大坝防渗墙技术在陕县涧里水库除险加固工程中的应用

赵华林

（河南水利建筑工程有限公司 郑州 450008）

1 工程概况

河南省陕县涧里水库位于陕县西张村镇南部，地处黄河一级支流青龙涧河上游，坝址距三门峡市约30km，控制流域面积79.3km2，总库容1393万m3，兴利库容858万m3，设计灌溉面积3000hm2。水库地理位置十分重要，承担着保护下游陇海铁路、郑西高速铁路、连霍高速公路、310国道以及三门峡市市区20万余万人生命财产安全的任务。是一座以防洪、农业灌溉为主，兼顾工业供水、水产养殖、发电等综合利用的中型水库。

现状水库大坝为均质土坝，坝顶高程790m，坝长165m，坝顶宽5m，坝高46.7m，防浪墙高1.2m。

2 工程设计

坝体防渗设计为在一级马道内侧布设塑性混凝土防渗墙（距内坡脚1m），墙厚0.5m，墙底伸入坝底基岩1m，两岸伸入微风化层1m，最大成槽深度43.25m。防渗墙以上至防浪墙之间采用铺设土工防渗膜防渗，土工膜采用150mm×2mm+0.3mmPE膜，底与防渗墙连接，两岸伸入微风化层1m。

3 混凝土防渗墙施工工艺

3.1 施工程序

防渗墙施工程序为：施工准备→放线定位→导向槽施工→防渗墙施工→导向槽拆除→导向槽回填。

3.2 施工前的准备

3.2.1 导墙施工

导墙施工是混凝土防渗墙施工的关键环节，它是槽沟开挖前，沿防渗墙墙面线两侧构筑而成。其作用主要有：为成墙定位置、定标高；为成槽时定向；存储和排泄泥浆，防止雨水混入；稳定浆位；支撑挖槽机具和混凝土导管等的重量；保持槽顶面土体的稳定，防止土体塌落。根据现场地质条件、工程特点及工期等要求的实际情况，该工程导墙采用现浇C10混凝土,其截面形式为底基50cm×50cm和其上部30cm×100cm。

3.2.2 槽段划分及施工顺序

该工程防渗墙全长132m，按照单元槽段长度划分原则并结合以往类似工程施工经验，该工程共划分22个槽段，每个槽段长6.0m。分Ⅰ、Ⅱ序槽段分段造槽，采用冲击钻成槽，Ⅰ序槽段和Ⅱ序槽段连接即形成连续的垂直防渗墙。

3.2.3 泥浆准备

泥浆用于支承孔壁、稳定地层、悬浮沉渣,同时向槽两侧地层渗透的泥浆以及槽两侧边壁形成的泥皮还起到辅助截渗的作用。

泥浆材料选用附近合格料场的粘土，其粘粒含量大于50%，塑性指数大于20，含砂量小于5%，二氧化硅和三氧化铝含量的比值为3～4，基本达到粘土性能指标。

泥浆拌制采用1m3的ZJ—1500型高速泥浆搅拌机，拌制10余min，先送入泥浆沉淀池，然后自动流入泥浆池并不断搅动循环，再由泥浆泵输送到各槽口用浆点。其护壁泥浆性能指标为，比重1.11～1.13g/cm3，粘度20～25s，含砂量小于4%，胶体率大于97%，失水量小于30mL/min，稳定性小于0.01g/cm3，基本达到设计要求。

注意在成槽过程中，对槽段采取必要的防护，防止废浆、废渣、杂物进入槽内，引起泥浆性能的改变。为防止离析、沉淀，保持性能指标均一，槽段内泥浆液面保持在槽口板顶面以下30～50cm的范围内。

3.3 防渗墙施工

3.3.1 成槽方法

a.放线定位。测量放线，定出孔位和中心线，用小木桩做好标记，孔位误差不大于20mm。经监理验收合格后，方允许进行下一步工序的施工。

b.成槽。采用先Ⅰ序槽后Ⅱ序槽的施工方法，钻孔采用CZ—22冲击钻，将钻机移至所定桩位，使钻机钻头对准孔位中心。为保证达到设计要求的垂直度，钻机就位后必须对钻机底盘进行调平，四角的水平误差应控制在1mm以内。调整水平度采用水准尺进行，并用水平尺检查钻杆的垂直度，其误差应控制在0.5mm以内，使钻杆与钻机底盘保持垂直。钻进中采用泥浆护壁，钻进到设计高程下0.4m，如在钻进过程中，出现泥浆严重漏失，孔口不返浆时，应重新调整泥浆比重，直到孔口返浆为止。钻进时，必须详细记录孔位、孔深、地层变化等情况，钻进暂停或终孔时，孔口应加盖保护。

