汉江丰山咀段防护堤塑性混凝土防渗墙试验研究

沈维铎 苏红萍 陈崇德

(1.湖北禹龙水利水电工程有限公司，湖北 荆门 448000；2.湖北省漳河工程管理局，湖北 荆门 448156)

碾盘山水电站工程属国家172项水利工程建设项目，位于湖北省钟祥市境内的汉江中游干流。坝址控制流域面积140340km2，坝址处多年平均流量1560m3/s，年平均径流量491亿m3。碾盘山水电站开发任务以发电、航运为主，兼顾灌溉、供水。碾盘山水电站水库长约58km，为河道型水库，正常蓄水位50.72m，两岸由汉江堤防和自然高地挡水。碾盘山水电站运行后，抬高了库区水位，需要将汉江干堤外的部分民垸及主要支流部分低地的堤防进行防护，达到减少淹没范围和提高防洪标准的目的。

丰山咀防护堤位于库区左岸，除汉江干堤大集堤、潞市堤外，总长11.835km，其中，上段长5.808km(桩号6+027～11+835)。地貌单元属汉江一级阶地，为冲积平原，地面高程在42.20～53.14m之间。地下水主要以地表孔隙潜水为主，孔隙潜水水位与汉江水位基本一致，埋深1.4～5.2m。由于堤基砂壤土、粉细砂和砂砾石具有中等—强透水性，因而堤基抗渗性差，存在渗漏或渗透稳定问题。为确保工程安全，防止堤内产生浸没危害及渗透破坏，经比选，堤基采用40cm厚塑性混凝土防渗墙防渗。

1 丰山咀段防护堤塑性混凝土防渗墙的试验研究

1.1 试验内容

a.防渗墙施工的各种参数，包括成槽设备及方法、槽长、泥浆类型及配比、造孔工效、浇注速度等。

b.墙体混凝土材料、浇筑工艺、清孔、墙段连接方法等。

c.混凝土施工配合比及钢结构导墙适用性。

d.根据试验工艺完善各项控制措施。

1.2 设计技术指标及要求

a.堤基采用40cm厚塑性混凝土防渗墙防渗，防渗墙底深入不透水岩层0.5m。

b.墙体材料性能指标见表1。

表1 墙体材料性能指标

c.孔底淤积厚度不大于10cm。

1.3 试验施工方案

1.3.1 试验施工安排

a.试验部位及进度计划。试验部位位于丰山咀上段防护堤(桩号11+555～11+576.2)，防渗墙槽段编号为：试验1、试验2、试验3。采用2个班组施工，计划5天完成试验。

b.槽段划分。Ⅰ期、Ⅱ期槽长均为7.6m，槽孔划分见图1。

图1 槽孔划分示意图(单位：m)

c.试验流程。施工前，对标高、垂直度、宽度、间距、轴线等认真复核，清除槽段内杂物，接通泥浆管并试送泥浆，对各种准备工作进行详细记录等。试验流程见图2。

图2 生产性试验施工流程

1.3.2 主要施工方法

a.成槽方法。考虑防渗墙成槽机及浇筑等辅助设备及运输等，防渗墙施工平台宽16m。成槽钻孔的弃渣直接用自卸车运至指定渣场。造孔前下设钢结构导墙，为“┑┏”形结构[1]，钢板厚20mm，顶宽0.5m，高度0.6m，导墙长10m。混凝土防渗墙墙体厚度40cm，导向槽设计净宽50cm，以便于下放成槽钻具。导墙设计为钢导墙，平行于防渗墙轴线对称布置，允许安装偏差为±1.5cm；导墙顶面高程允许安装偏差±2.0cm。导墙四角设挂环，用以固定钢丝绳以便导墙的安装、拆卸。施工中，钢结构导墙可在Ⅰ期槽段、Ⅱ期槽段重复利用。导墙见图3。

图3 导墙示意图(单位：cm)

