超薄混凝土防渗墙技术在水利岸坡的应用

◎黄书强 刘杰翔 广东水电二局股份有限公司

随着社会与经济的快速发展，水利防渗工程数量急剧增多的同时，质量要求也在不断提升。如何保证水利防渗工程施工安全性与运行期长效稳定性，一直是相关研究者关注的热点和难点问题[1]。为制定切实可行的施工方案，满足工程实际需求，提高作业现场的可控性，降低成本投入，超薄混凝土防渗墙技术的成槽技术、接头防渗处理是关键，入岩方式可以通过多种设备进行探讨比选。针对工程项目环境、地质特点及超薄防渗墙特性，对防渗墙邻近地下国防设施加固技术、超薄防渗墙导墙施工技术、高强弱风化岩成槽技术、超薄防渗墙槽段接头技术、超薄防渗墙垂直度控制技术等进行研究，以加快工程施工进度、保证施工质量，降低施工成本，可达到节能降耗目的[2]。为保证工程区具有良好防渗透性，水利工程采用超薄混凝土防渗墙技术，大幅提高工程进度、增强企业市场竞争力，同时降低企业经济成本投入。

1.混凝土防渗墙技术现状

1.1 混凝土防渗墙技术

随着旱涝灾害的发生，对大坝进行防渗加固工作也愈发紧迫，如何选择正确有效的处理方案是研究者首要思考的问题。在水利项目中应用超薄混凝土防渗墙技术是十分常见的除险加固措施，其与射水成槽墙、高压喷射墙等手段相比，具有更为良好的耐久性与防渗效果，更高的工程质量，更适合作为坝身及坝基的防渗墙。超薄混凝土防渗墙技术指的是在松散透水地基中连续造孔、以泥浆固壁、向孔内灌注混凝土而建成的墙形防渗建筑物。其是对闸坝等水工建筑物在松散透水地基中进行垂直防渗处理的主要措施之一，通常情况下技术人员会分段建造墙段，使其最终形成一整道防渗体系[3]。

1.2 采用超薄混凝土防渗墙的优势

超薄混凝土防渗墙技术指的是在松散透水地基中连续造孔、以泥浆固壁、向孔内灌注混凝土而建成的墙形防渗建筑物，其是对闸坝等水工结构在透水地层中进行防渗处理的重要措施之一。选取超薄混凝土防渗墙施工技术，应考虑工程项目现场有关勘探数据、工程地质条件及实际施工需求与计划，因时因地进行科学合理选取。超薄混凝土防渗墙具有更高的工程质量、更低的经济投入，是水利项目防渗加固的重要手段。国内超薄混凝土防渗墙技术在水利工程中的应用较多。超薄混凝土防渗墙技术的应用可以有效保证水利工程的质量，确保各项水利项目按时保质完成，保障人民生命财产安全；同时有效降低后续企业成本经济投入，提高施工企业的市场竞争力，推动企业可持续性发展。

2.工程实例应用

2.1 实例概况

本文实例为潖江大型蓄滞洪区，项目位于广东省飞来峡水利枢纽下游约10km的北江左岸，两岸基岩大部分为花岗岩，风化程度较深，山丘全风化土厚度一般大于15m。工程区内龙山镇良塘围左岸出露石英砂岩、炭质页岩，风化较浅，出露强风化基岩，河流及两岸阶地广布第四系冲积层。在良塘围、大厂围、独树围、果园围、叔伯塘围及江咀围等局部堤段堤基分布较厚的软塑～软可塑状淤质土、软黏土，易产生沉降变形及滑动破坏，堤基稳定性较差；同时，工程地质整体为强透水砂层，挖槽施工扰动过程中，外江水位变动易引起塌岸。此项目在下岳围、良塘围、江咀围、白沙塘围、凤洲围堤围防渗中采用地下连续墙的形式，其墙厚为400mm，属于超薄型地下连续墙。工程区地上、地下具有国防电缆、雨水管道、通信等多种类型的管线，施工前，须对管线做好改迁，工程施工牵扯面十分广泛，具有较大施工难度。

