南水北调配套工程大宁调蓄水库西堤防渗墙施工技术

王大勇，教婷婷

（中国水电基础局有限公司四公司，301700，天津）

南水北调配套工程大宁调蓄水库西堤防渗墙施工技术

王大勇，教婷婷

（中国水电基础局有限公司四公司，301700，天津）

北京市南水北调配套工程大宁调蓄水库工程西堤防渗采用塑性混凝土防渗墙布置，“两站一抓”法成槽，“泥浆下直升”法浇筑，“接头管”法槽段连接。大宁水库西堤防渗墙施工投入足够资源，选择实力强大、信誉良好的施工队伍，为类似工程的施工管理提供了较好的实例。

塑性混凝土防渗墙；两钻一抓法；接头管；施工

一、工程概况

大宁水库位于北京市房山区大宁村，与南部的稻田水库及马厂水库组成永定河滞洪水库，是南水北调中线配套工程。大宁水库总库容为4611万m3，防洪标准为100年一遇。本次防渗墙施工内容包括新建库岸堤基混凝土防渗墙、新建泵站及库尾橡胶坝、改造及维护库区现有建筑物等。大宁水库西堤防渗墙轴线长3073.6 m，成墙面积42443.2 m2，墙体厚0.6 m，成槽深度9.5～28.1 m。

二、混凝土防渗墙施工

1.设计标准

①塑性混凝土防渗墙深入基岩2 m以上。

②塑性混凝土墙体材料28 d龄期的物理力学指标为：弹性模量不大于 1500 MPa，抗压强度 2.0～5.0 MPa，渗透系数小于1×10-6cm/s。

③防渗墙终浇高程要高于设计墙顶高程0.5 m，墙体厚度不小于设计厚度。

2.导墙及施工平台施工

根据西堤特定的地质特征，将液压抓斗施工平台布置在防渗墙轴线靠近库区一侧，将CZ30型冲击钻机布置在防渗墙轴线远离库区一侧。沿轴线平整场地后，将原地面开挖至要求的深度，将钻机平台碾压密实并铺设50 cm厚碎石垫层，铺上间距为70 cm、15 cm×15 cm×600 cm 的方木，然后上铺轻轨；倒渣平台布置在防渗墙轴线的上游侧，碾压密实后，浇筑20 cm厚C15钢筋混凝土，排浆沟断面尺寸为60 cm×50 cm。导墙为C15钢筋混凝土结构，采用反铲开挖立模板浇筑。开挖土方就近堆放，待导墙浇筑成形后用装载机回填至导墙外侧至导墙以下10 cm，导墙内侧回填黏土。导墙模板采用预制木制模板，用溜槽直接入仓，振捣棒振捣密实。

3.固壁泥浆

优质泥浆有利于成槽时的孔壁稳定，有利于混凝土浇筑质量的控制。考虑本工程的地质条件，采用优质Ⅱ级钠基膨润土进行泥浆拌制，分散剂为工业用碳酸钠（Na-CO3），增稠剂为中黏度羧甲基纤维素钠（CMC），配浆用水采用库区内的新鲜纯洁的淡水。泥浆的配比经检测满足施工造孔要求，具体配比见表 1。

泥浆搅拌选用高效、低噪声的NJ—800型高速搅拌机，拌制过程中掺加适量的NaCO3、CMC等外加剂，随时检测泥浆性能指标，保证浆液满足施工要求。新配制好的泥浆要在储浆池中放置24 h，待充分膨化后再使用。储浆池中的泥浆要经常搅动，保持其性能指标的均一，避免沉淀和离析。膨化好的泥浆经循环系统送至槽孔供造孔使用。为保证膨润土泥浆的质量，使用中加强了原材料质量检测、配合比调试、泥浆回收管理等各项工作。

4.成槽施工

（1）槽段划分

根据防渗墙的厚度、深度和抓斗的性能，将本工程混凝土防渗墙Ⅰ期、Ⅱ期槽段长度划分为5.6 m、6.2 m，槽段之间主孔套接，具体尺寸如图1所示。

（2）造孔成槽施工

根据西堤防渗墙轴线上的地质情况和施工经验，防渗墙造孔施工采取“两钻一抓”法成槽，即主孔采用冲击钻机钻进，抽筒法排渣，相邻两个主孔钻进至设计深度后，用液压抓斗抓取中间副孔。成槽过程中要随时往槽孔内补充泥浆，保持浆面在导墙以下0.5 m处。

