探析防渗透墙施工技术的运用

探析防渗透墙施工技术的运用
【摘要】混凝土防渗墙技术具有低强度、低弹模和大应变，防渗效果好等特性,在水利水电工程中已得到广泛运用。

本文将围绕混凝土防渗墙施工工艺进行论述，并对关键质量控制要点进行了探讨。

【关键词】混凝土防渗墙
引言
混凝土防渗墙是土石坝工程的主要防渗措施。

自1998年长江三峡工程二期围堰混凝土防渗墙取得成功以后, 我国的防渗墙技术总体上达到了国际领先水平, 近年来并不断有新的发展。

保证混凝土防渗墙施工质量和速度的关键在于开槽的连续性, 浇筑的及时性。

实践表明, 混凝土防渗墙技术应用于坝体除险加固工程, 可有效解决坝体, 坝基渗漏问题, 且具有施工速度快, 工程造价低, 防渗效果好,可靠性高等特点, 是水库大坝防渗加固较好的措施。

随着混凝土防渗墙技术的迅速发展, 施工机具的不断创新和完善, 其用途将日益广泛。

1混凝土防渗墙的设计
1. 1 混凝土防渗墙的设计深度
混凝土防渗墙底部原则上嵌入相对不透水层1m左右,顶部嵌入坝体防渗体中。

目前, 我省狮子坪水电站, 坝基覆盖层主要为含漂卵砾石, 深90~ 102m, 混凝土防渗墙墙厚1. 2m, 最大墙深101. 8m, 这是已完成的最深的混凝土防渗墙, 它标着我国混凝土防渗墙的施工能力已经跨过百m 深的水平。

1. 2 混凝土防渗墙墙体厚度的确定
防渗墙的厚度应满足墙体抗渗性、耐久性、满足墙体应力和变形的要求, 同时还应考虑到地质情况及施工设备等因素。

由于国内防渗墙设计无规范, 防渗墙的渗透计算和渗透稳定分析以及强度、变形计算尚无规范的计算方法和理论。

在设计时, 根据防渗墙破坏时的水力坡降确定墙体厚度计算公式如下:
式中: Hmax ―――作用在防渗墙上的最大水头差(m);
K―――抗渗坡降安全系数, 一般取3~ 5;
Jmax―――防渗墙渗透破坏坡降, 取300。

根据已建成的混凝土防渗墙统计, 防渗墙允许承受的水力坡降Jp= Jmax/K, 可达到100, 当K = 5 时, p为60,假定防渗墙承受的最大水头差与坝前水深相同。

水库, 由于河流水头较低, Hmax一般在10 m ~ 30 m之间居多。

计算得: = 0 15m~ 0 5 m 即可满足要求。

受造孔机具限制, 参考国内工程经验, 平原区土坝混凝土防渗墙墙体厚度一般确定为0 20m~ 0 8 m之间。

混凝土防渗墙的施工
防渗墙是在坝体内连续造孔成槽, 以泥浆固壁, 在泥浆下浇筑混凝土而建成的。

对于小型工程, 一般采用冲击式钻机造孔或两钻一抓法。

这两种方法都先施工一期槽孔( 主孔), 后二期槽孔(副孔) 。

后一种方法工效高, 目前被水利工程广泛采用。

但该法施工平台要求大于18 m, 施工时难以布置。

成墙厚度受开槽机械限制, 防渗墙一般较厚。

对于覆盖层深厚，土层主要以孤石、漂石、卵石及砂砾石为主，地质条件复杂的防渗透墙施工时应采取的对策是：（1）采用功率大、钻头重、进度快、钻孔深、特别适应大块石层的冲击钻机成槽。

（2) 在钻孔过程中，对于架空层进行孔内回填黏土加片石，用钻头挤压密实架空层，同时加大固壁泥浆比重; 遇孤石可采用聚能爆破或槽内钻孔爆破辅以重锤冲砸方法进行处理。

主孔钻进发生漏浆时，采取黏土堵塞，副孔钻进发生漏浆则采用浓泥浆，膨胀粉泥浆或石粉、锯末等措施堵塞。

固壁泥浆
选用的钻孔泥浆原则
1) 根据膨润土泥浆形成致密泥皮的性能，在漂、卵、砾石层中能最大限度的确保槽孔孔壁的安全。

2) 墙底沉渣会加大墙体的沉陷变形，大量的沉渣如果混入墙体混凝土中，会形成墙体的薄弱部位，沉淀在混凝土表面的泥渣会降低混凝土浇筑速度。

膨润土泥浆能最大限度悬浮沉渣，减少孔底的沉淀物，保证孔底清孔后淤积厚度控制在10 cm范围内。

3) 膨润土含砂量低，不易在孔底形成砂结层，有利于清孔。

2. 1. 2 泥浆材料选用
可用优质的II 级钙基膨润土泥浆进行护壁。

分散剂为工业碳酸钠; 增粘剂选用中粘类羧甲基纤维钠，配制泥浆用水采用新鲜洁净的淡水。

2. 1. 3 泥浆配合比
根据施工经验和试验结果，拟定的新制膨润土泥浆配合比为: 水: 膨润土∶碳酸钠= 1 000 L ∶60 ～70 kg ∶4～ 4. 5 kg。