2.2 设计施工情况

此项目地下连续墙约15.18万m2，墙厚400mm，为超薄混凝土防渗墙，设计要求部分墙身嵌入弱风化不小于1.0m，墙体抗压强度高于25MPa。同时。本次施工应对潖江蓄滞洪区堤防进行加固，与飞来峡水利枢纽联合应用，将北江大堤的防洪标准由100年一遇提升至300年一遇，促使北江中下游堤围，如清东、清西、清城等堤围的防洪标准由50年一遇提升至100年一遇。针对超薄混凝土防渗墙技术在潖江蓄滞洪区岸坡的应用情况，根据SL174―2014《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》的要求，制定超薄混凝土防渗墙施工方案，选用科学合理的施工技术。利用多种设备对入岩方式进行对比探究，选用合理的接头防渗处理策略。根据项目地质特点以及外部环境，对超薄混凝土防渗墙导墙施工技术、防渗墙临近地下国防设施加固技术以及垂直度控制技术进行深入分析，保证工程施工质量、降低工程经济成本，完美实现节能降耗目标。实际施工投入3台成槽机，分3个作业面，每个作业面配置1台成槽机，槽内泥浆面应高于地下水位0.5m以上，且不低于导墙顶面0.3m，并在施工过程中应控制大型机械尽量不在已成槽段边缘行走，确保槽壁稳定。已成槽段实际深度实测后记录备查，成槽深度按设计槽底标高，参考导墙顶标高确定。由于超薄防渗墙施工具有较高的要求，其孔位中心不得有3cm以上偏差，整体孔斜率应低于3/1000，施工过程中一旦控制力度较弱，则会导致防渗墙底开叉。

2.3 关键技术讨论

2.3.1 地基加固

超薄混凝土防渗墙的整体施工过程需要连续进行、中途无法停止。因此在正式开展工作之前，工作人员必须对地基进行加固，可采用调放钢筋笼或挖槽等策略，保证施工过程所需电能及水资源的充足，并将混凝土浇筑过程之中所需设备及机械准备完毕。对地基加固时，应避免机械发生强烈振动。在施工现场地上与地下存在通信、国防电缆、电力等多种类型的管线，管线迁移与防护的工作量较大。在正式施工前应提前对管线进行调查与改迁，对所有管线进行详细的标识与记录，并设置明显的警示标志，地连墙与管线之间采用三排三轴搅拌桩进行加固，避免管线发生变形或位移。

2.3.2 接头施工

超薄混凝土防渗墙接头应用接头管施工，接头管为焊接管，其壁厚10mm，直径330mm。在施工过程中，技术人员应选用膨润土泥浆固壁，整体泥浆粘度应在18～25s，比重控制在1.1～1.2，采用“两钻一抓法”进行成槽，并在接头管上抹油、裹膜施工。待一序槽成槽后，工作人员应在管壁之上涂抹润滑油，而后覆盖塑料薄膜，将接头管整体插入提前设计的深度之中。抹油裹膜的策略可以有效降低混凝土与接头管管壁之间存在的摩擦力，保证拔管的流畅程度，避免对已成型槽段混凝土造成破坏，提高接头质量。浇筑施工时，每个槽段的混凝土浇筑量应为60m3左右，一般情况下会浇筑3h，接头管应在浇筑2h之内应用振动锤首次拔管，高度应为3m，而后每半个小时振拔一次，拔出高度为0.5m，直至混凝土终凝后，将接头管全部拔出。拔管时间应通过试验取得，过早拔管将会致使接头管附近混凝土掉落，影响最终工程质量，过晚则将无法拔出接头管，阻碍施工。

2.3.3 槽孔施工

开槽施工前，须对成槽机导向转杆的垂直度进行调节，采用小泵量、小冲程、慢进尺成槽，确保槽段的斜度符合项目要求，深度应为2～3m。在成槽施工过程中，必须严格遵从单序号与双序号跳打的顺序进行施工，时间间隔需要高于48h，在成槽过程中，工作人员需要对成槽机垂直度及时进行检查并调整，保证槽壁垂直度符合项目施工需求。在较软的基岩或者覆盖层上直接应用抓斗进行抓取，对于较硬的基岩应用重锤砸碎后再进行抓取。

整体造孔工序分为一序槽孔、二序槽孔两部分施工，一序槽孔为10.8m、二序槽孔为9m。各个槽孔之中具有多个单孔，多抓成槽。实践证明，在碎石层及粗砂层中，利用抓斗直接挖槽造孔具有极高的工作效率。工作人员应首先利用重锤冲击破碎，然后利用抓斗将破碎的岩石取出，多次循环之后使其达到最终孔深。重锤每次举起高度应为2～4m，每一抓分为左、中、右三个冲击点，各个冲击点应冲击5～30次左右。其中石英岩自身硬度较高，应利用3t全齿重锤冲击，各个冲击点应冲击20次左右；而页岩以及板岩硬度较低，较易破碎，可以在各个冲击点应用2t边齿重锤冲击5次。施工前应对导向口内部灌入泥浆，促使泥浆整体低于导墙面0.3m；挖槽过程中，应对孔内及时补入新鲜泥浆，保证泥浆测压力的平衡，避免孔壁发生坍塌；同时，应对孔内泥浆性能指标实时进行检测，一旦出现指标参数变化情况，应立即做出调整。