（3）特殊地层造孔施工

①小清河和小哑叭河河床地段，覆盖层为沙砾石地层，内含大量孤石和探头石，其中石块最大直径1.5 m，造孔过程中液压抓斗无法抓取，并且地层中严重漏浆，只能采用冲击钻以重钻加大对孤石、探头石的破碎力，同时对地层进行挤密，减少泥浆漏失量。

②桩号XD1+300.000～XD1+600.000段地层为粉细沙层，造孔过程中漏浆塌孔严重。单孔漏浆采用回填黏土钻进处理，槽孔采用投锯末、水泥、稻草或高水速凝材料等进行堵漏处理，并用冲击钻挤实钻进，确保孔壁、槽壁安全。孔口塌孔时采取布置插筋、拉筋和架设钢木梁等措施，保证槽口的稳定，或者采取回填黏土、柔性材料或低标号混凝土等方法进行处理。

图1 塑性混凝土防渗墙槽孔划分示意图

表1 膨润土泥浆配合比及性能指标

表2 每立方塑性混凝土防渗墙配合比（单位：kg）

③施工平台最低高程为47.2 m，最高高程为63.3 m，因此沿轴线方向布置了近15个台阶，台阶最大落差为6.8 m。对于变台阶的位置，一般先施工高程低的工作面，预留出接头孔，然后沿低平台轴线处回填沙石料至高平台处，从上部作业接头孔，保证变台阶处的墙段连接。

5.清孔换浆

槽孔终孔并验收合格后，即可进行清孔换浆工作。孔深小于20 m时可采用抽桶法清孔换浆,孔深不小于20 m时采用气举反循环方法。回收的泥浆经沉淀池净化处理后返回槽孔，同时向槽内补充新鲜泥浆，换浆量约为槽孔内泥浆总量的1/3。二期槽孔清孔换浆结束前，用刷子钻头分段洗刷一期槽孔端头的泥皮和地层残留物，以刷子钻头上基本不带泥屑、孔底淤积不再增加为合格标准。

槽孔清孔换浆结束后1 h达到如下标准：槽底淤积厚度不大于10 cm，槽内泥浆密度小于1.15 g/cm3，马氏漏斗黏度32～50 s，含砂量不大于6%。

6.泥浆下浇筑混凝土

①塑性混凝土配比经试验确定，具体指标见表2。

塑性混凝土出机口坍落度20～24 cm，保持15 cm以上时间应不小于1 h；入槽扩散度 34～40 cm；拌和析水率小于3%；熟料初凝时间不小于6 h，终凝时间不大于24 h；密度不小于2100 kg/m3。

②混凝土采用泥浆下直升导管法浇筑。采用φ250 mm钢制导管，丝扣连接，25 t吊车或冲击钻机下设。一期槽端导管距孔端1～1.5 m，二期槽端导管距孔端1.0 m，两导管间距不大于3.5 m。当槽孔底部的高差大于250 mm时，导管应布置在其控制范围的最低处。导管的连接和密封必须可靠。应在每套导管的顶部和底节导管以上部位设置数节长度为0.3～1.0 m的短管。开浇前，导管底口距槽底应控制在 150～250 mm范围内。

③混凝土浇筑采用的隔水栓塞为球塞式，球塞的直径略小于浇筑导管直径，浇筑前把球塞放入导管，起到隔离泥浆和混凝土接触的作用。在每根导管开浇前，先注入适量的砂浆，再备足够的混凝土（考虑导管内容积及封埋导管的方量），一次性对导管进行封堵，挤出塞球并埋住导管底端。

④混凝土由搅拌站拌和后用罐车送至孔口，经溜槽分流后进入各个导管。在浇筑过程中控制各导管均匀下料，并经常用测绳测量混凝土面上升速度，保持槽孔内混凝土面的高差小于0.5 m，根据混凝土面的上升速度和导管的埋深及时起拔导管，导管埋入混凝土的深度不得小于1.0 m，不宜大于6.0 m，以方便起拔并严禁将导管拔出混凝土面，混凝土面上升速度不小于2 m/h。为了保证混凝土的浇筑质量及设计要求的高度，混凝土的终浇高程高于设计墙顶高程0.5 m。

7.防渗墙槽段连接

本工程槽段连接采用 “接头管法”，即在清孔换浆结束后，在一期槽孔两端位置下设φ60 cm的钢制接头管，接头管分节制作，长度为6.0 m，插销连接，孔口固定，在混凝土浇筑过程中，根据混凝土的初凝时间和混凝土面的上升速度起拔接头管，形成二期槽孔端孔，采用吊车配合YBJ—600型液压拔管机下设与起拔接头管。该方法是目前国内外防渗墙槽段连接最为先进的，具有其他接头连接方式无可比拟的优势。