3.3.2 塑性混凝土施工

3.3.2.1 防渗墙混凝土配合比及材料

a.防渗墙为塑性混凝土墙体,其设计要求为C5W6,通过配比试验1m3混凝土施工配合比（重量配合比）材料用量见下表。

塑 性 混 凝 土 配 合 比 表 单位：kg

b.混凝土入槽时的坍落度为20～24cm，任何情况下不得低于18cm：扩散度为34～40cm；混凝土的初凝时间不小于8h，终凝时间不大于48h。

c.水泥选择不低于425MPa的普通硅酸盐水泥，混凝土骨料选择在市场购买，粘土选用附近土料场土料，膨润土选用正规膨润土厂的产品。

3.3.2.2 混凝土拌和及运输

混凝土拌和由人工上料，350型搅拌机出料，进料由磅秤控制，1.0t机动翻斗车运输。为保证浇筑正常连续工作，在浇筑前应周密制定混凝土制备及运输的应急补救措施。

3.3.2.3 混凝土浇筑

混凝土浇筑采用直升导管法施工，导管沿槽孔轴线布置，相邻导管的间距不大于3.5m，Ⅰ序槽孔两端的导管距孔端控制在1.0～1.5m，Ⅱ序槽孔两端的导管距孔端控制在1.0m。安装导管时，导管底部出口与孔底板距离不得大于25cm，并不大于1.5倍导注塞的直径，如孔底高差大于25cm，则将导管中心放在该导管控制范围内的最低处。浇筑前，每个导管均下入可浮出浆面的导注塞，堵塞导管底口。

浇筑导管内径采用180mm，浇筑时导管定期进行密封承压试验。导管开始浇筑时，先下入导注塞，将导注塞压到导管底部，将管内泥浆挤出管外。然后将导管稍微上提，使导注塞浮出，一举将导管底端埋入混凝土，保证后续浇筑的混凝土不致与泥浆掺混。槽孔混凝土浇筑严格遵循先深后浅的顺序，从最深的导管开始，由深到浅依次开浇，直至全槽混凝土面基本浇平以后，再全槽均衡上升。浇筑过程中，保持导管埋入混凝土的深度不小于1m、不超过6m，维持全槽混凝土面均衡上升，控制其高差在0.15m范围内。

每30min测量一次槽孔混凝土面，每2h测定一次导管内混凝土面，在开浇和结尾时适当增加测量次数；槽孔内混凝土面上升速度大于2m/h，并连续上升到设计高程；浇筑过程中做好混凝土面上升的记录，防止堵塞、埋管、导管漏浆和泥浆掺混等事故的发生。在混凝土浇筑时，按要求在出机口和槽口入口处随机取样，检验混凝土的物理力学性能指标，不合格混凝土严禁入槽。

3.3.2.4 防渗墙接头处理

采用“接头管法”处理，该法是目前防渗墙施工接头处理的先进技术，尤其适用于工期紧、墙体材料强度高的工程。“接头管法”施工有一定的技术难度，但有着其他接头连接技术无可比拟的优势：首先由于接头管的下放，既节约了套打接头混凝土的时间，提高了工效，又节约了墙体材料和费用；同时“接头管法”连接的接头为半圆弧状，有利于延长渗径，保证了墙体抗渗要求；再者，这种接头连接由于具有最大的镶嵌强度，增加了摩阻力，更好地传递单元墙段之间的应力，使墙体的上下和左右受力条件好，实现墙体的可靠连接。

施工时，当一期槽孔清孔换浆结束后，分别在槽孔的两端头处下放圆形钢接头管（外径为27.5cm），并尽量保持垂直，固定牢靠，在混凝土浇筑过程中及浇筑完成后一定时段之内，根据槽内混凝土初凝情况，经常性地对接头管进行松动，以免接头管与混凝土胶结后难以拔出，在混凝土达到终凝后，再将接头管全部拔出，从而在一期槽孔两端头形成半圆弧形接头孔。