2.3.4 终孔与清孔

槽孔终孔后，须及时对孔深、孔位、孔斜以及槽孔的长、宽度进行仔细检查，检查合格后，方可开展清孔换浆工作。为对孔底掉落的残渣进行有效清除，可先利用抓斗开展定位抓取策略对孔槽内部具有的沉淀物以及淤积物进行抓取，而后向孔槽内部注入新鲜泥浆，并对陈旧废浆进行抓取与置换，或利用反循环泵直接置换陈旧废浆。当清孔换浆工作结束一小时后，槽孔应保证含砂量小于10%、粘度小于30s、整体比重小于1.25g/cm3。二序槽孔清理完毕后，工作人员可以利用钢丝钻对孔壁上存在的泥皮进行刷洗，若刷子钻头之中不带泥屑，则视为合格。抽桶换浆法是超薄混凝土防渗墙施工过程之中十分常见的清孔形式，其是将抽桶置于孔底部，对淤积物反复多次进行冲击，使其逐渐进入桶中。对此环节不断重复，不仅可以有效去除孔槽内部淤积物，还可以将性能较低的泥浆进行置换。一般情况下，工作人员至少要刷壁20次，才可以保证泥土全面清理干净，确保新老混凝土可以有效结合。

2.3.5 预制导墙

结合项目实际情况，导墙应用“∟”形，预制导墙侧板1100mm高，1500mm厚，底板120mm厚，800mm宽，整体导墙8000mm长，混凝土强度等级C20，配置＜8@200分布筋、＜12@200主筋，每一块预制导墙凝土量约为4.4t。整体预制导墙的施工工序为：对单侧竖模以及底模进行安装-对钢筋进行安装-对另一侧竖模进行安装-对导墙混凝土进行浇筑-拆模成型-养护一周后调运进行安装。在导墙预制过程中，可一同开展基槽开挖工作，保证工程进度。预制导墙的诞生可以有效节约工程施工成本，提高导墙周转次数，降低工程经济投入，保证工程进度，避免资源浪费。

2.3.6 浇筑混凝土

混凝土浇筑为防渗墙施工的最后一道工序，混凝土标号为C25，入口灌注时混凝土的坍落度为20cm左右，扩散度为36cm左右，时间高于1h，初凝时间高于6h，终凝时间应低于24h。混凝土整体密度应高于2.1g/cm3，水泥用量高于300kg/m3，水胶比低于0.65。灌注应选取直升导管法，导管直径为150mm，采用法兰进行连接。在导管的两端分别具有长度为1m之内的短管，导管间距应为2.5m。位于槽孔两端的导管，其与接头管或孔端之间应有1m距离。当槽底高差大于25cm时，应将导管置于所能控制范围最低处。

3.施工质量控制讨论

对超薄混凝土防渗墙进行质量控制是保证施工项目质量的有效手段，其包括水下混凝土浇筑、导墙质量、施工平台填筑、泥浆质量、设备材料到位情况以及成槽施工等多个方面，其任何一环节控制出现问题，都将对最终成墙质量带来直接影响。施工结束后进行自检，检验合格后进行上报审批。应对泥浆的密度、含砂量指标进行检验，对成槽的垂直度与泵压进行控制，泵压应低于0.5MPa，侧喷嘴在双序号施工过程中开启时，泵压应高于0.5MPa，以此保证两个相连单序号墙体侧面泥土被有效冲刷，确保墙体连接位置不存在虚土、夹层等现象。与此同时，还应对超薄混凝土防渗墙进行抽芯及挖坑检查，在单、双槽段的接头位置进行抽芯。由于混凝土防渗墙较薄，整体抽芯过程具有较大难度，抽芯结果需要保证混凝土芯完整、呈现长柱状，砂浆与骨料之间应混合均匀，连接较好，不应出现断墙现象，以保证混凝土强度符合设计需求。挖坑结果应保证超薄混凝土槽段墙体不存在任何瓶颈、夹层现象，整体接头胶结良好，无渗漏、夹泥痕迹，符合项目及现行规范的要求。

4.结语

超薄防渗墙技术创新与突破成为研究趋势，技术前景向好。本文对超薄混凝土防渗墙施工技术及其在水利岸坡的应用进行深入研究。薄混凝土防渗墙施工技术不仅有效解决了工程地质、管线干扰、水下浇筑等的问题，而且极大限度保障了工程整体质量。相关数据可为后续同类型的超薄混凝土防渗墙技术应用的科学研究及有关施工流程提供参考。