结合地层、施工强度、设备能力等综合考虑，防渗墙成槽拟采用“纯抓法”成槽工艺(见图4)。采用金泰SG46液压抓斗抓取，底部基岩以及抓斗难以成槽的槽孔采用CZ-6型冲击钻机钻凿，Ⅰ期槽孔的端孔混凝土拔管后形成Ⅱ期槽孔的端孔，待相邻的一期槽孔施工完后再回头施工二期槽孔。槽孔终孔检查合格后，报请现场监理工程师进行孔位、孔深及孔形全面检查验收，合格后进行清孔换浆。防渗墙施工分两期进行，先施工Ⅰ期槽孔，后施工Ⅱ期槽孔，墙段连接采用接头管法。

图4 纯抓法施工工艺

b.固壁泥浆。根据工程地质条件，试验槽段采用膨润土护壁，分散剂采用工业碳酸钠(Na2CO3)，配制泥浆用水从汉江抽取。拟定的三组配合比见表2，新制膨润土泥浆经过24h膨化后利用供浆管输送至槽孔内使用[2]。泥浆性能指标见表3。

表2 膨润土泥浆配比

表3 泥浆性能指标

c.清孔换浆。槽孔终孔后即开始清孔换浆[3]，清孔换浆结束1h后要求：

孔底淤积厚度不应大于10cm；

膨润土泥浆密度、泥浆黏度、含砂率等符合表3的要求。

d.槽孔混凝土浇筑。由试验室进行配合比试验，确定混凝土防渗墙的配合比。

采用HZS50型拌和站，由混凝土罐车运送至槽孔口。

混凝土浇筑采用泥浆下直升导管法，导管内径250mm，试验槽孔设置导管2～3套，导管间距不大于4.0m，每个试验孔计划3～5h浇筑完成，浇筑过程中保持导管埋入混凝土深度2.0～6.0m，以免泥浆进入。

混凝土浇筑过程控制：槽孔内混凝土面水平均匀上升，确保高差不大于0.5m；在开始浇筑及临近浇筑结束时增加测量频次；混凝土浇筑时，在机口处随机取样，检验混凝土的物理力学性能指标[4]。

e.槽段连接。Ⅰ期槽清孔达到设计要求后，在槽段两端各设一套接头管，接头管分节，中间以销轴连接。接头管露出孔口并固定在吊车吊钩上，管底部稳定立于孔底。偏斜率控制在0.2%以内[5]。

采用吊车作为接头管起拔的主要设备。

混凝土初凝后开始起拔接头管形成接头孔。

1.4 施工质量控制主要措施

1.4.1 施工主要技术措施

a.编制漏浆、塌孔处理办法与安全、文明施工及环境保护措施。

b.制定孔斜控制与处理、接缝质量控制、塌孔预防、混凝土质量控制、导管堵管预防、槽孔终孔质量检查、浇筑混凝土前清孔质量检查、防渗墙墙体质量检查等制度。

c.试验数据整理及编写。在塑性混凝土防渗墙施工过程中严格记录并验证槽孔深度、成槽垂直度、槽壁稳定性、槽底沉渣等数据并填写报验资料，以及校对地质资料、施工机械性能和施工工艺是否符合要求；试验完成后将施工记录成果整理并编写塑性混凝土生产性试验报告上报监理机构[6]，得到监理工程师的许可后，开始施工。

1.4.2 施工质量控制主要措施

a.接缝质量控制。泥浆的性能指标符合设计要求，Ⅰ期槽孔端孔孔斜率不大于0.2%。清孔换浆后，下设的接头管，其垂直度符合设计要求，防止混凝土浇筑过程中接头管被挤歪[7]。

b.预防塌孔。选用优质的钙基膨润土等材料造浆护壁；对泥浆各项工作性能指标严格检查，达不到工艺要求的，立即换浆；施工期间，在现场备好各种堵漏材料；强化检查巡查，发现漏浆，及早采取堵漏措施等[8]。

