杂物等彻底清除，为后续的施工打好基础。

2.3 验孔

槽段连续性检查采用“拖槽”方式，拖槽时将钻头放至孔底，然后将钻头上提50～100cm进行。拖槽时必须由槽孔的一端向另一端单向进行，不允许钻机从两端向中间“接力”，拖槽必须由项目决策层有丰富经验的人在场监督把关；接头孔孔斜必须专门进行测量并记录，以确定二期槽施工时候套打接头孔的开孔位置，若采用接头管方式，则还可以为接头管下设提供指导；二期槽浇筑前接头必须按规范要求刷洗；确保合格无误后报请现场监理工程师进行验收[4]。

2.4 墙体混凝土浇筑

墙体混凝土浇筑是混凝土防渗墙施工中的一道关键工序，混凝土浇筑质量对整个混凝土防渗墙都有很大影响，因此在进行这部分施工时必须科学设计，有序组织、认真准备、严格控制，以确保墙体混凝土浇筑质量达标。墙体混凝土浇筑施工工艺包括钢筋笼的制作、运输与下设，混凝土浇筑导管的配置与组合及混凝土浇筑[5]。

2.4.1 钢筋笼施工。制作钢筋笼时，采用焊接的方式将钢筋进行焊接，并根据防渗墙的设计厚度确定钢筋笼宽度。钢筋笼的外形尺寸应按照槽段的接头形式、长度等进行确定，为防止钢筋笼在运输及下放等环节受到损坏，要为钢筋笼设置保护层，且保护层厚度不小于8cm。钢筋笼制作完成后根据施工设计对钢筋笼的主筋间距、加强筋间距、箍筋间距及钢筋笼弯曲度、长度等进行测定，确保其不超过最大允许误差。运输钢筋笼时，尽量选择最近、最平直的运输路线，且用专用车辆运输，运输过程中加强防护，防止钢筋笼扭曲变形。

下设钢筋笼前，先对槽孔进行验收，经验收确保槽孔尺寸、长度等无误后，使用“钢筋探笼”进行下设试验，如探笼下设不顺立即对槽孔进行处理，再次确保槽孔的尺寸和深度无误钢筋笼能顺利下设到位后，将钢筋笼运输到槽孔附近并采用吊车将钢筋笼起吊至槽口。起吊到一定高度后，对钢筋笼的位置进行调整，使其对准孔位，之后将钢筋笼缓缓下入槽孔。钢筋笼入槽的过程中如果遇到障碍物，或者是钢筋笼碰到槽边沿，就应操作吊车重新提起钢筋笼，将障碍消除后在对准孔位缓缓下放。

2.4.2 浇筑导管的配置。配置与组合混凝土浇筑导管时，以《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》（SL 174-96）中有关规定为依据，并结合槽段的实际划分情况来科学配置，合理组合导管，使导管适用于工程。新购置和使用时间较长的混凝土浇筑导管必须在使用前进行水压密封试验，密封性能满足要求的才能使用；导管下设时必须逐节检查密封件是否老化失效，导管连接必须保证连接的松紧程度不能太松也不能太紧；槽段浇筑导管配置数量和导管间的间距以规范要求为准；导管埋深一般按最小埋深不小于2m控制，最大埋深参照规范要求，但不超过8m；导管起拔后各导管底部高程相差不能太大。

2.4.3 混凝土浇筑。浇筑墙体混凝土时，采用水下直升导管法。在浇筑每个槽段前，应根据工程实际情况科学设计浇筑方案，根据槽段深度和防渗墙厚度确定混凝土浇筑量、浇筑速度、浇筑顺序，并组织浇筑人员进行学习掌握；同时根据槽段长度、防渗墙厚度设计《混凝土理论上升高度速查表》下发值班技术人员，以便现场记录和控制浇筑过程。混凝土浇筑时应全过程录像作为备查资料，由值班技术人员全程监控浇筑过程。开始浇筑时，可在导管内放入一直径比导管内径略小且能被泥浆浮起的球体作为管塞，以便将最初进入导管中的混凝土和管内的泥浆隔离开来。浇筑过程中应根据来料情况测量混凝土上升情况并参照《混凝土理论上升高度速查表》判定混凝土上升是否异常；若混凝土实际上升高度超过理论上升高度（以下简称异常上升），则必须迅速上报技术负责人，由技术负责人根据情况决定处理方案；若异常上升超过20%，则需立即停止浇筑，报技术负责人决定处理方案。混凝土浇筑全过程采用摄像记录，混凝土浇筑前当班电工需要将摄像设备安装到位并保证其正常运行。槽段浇筑完成后由值班技术人员将摄像资料拷贝交由资料人员整理归档备查。

