超薄型混凝土防渗墙施工技术在水闸工程的应用

刘 江

(山东东泰建工集团有限公司，山东 临沂 276000)

混凝土防渗墙施工技术施工简便、结构可靠、防渗效果好，同时造价适宜，是我国水利工程防渗处理首选技术方案[1]。但超薄型混凝土防渗墙施工在国内无成熟技术可循，迫切需要在理论、技术和装备方面进行创新[2]。针对超薄型混凝土防渗墙厚度小深度大、成槽难度大易塌孔、设备布置密集、施工作业面狭窄等挑战，编制切实可行、便于实际操作的施工方案是十分有必要的[3]。在施工过程中，严格对每个槽段的成槽及预埋管下设、造孔、清孔验收、混凝土浇筑质量等环节层层把关，现场实行24h旁站作业，保证超薄型混凝土防渗墙施工安全、质量和进度[4]。超薄型混凝土防渗墙施工包括了研发超薄型混凝土防渗墙槽孔固壁技术，开发新型防渗墙正电胶固壁泥浆，研制大体积泥浆自动搅拌系统，并能形成超薄型混凝土防渗墙槽孔清孔换浆、泥浆下混凝土浇筑和防渗墙内预埋灌浆管等技术[5]。

1 工程概况

2 超薄型混凝土防渗墙施工技术

依据工程地质条件及防渗墙结构布置形式，并结合实际施工环境，决定采用钻机施工接头孔以及导孔，并采用液压抓斗进行挖槽的方案进行施工，槽段则采用接头孔进行相嵌的形式予以有效连接。

2.1 防渗墙施工流程

具体施工工艺流程如图1所示。

图1 超薄型混凝土防渗墙施工工艺流程图

2.2 泥浆制备

泥浆在防渗墙的施工中起着十分关键的作用，泥浆质量和供应对防渗墙挖槽进度、槽壁稳定有重要影响。在施工区砂层厚的位置，泥浆的各项参数须科学合理，否则会造成塌槽和泥浆漏失的情况。

本次泥浆主要由膨润土、烧碱、CMC制作。其中黏粒含量>50%，塑性指数>20，含砂量<5%，二氧化硅和三氧化二铝的实际含量比3～4。制做泥浆用水可直接从漂流内抽取，若存在杂质，则需沉淀后再使用。值得注意的是，在制浆前应当对膨润土进行取样、实验、物理分析，必要时还应当进行专门的化学分析及岩矿鉴定工作。膨润土的搅拌流程应在泥浆池保存24h以上再进行，以确保其充分水化。泥浆制浆液应达到以下的标准，具体见表1。对新制作、回收利用及浇筑前槽的泥浆均应进行指标测定，检测其泥浆黏度、相对密度、含砂率。

表1 泥浆性能指标

2.3 导墙施工

在防渗墙的施工过程中，导墙是主要施工控制环节，导墙采用“┐┌”形的形式，导墙结构剖面如图2所示，此结构能够降低土方的开采工作量，并且能够一次性浇筑完成，进而提高施工速度。

图2 导墙结构剖面图

2.4 槽段接头施工

槽段分段的接头是围封中薄弱部位，处理不当易发生渗水。防渗墙应选择合理的接头形式，以确保后续的施工顺利。此工程的槽段接头运用的是“接头管”的形式，使用Ø330的焊接管，分为2节，每节长度为14m，然后依据防渗墙的实际深度和砂层情况，在挖槽前便开始接头孔的施工，使用钻机钻接头孔，然后是挖槽导向孔，使用钻孔的孔径为Ø300，等到成槽后使用振动锤把接头管送到设计的深度位置。钻孔直径应小于接头管直径，确保接头管和土体紧密接触，进而避免在混凝土浇筑时出现混凝土流进接头管和孔壁。接头管完全振入后，每槽段的混凝土浇注量为60m3，浇注时间控制在2～3h间，浇注1.5～2h时接头管应进行振拔，然后每约30min左右进行一次振拔，直到终凝后再完全拔出。此外，每次的振拔时间以及拔出的高度应当依据浇注的时间和高度，还有混凝土的初凝时间和终凝时间来确定。

2.5 成槽施工

成槽在防渗墙施工中十分重要。此工程采用“两钻一抓”的方法进行施工，使用履带式液压抓斗对防渗墙的槽体进行施工，抓斗厚为300mm。首先对防渗墙的单元槽进行段落的划分，然后再进行挖槽施工，施工时按照划分的顺序跳槽开挖，即先施划分为奇数的槽段，然后再施工偶数的槽段，奇数和偶数的槽间运用接头管进行施工。奇数槽施工形成槽后，在接头孔的部位把接头管送到原接头钻孔的深度区域。施工之前把泥浆送入导向槽中，确保泥浆面处于导墙面下30～50cm内，在抓槽进行施工时应沿导墙进行开挖，并利用液压抓斗的导向杆来对抓斗垂直度进行有效的控制和调整，由此来保证槽孔的孔壁垂直度，确保槽孔的偏差<3cm，孔斜率<0.3%。在挖槽施工时要向孔内及时的输送新鲜的泥浆，并保证孔内的泥浆始终在标准之内，以此来维持槽孔中泥浆的侧压力，进而避免孔壁出现坍塌的情况。与此同时，对孔内的泥浆进行定期的指标检测，如泥浆参数出现变化则对其进行相应的调整。