c.混凝土质量控制。混凝土原材料、配合比、运输、坍落度、扩散度、初凝时间、终凝时间等，严格执行监理机构批准的施工方案[9]。

d.导管。导管下设前，仔细检查导管质量和导管的连接情况；浇筑中混凝土埋管深度严格按设计要求控制；拆卸下的导管及时冲洗干净，使导管始终处于良好工作状态[10]。

1.5 防渗墙质量检查

1.5.1 槽孔终孔质量检查

a.槽孔的位置。在槽孔两端设置测量标桩，进而确定槽孔中心线并始终用该中心线校核、检验所成墙体中心线的误差。

b.槽孔的位置和厚度。每一槽段终孔时抓斗宽度均不得小于墙体设计厚度，在槽孔内任一部位，均可顺利下放斗体[11]。

c.槽孔偏斜测量。孔斜率符合设计要求。Ⅰ、Ⅱ期槽套接孔的中心线在任一深度的偏差值需满足搭接墙厚度要求。

d.孔深测量。孔深验收在现场监理的监督下使用专用孔深测绳进行测量。

1.5.2 浇筑混凝土前清孔质量检查

a.孔内泥浆性能指标。取浆器从孔底以上0.5～1.5m处取泥浆试验。

b.孔内淤积厚度。孔内淤积厚度采用测针和测饼进行测量。

c.接头孔刷洗质量。Ⅱ期槽清孔结束标准：毛刷上基本不带泥屑，孔底淤积不再增加。

d.清孔验收合格后4h内浇筑混凝土，否则，重新检测，如不合格则重新进行清孔。

1.5.3 防渗墙墙体质量检查

a.机口取样。混凝土浇筑过程中，在机口随机取样；每个槽孔浇筑混凝土后，按规定要求取样，及时对混凝土质量进行综合评价。

b.钻孔取芯和钻孔注水。防渗墙成墙28天后进行钻孔检查，做注水试验。

c.开挖部分墙体检查。防渗墙成墙28天后，开挖部分墙体，对墙体外观质量、墙体材料均匀性、墙段之间搭接等是否满足设计要求进行检查。

1.6 试验成果

a.试验段实际完成情况。抓斗型号SG46，完成工程量见表4、横断面见图5。

图5 丰山咀上段防护堤横断面

表4 试验段实际完成的工程量

b.主要试验成果见表5。

表5 丰山咀上段防护堤塑性混凝土防渗墙试验成果

c.钢结构导墙适用性。钢板导墙具有可重复利用、结构轻巧、制作简单、使用灵活、成本低等特点，适合于地层相对密实、孔深40m以内的薄壁防渗墙施工应用。

d.试验结论。抓斗成槽工法、槽段划分、槽孔质量、固壁泥浆材料及其配合比、混凝土原材料及配合比、清孔方法、孔内泥浆性能指标、混凝土浇筑、槽段连接等控制参数符合工程实际，对于造孔工效、成槽质量、防渗效果等有明显的提高作用，钢结构导墙适用性较好，各项技术措施可行，在后续防渗墙施工中可以采用。

2 试验成果应用

2.1 质量控制标准

综合上述分析，主要及一般项目的质量控制标准、检查与数量见表6。

表6 混凝土防渗墙施工质量控制标准

2.2 成果应用

应用试验成果，自2021年9月20日开始防渗墙施工，至2022年3月5日完工，完成防渗墙面积23.6万m2。完工28天后，钻取14个检查孔并注入清水试验，渗透系数在5.57×10-7～8.85×10-7cm/s之间；采用数显万能试验机(WES-100B型)检测所送的塑性混凝土试块，其平均抗压强度为2.2MPa。防渗效果及抗压强度均达到设计要求。

3 结 语

丰山咀段防护堤塑性混凝土防渗墙应用试验成果进行堤防防渗，较好地解决了防护堤渗漏严重以及堤防稳定等问题，效益明显。在施工中，依据工程地质、工期、投资、单元槽段长度、造孔设备数量及Ⅰ期、Ⅱ期逐段造孔的施工特点以及“防渗墙活动钢板导墙施工工法”等，研究并制作了长度适宜、数量相当的活动钢板导墙，在Ⅰ期、Ⅱ期槽段重复利用，既节省了投资，也提高了工效。实践证明：塑性混凝土防渗较好地解决了丰山咀段防护堤堤基渗漏严重的问题，为塑性混凝土防渗墙技术的发展进步提供了成功应用的实例，并产生了巨大的经济和社会效益，该项技术具有极大的推广应用前景。