在施工中发现接头管法也存在一些不足。一是在进行二期槽孔施工时，半圆弧接头处胶结的泥皮刷洗比较困难，费时费力，而且接头刷洗的质量控制与检查也比较困难。为此，采取了机械加人工刷洗的方法，首先将特制的半圆弧形钢丝刷固定在液压抓斗上，上下来回刷洗，直到刷子不粘有泥屑，然后再利用小钢丝刷进行人工刷洗。经多次将混凝土凿开检验，发现接头处的处理效果良好。二是在上拔接头管过程中，容易使接头处的混凝土松动，形成表层裂缝，为此，要求接头管表面必须光滑均一，在下放前，先刷一层专用脱模剂。

3.3.2.5 特殊情况处理

a.在成槽过程中，对固壁泥浆漏失量做详细测试和记录，以便及时发现问题，做好堵漏和补浆准备，并查明原因，采取措施进行处理。根据实际施工情况，在固壁泥浆性能指标基本满足要求的前提下，适当调整泥浆配比，并适当放缓挖槽速度，待固壁泥浆漏失量正常后再恢复下沉抓槽。

b.当出现塌孔时，应尽快补充大比重泥浆，以稳定孔壁；回填适量的渣土，平衡孔壁土压力；向孔内加入粘土、锯末、水泥等，确保孔壁稳定和槽孔安全。

3.4 质量控制指标

a.造孔。槽孔中心偏差±3cm；槽孔孔深不小于设计孔深；槽孔孔斜率不大于4‰。

b.清孔。孔底淤积不大于10cm；孔内浆液密度不大于1.3g／cm3；孔内浆液粘度不大于30s；孔内浆液含砂量不大于10%。

c.混凝土拌和。混凝土拌和时间不小于90s；混凝土坍落度20～24cm；混凝土扩散度34～40cm。

d.混凝土浇筑。混凝土上升速度不小于2m／h，混凝土顶面高差小于50cm，间歇时间不超过4.0h。

e.混凝土试验。抗压试块每一槽孔成型一组；抗渗及弹性模量试块每500m3成型一组。

4 防渗墙检测效果

4.1 检测内容

大坝防渗墙检测的主要内容有墙体强度、弹性模量、渗透系数、均匀性。

4.2 检测方法

4.2.1 钻芯法检测墙体抗压强度与弹性模量

塑性混凝土防渗墙墙体质量检查在成墙后28天进行，检查内容为墙体的物理力学性能指标、墙段接缝和可能存在的缺陷。检查采用钻孔取芯法。检测位置应具有代表性。

根据CECS03：2007《钻芯法检测混凝土强度技术规程》，通过现场钻取混凝土芯样，芯样试件的混凝土强度换算值系指用钻芯法测得的芯样强度换算成相应于测试龄期的边长为150mm的立方体试块的抗压强度值，用以核定混凝土强度。防渗墙混凝土设计值为1.0～2.5MPa。

单个构件或单个构件的局部区域可取芯样试件混疑土强度换算值中的最小值作为其代表值。

芯样弹性模量试验检测，初始模量不大于500 MPa，模强比为 200～500。

4.2.2 钻孔压水试验

根据SL31—2003《水利水电工程钻孔压水试验规程》规定的方法和要求进行钻孔压水试验。防渗墙渗透系数按下式计算：

式中K——岩体渗透系数，cm/s；

Q——压入流量，cm3/s；

H——试验水头，cm；

L——试段长度，cm；

r0——钻孔半径，cm。

沿防渗墙均匀分布钻点，各段均钻取2个钻孔，钻孔半径为100mm，钻孔深度为15m。

防渗墙设计渗透系数不大于1×10-8cm/s。

4.2.3 探底雷达检测防渗墙均匀性

用探底雷达检测防渗墙均匀性以及内部缺陷，防渗墙墙体应均匀完整,不得有混浆、夹泥、断墙、孔洞等。

4.3 检测结果

通过以上三种检测手段的实施，对防渗墙强度、弹性模量、渗透系数、均匀性进行了综合分析，结果均能满足设计要求，取得了较好的防渗效果。■