2. 1. 4 泥浆制备
1) 泥浆拌制选用高效、低噪音的ZJ—800 型高速回转搅拌机。

2) 每罐膨润土浆的搅拌时间为3 ～5 min。

3) 泥浆处理剂使用前，配成一定浓度的水溶液，以提高其效果。

纯碱水溶液浓度为20%，CMC 水溶液浓度为 1. 5%。

2. 1. 5 泥浆使用
1) 新制膨润土浆需存放24 h，经充分水化溶胀后使用。

2) 储浆池内泥浆经常搅动，保持指标均一，避免沉淀或离析。

2. 2造孔施工
2. 2. 1 钻劈法施工
单元槽成槽施工过程中，先采用冲击钻机钻凿主孔至终孔，再劈副孔。

在钻进过程中向孔中投入大量的黏土，一方面进行冲击挤密堵漏，另一方面提高泥浆黏度悬浮钻渣，从而提高钻孔时效。

劈打副孔时，在相邻的两个主孔中放置接
砂斗接出大部分劈落的钻渣。

由于在劈打副孔时有部分钻渣落入主孔内，因此需要重复钻凿主孔。

在主、副孔钻完之后，其间会留下一些残余部分，这需要找准位置，从上至下吧它们清除干净。

至此就可以形成一个完成的、宽度和深度满足要求的槽孔。

该法在深厚覆盖层防渗墙施工中广泛应用。

2. 2. 2 平打法施工
单元槽成槽施工过程中，先将主孔施工到一定的深度，往孔内回填 1 ～2 m 黏土，然后施工副孔及小墙，将副孔及小墙钻进至主孔孔深上面2m 左右时，再将主孔往下钻进一定深度，再采取上述方法施工副孔及小墙，直至终孔。

此法适应孤石较多、严重漏浆的地层。

2. 2. 3 特殊地层造孔方法
在钻进过程中遇到巨型块石或悬于孔壁的探头石，可使用特制的爆破筒置于巨石表面进行爆破。

即钻孔爆破孤石。

钻进至较深部位遇到直径较大的块石时，采用钻孔爆破方法处理。

钻孔可采用回转式钻机，孔径φ75 ～90 mm。

钻进前一般先下套管到块石表面，然后在套管周围投放黏土封闭套管底口，以便钻渣能返出孔外，并避免稀释泥浆。

2. 2. 4 槽孔清孔换浆
1) 采用抽筒法，在清除孔内废渣的同时及时向孔内补充新鲜泥浆。

2) 对二期槽，在清孔换浆前应用钢丝刷钻头刷洗一侧槽段接头混凝土壁的泥皮，至刷子钻头不带泥屑、孔底淤积不再增加为止。

3) 采用冲击钻机造孔过程中形成的泥
渣，经净化处理后的泥浆可以再重复使用，混凝土浇注时将未污染的泥浆抽出送至其它槽孔或泥浆池重复利用，被污染的泥浆排放到废浆池。

2. 2. 5 终孔及清孔验收
1) 成槽后清孔换浆。

补充新浆的数量以槽内泥浆各项性能指标符合设计标准为止; 下设预埋管件的槽孔，补充新浆的数量达到槽内总浆量的1/3 左右即可。

2) 槽孔清孔换浆结束1 h后，应达到下列标准:孔底淤积厚度≤10 cm; 泥浆密度＜1. 1 g/cm3; 泥浆黏度＜35 s; 泥浆含砂量＜5% 。

3) 清孔结束合格后4 h内浇注混凝土，若延长时间，需重新测量淤积厚度。

2. 3 水下混凝土浇注
混凝土主要物理性能指标: 入槽坍落度18 ～22 cm，扩散度34 ～38 cm。

坍落度保持15 cm以上的时间≥1 h; 混凝土初凝时间≥6 h，终凝时间≤24 h。

槽孔墙体预埋件安装就位后，下设φ320 钢制导管，导管为插销连接。

一、二期槽距孔段距离为1 ～ 1. 5 m，当槽底高差大于0. 25 m时，导管应调整到控制范围的最低处，单根导管下设安装完毕后应复测距孔底间距。

水下混凝土浇注采用的隔水栓为球塞式，导管距孔底的距离大于球塞的直径。

待混凝土料充满导管和分料斗后上提适当距离让混凝土一举封住导管底。

根据本工程槽段长度，首次混凝土浇注方量不少于8 m3。

墙体混凝土浇筑必须从槽孔最深导管开仓，首开仓的一次连续入槽混凝土方量使导管埋入混凝土中不得＜1. 2 m，在混凝土浇注中，控制各导管均匀下料，使槽内混凝土面高差＜0. 5 m，导管埋深≤6 m，≥2 m。

根据混凝土上升速度和导管埋深及时起拔导管，槽孔内混凝土面上升速度控制在3 ～7 m/h。

槽孔混凝土终浇顶面高于设计墙顶线0. 5 m。

2. 4 防渗墙槽段连接
2. 4. 1 接头管下设
防渗墙墙段连接采用“接头管法”。

接头管下设孔位误差±3 cm，偏斜率≤0. 4%，接头管在混凝土浇筑时应经常活动防止铸管，拔管段混凝土处于凝固状态后才能拔管，拔管的空孔段应用泥浆充填。

按槽孔深度配置接头管。

下设前检查接头管底阀是否正常，并在接头管外表面涂抹润滑油。

2. 4. 2 拔管
拔管法施工关键是要准确掌握起拔时间，起拔时间过早，混凝土尚未达到一定强度，出现接头孔缩孔和垮塌现象;起拔时间过晚，接头管表面与混凝土的黏结力使摩擦力增大，增加了起拔难度，甚至接头管铸死拔不出来，造成孔内事故。

结束语
随着现代化建设步伐的加快，水利工程建设发展越来越迅速，要求也越来越高。

本人认为,混凝土防渗墙施工技术还应向几个发展方向进行拓展，力求做到提高墙体深度，在降低陈本的基础上提高质量，施工现场做到布置紧凑化,过程简单化。

这就需要我们水利工程的作业人员不断地努力研究，拓宽水利工程事业推向更大的发展空间。