混凝土浇筑施工中有以下要点需注意：导管埋深需合理，按照有关规定，导管埋深要大于1.0m；浇筑速度要合理，根据相关规定，槽孔内混凝土面的上升速度应大于2m/h；浇筑中断时间不能过长，从理论上来说，混凝土要持续、匀速浇筑，但如果在具体的施工活动中因一些不可控因素造成浇筑中断，则应尽可能缩短中断时间，使混凝土浇筑间隔时间小于40min。

3 复杂地层混凝土防渗墙施工质量问题与质控措施

3.1 质量问题

复杂地层混凝土防渗墙施工中容易出现以下质量问题：槽段漏浆、管涌、坍塌等；槽段孔斜不满足要求；基岩面鉴定不准确；清孔验收不合格；终孔验收不合格；混凝土浇筑不满足要求。深入研究可知，导致以上问题出现的原因较多，如培训交底不到位，技术工人水平低，钻机选型不合理，测量仪器存在问题，人员操作不规范等。除这些原因外，还有两大要因：补充勘探孔不满足地层判断要求与地质条件不满足施工要求[6]。

3.2 质控措施

针对以上质量问题与问题产生原因，提出以下质控建议：

一是加密补充勘探孔数量并增加勘探孔孔深。由于设计推测地层情况与实际有出入，为了最大限度地减少漂卵石地层对于防渗墙施工的影响，精确掌握现场孤石、漂石地层范围及厚度等实际情况，对现场情况进行了整理和分析，最终确定加密补充勘探孔数量并增加勘探孔孔深，以保证地层判断准确率避免因孔底大直径孤漂石造成的基岩线误判导致的防渗墙质量隐患。选用XY-2地质回旋钻机进行补充勘探孔钻孔，孔径为91mm，孔深加深至入岩10m。避免因孔底大直径的孤漂石可能造成的基岩线误判。

二是减少漂石、孤石地层的影响。由于漂石、孤石地层范围处于防渗墙底部，漂、孤石较大易造成防渗墙施工孔斜过大，漂石、孤石地层处理不及时增加施工难度并导致工期延长影响槽孔安全易出现漏浆、塌孔等事故对防渗墙成槽质量和安全构成严重影响。针对此，应对勘明的影响防渗墙造孔施工的大粒径孤漂石进行爆破处理以及预回填护壁堵漏处理措施，并在防渗墙造孔过程中增加过程孔斜校核。以最大程度的减少漂卵石地层的影响，保证槽孔造孔施工进度、安全和成槽质量。

三是加强施工过程控制。混凝土防渗墙施工过程中，严格对各工序质量进行控制，确保各工序质量达标，不存在质量隐患。做好各工序衔接，施工期间树立高度的质量意识，认真检查执行“三检制”度等，定时检查槽孔钻孔孔斜，槽内泥浆高度等情况，定时进行孔斜抽查，孔斜（特别是接头孔）严重超标的要及时采取纠偏措施进行纠偏处理，确保成槽施工各环节不存在质量缺陷。根据设计要求或确定的混凝土指标，委托专业单位进行混凝土配合比试验，确保材料性能质量达标；根据防渗墙参数正确选择混凝土拌制系统，保证足够的小时生产强度，同时要有必要的备用手段保证混凝土浇筑的连续性，符合工程施工要求。

4 结束语

综上所述，防渗墙是一种工程施工中常用的地下防渗处理技术措施，其以简便的施工方式和良好的防渗效果在各类水利水电工程中得到广泛的运用。防渗墙施工中常遇松散回填层、漂石、孤石含量比重大的深孔漏失层等特殊地层，此类地层在施工中容易出现塌孔、塌槽、管涌事故和地质误判造成的质量事故。针对此，本文结合实践经验，总结出一套适用的施工方法，并提出了几项具体的质控措施，希望能为相关实践工作的开展提供些许理论参考。