2.6 清槽施工

清槽是把槽孔中不达标的泥浆清除并置换成各项参数合格的泥浆的流程。将孔底以及孔壁上的残留淤积物清理干净，以提升防渗墙的承载能力与抗渗能力，确保成槽的整体质量合格。利用抓斗深入槽孔的底部把残留物以固体的形式清理出孔内，并且泥浆的密度和含砂率不变，进一步降低换浆时的工作量，由此提高了施工的速度和进度。槽孔清理和换浆完成后1h，孔内的参数应达到以下要求：底部沉积物厚<10cm；孔底10cm位置的泥浆密度<1.3g/cm3，黏度<30s，含砂量<10%。在二期槽孔清孔和换浆完成前对槽段的接头混凝土孔壁内的泥皮予以分段刷洗，并以刷子钻头无泥屑和槽底淤积厚度未增加为标准。

2.7 水下混凝土灌注

水下灌注采用直升导管法浇筑，依据槽段的尺寸决定运用3套导管浇筑施工。使用导管管径为Ø150，由法兰连接，另外在导管的两端使用几节短管，长度为0.3～1.0m。导管的间距应不大于3.5m，奇数槽孔的两端导管和孔端的距离，或者接头管的距离应在1.0～1.5m之间；而偶数槽孔的两端导管和孔端的距离应为1.0m，如果槽底的高差大于0.25m则把导管置于可控范围内的最低位置。导管的底口和槽底的距离应当有效控制在15～25cm之间。此工程使用的混凝土强度为C25，要求坍落度在18～22cm之内，坍落度维持在15cm之上，并且要求时间不小于1h，对扩散度要求为34～40cm，初凝和终凝时间分别不小于6h和不大于24h，密度则要求大于21g/cm3，混凝土中的水泥要求不少于350kg/m3，而水和灰的比例应当小于0.65。

清孔完成并合格后的4h内完成导管安装，然后进行混凝土浇筑施工。利用运输车辆把混凝士入仓，然后由3根导管同时进行浇筑，在操作时应注意以下操作要点：导管底部下至距槽底15～25cm的位置，漏斗口吊放混凝土做隔水球塞，进而在浇筑时把混凝土与泥浆有效隔开；浇筑时先把料斗注满，然后快速把隔水球塞的铁线剪断，混凝土则进入导管并输送到孔底，与此同时需要确保混凝土的连续浇灌，并且要求中断不得高于30～45min，还有混凝土的上升速度不能低于2.0m/h，伴随混凝土的上升，导管也应根据实际情况上升，并依据标准规范拆除导管。

灌注混凝土时应缓慢进入导管，避免空气进入混凝土中而造成高压气囊的现象。埋入混凝土内导管深度应当保持在2.0～6.0m的范围。另外，3根导管同时拆卸的长度要一致，如果存在无法同时拆卸的情况，那么要有效控制导管的底口高差不能高于1.5～2.0m，以及保证槽孔的混凝土面高差不能高于0.3～0.5m；浇注时导管可以进行约3.0m的上下往复运动，进而能够促进混凝土的密实，但需要注意不能进行横向运动，由此避免泥浆与沉渣进入混凝土中。

当混凝土的施工面已经接近墙顶3～5m时应当放慢灌注的速度。此时将稠泥浆抽出并抬高管口，以确保后续浇注施工能够顺利进行。混凝土的浇注面应当超出设计标准50cm，当浇注结束之后立刻清除30cm，并留下20cm厚的混凝土，待后续拆除，由此保障后续施工新老混凝士有效结合。

3 主要施工难点及对策

3.1 塌孔及对策

此工程在防渗墙的施工中需要穿过具有强透水性的砂层，因此在挖槽时会出现泥浆漏失，又或者泥浆发生了性能的改变而导致砂层塌孔的情况，一旦发生则应当立刻停止施工，通过往槽内增加供浆量，确保液面的稳定性，与此同时加大泥浆比重，提升泥浆侧压力。

3.2 混凝土浇筑

在浇筑正式开始前，应查明槽段的长度和每一槽孔的深度及沉积情况，浇筑混凝土时要确保槽内底部无残渣。浇筑过程中需要有效控制导管内混凝土的入孔速度，一定要严格控制浇筑的时间，根据标准进行施工，每30min进行一次混凝土面深度的检测，并且要确保每个导管内混凝土的面高差不超过50cm，由此避免出现墙体夹泥的现象。

4 结语

超薄型混凝土防渗墙技术造价低、工期短，有效解决了本文水闸工程的渗漏问题。运行期对超薄型混凝土防渗墙进行检测，结果表明混凝土防渗墙的各项参数均处于标准要求的范围；同时定期跟踪监测显示，运行期间数据正常，且现场巡检未发现渗漏水迹象。此案例成功应用表明水闸工程采用超薄型混凝土防渗墙施工可行且防渗效果好，具有巨大工程经济效益，建议进一步推广使用。