三、防渗墙质量检查

1.塑性混凝土抗压强度检验结果

抗压强度最大值famax=5.3 MPa，抗压强度最小值famin=2.0 MPa。本工程共检测抗压强度试件550组，混凝土强度保证率在90%以上，全部符合设计要求。

2.塑性混凝土渗透系数检验结果

渗透系数最大值Kmax=4.2×10-7cm/s，渗透系数最小值Kmin=0.019×10-7cm/s，渗透系数平均值Kavr=0.53×10-7cm/s。本工程检测的27组渗透系数试件检验结果，全部符合设计要求。

3.塑性混凝土孔口取样弹性模量检验结果

弹性模量最大值Emax=1474 MPa，弹性模量最小值Emin=457 MPa，弹性模量平均值Eavr=873 MPa。本工程检测的26组弹性模量试件检验结果，全部符合设计要求。由以上结果可以看出弹性模量偏大，主要原因是计算在水下浇筑混凝土强度损失过于保守，水泥掺量较多或膨润土掺量较少所致。

4.防渗墙墙体检查孔注水验证

沿轴线每隔 100～130 m布设 1个检查孔，选用XY—2型岩心钻机施工，钻孔直径76 mm，分段做常水头注水试验。本次共布置注水检查孔25个，其中墙体检查孔17个，槽段接缝检查孔8个，累计完成钻孔进尺336.76 m，完成注水试验92段。25个检查孔注水试验结果表明：墙体检查孔渗透系数K值均满足设计1.0×10-6cm/s的要求，施工检查质量完全符合设计要求。

5.无损检测

①防渗墙完工后，业主委托北京水利科学研究所对西堤防渗墙使用孔内声波检测法和孔内数字电视成像法进行无损检测，测试结果均说明混凝土防渗墙的连续性和均匀性较好。

②北京市南水北调工程质量监督站委托中国水利水电科学研究院对西堤防渗墙使用探地雷达和大地电导率仪检测 XD2+940.000～XD3+040.000段共100m的防渗墙，探测成果总体分析：所测防渗墙完整性及均匀性较好，只有两处小的不均匀，但不会对防渗墙的防渗效果产生影响。

四、结 语

①对漏失性严重的地层进行防渗墙施工，应优先采用 “钻劈法”造孔、优质膨润土泥浆固壁的方法施工，可以充分利用冲击钻机反复冲击、挤压密实地层的特点，稳固孔壁，避免出现大面积漏浆和严重的塌孔现象。

②槽段连接采用接头管技术，保证了槽段的搭接厚度，大大提高了施工工效。

③北京市南水北调配套工程大宁调蓄水库工程西堤防渗墙的顺利完工证明了选择实力强大、信誉良好和知名度高的基础专业施工队伍，投入足够的资源，精心组织，严格管理，是干好工程的关键所在，同时也为今后类似工程的施工管理提供了较好的实例。■

[1]高钟璞.大坝基础防渗墙[M].北京：中国电力出版社，2000.

[2]中国水利水电基础工程局.水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范(SL174-96)[M].北京：中国水利水电出版社.

[3]中国水电基础局有限公司.水电水利工程混凝土防渗墙施工规范（DL/T5199-2004）[M].北京：中国电力出版社.

[4]中国长江三峡工程开发总公司.水工混凝土施工规范（DL/T5144-2001）[M].北京：中国电力出版社，2001.

责任编辑 车小磊

Impervious wall construction technology for west embankment of Da Ning storage reservoir,a subsidiary project of South-to-North Water Diversion Project

Wang Dayong，Jiao tingting

For the west embankment's seepage-prevention of the Da Ning storage reservoirs，a subsidiary project of the South-to-North Water Diversion Project in Beijing area， the plastic concrete seepage-proof wall is built，the slots cut by “drilling and grasping” method， the concrete poured through method of “under-mud catheter”and the slots connected through “pipe joint construction technology”.The sufficient resources are invested and the construction team with good reputation is selected for the construction of this seepage-proof wall to provide a good example for similar project construction and management.

the plastic concrete seepage-proof wall； “drilling and grasping” method； under-mud catheter；construction

王大勇（1983—），男，助理工程师。

TV697.32

B

1000-1123（2011）04-0061-03

2011-01-11