浅谈混凝土防渗墙工程施工

王满莹,孙洪亮

(河北省保定市安格庄水库管理处,河北 易县 074209)

1 土坝坝基防渗的几种方案比较

控制土坝坝基渗流一般有上游水平防渗、垂直防渗和下游排水减压措施等。上游水平防渗措施一般有水平黏土的铺盖和铺盖土工布等,它可以增加渗径、降低渗透坡降、减小渗透量,但不能完全阻止渗流的发生。下游排水减压措施可减小渗流溢出点的渗透压力,但起不到防渗的作用。垂直防渗的方案有帷幕灌浆、黏土截水墙、高压喷射灌浆、混凝土防渗墙等。与水平防渗相比,垂直防渗更能有效地阻断渗流的发生,在不完全透水地基上,垂直防渗的效果也比水平防渗要好。其中黏土截水墙适用于深度小于15 m的透水地基,该方案造价低、施工简单、比较稳妥。但是当深度大于15 m时就要采用高压喷射灌浆、混凝土防渗墙、帷幕灌浆等方案,其中混凝土防渗墙在几种方案中是最为稳妥可靠的[1-2]。首先因为混凝土防渗墙是在完整的槽段和可靠的接头的基础上灌注混凝土成墙的;其次是因为在凿孔过程中,泥浆的渗透和泥皮的存在形成了一个附加的隔水层;再次是因为防渗墙的施工工艺、工序检验和最终检验都相对成熟。综上所述,土坝防渗常常采用垂直防渗措施,特别是混凝土防渗墙。

2 混凝土防渗墙的布置与构造

混凝土防渗墙应用于土坝坝基防渗时,墙体与大坝防渗体相连接,所以防渗墙一般沿坝轴线进行布置,坝体或堰体中的防渗墙一般在坝轴线附近布置。

平面上,为避开不良地基或因特殊原因,防渗墙可布置成折线或者曲线。

防渗墙的剖面形式可分为封闭式和悬挂式。封闭式是防渗墙插入不透水的岩石层中,该方案可完全截断渗流。当不透水层较深时,防渗墙未插入不透水岩石层中则为悬挂式,悬挂式无法完全封闭,只能增加渗径。

封闭式防渗墙的入岩深度应从防渗和结构两方面考虑。对于完整的基岩层面,一般嵌入深度为0.3～1.2 m,若嵌入深度太深,对防渗虽有利,但施工困难,同时增加了基岩对防渗墙体的约束,对墙体的应力并不利。对于风化程度高,裂缝发育的岩层,一种是穿过破碎的地层伸入完整地基层,另一种是深入破碎层一定深度后,下接帷幕灌浆进行处理。

3 混凝土防渗墙施工工艺

3.1 混凝土防渗墙施工工艺流程

导向槽土方开挖→导向槽混凝土浇筑→成槽(泥浆固壁)→清理沉渣→清孔验收→下设混凝土导管→混凝土浇筑→转下一槽孔。

3.2 施工临时设施

导墙也称导向槽,是防渗墙施工之前修建的临时构筑物,导墙的中心线也就是防渗墙的中心线。导向槽顶面高程也是墙身、混凝土浇注高程的基准。导向槽的深度一般为1.5～2.0 m。槽口宽度,当采用冲击钻机凿孔时应大于设计墙厚10～20cm。导向槽顶的高程要考虑地下水位和洪水的影响,一般应高于施工期的地下水位 2 m。导向槽在施工中应配备必要的钢筋,特别是底部和顶部要设置足够的纵向受力钢筋。

在导向槽两侧或一侧需设施工平台,施工平台要求平坦、坚固、稳定,平台高程略低于导墙墙顶。平台宽度一般为18～25 m。

泥浆系统是混凝土防渗墙施工的关键,由制浆站、供浆管路和泥浆回收净化设施等组成[4]。制浆站的位置应尽量靠近防渗墙施工现场,并尽量设置在地势较高的位置,以便于自流供浆。

施工供电系统包括变压器以及各种线路设施。

3.3 成槽

混凝土防渗墙成槽方法较多,其中,采用钢绳冲击式钻机成槽适用范围最广[3]。钢绳冲击式钻机是通过钻头向下的冲击运动来破碎地基土和岩层,它不仅适用于一般柔软的地基层,亦可适用于卵石、砾石、漂石和基岩。

钻头可分为十字钻头、空心钻头、圆钻头和角锥钻头等。在防渗墙工程中一般用十字钻头和空心钻头。空心钻头为厚壁大直径无缝钢管,这种钻头主要用于钻进黏土层、砂土层和壤土层等松软地层。十字钻头用于砂卵石层、风化岩层、卵石、漂石以及基岩等。钻头破损后可焊补修理。

3.4 清理沉渣

抽筒又叫抽砂筒,是抽排孔底沉渣的工具。在冲击钻进过程中,需要将大量的沉渣排除,同时更换新浆,以便继续钻进。抽筒工作时由钢丝绳悬吊,当向下运动时,抽筒的底门活塞被泥浆托力顶开,孔底泥浆进入抽筒内,当提升抽筒时底部活门自动关闭,稠泥浆留在抽筒内,往复数次,抽筒内装满了含大量钻渣的稠泥浆,即可提出孔口,倒入排渣沟。

3.5 混凝土浇注

3.5.1 导管法浇筑混凝土

防渗墙混凝土的浇注采用水下导管浇注法。导管内径以200～250 mm为宜,管壁厚度为3～5 mm,其长度一般为2 m,1.5 m,1.0 m,0.5 m,0.3 m等。配置导管时要在每套导管的底部多设置几节长度为0.3～1.0 m的短管,因为接近浇筑完毕时导管内的混凝土压力小,不易浇注,短管可以及时拆卸,使导管在混凝内埋深少一些,以利于浇注。导管的顶部配有混凝土漏斗。混凝土浇注导管应布置在防渗墙中心线上,间距不得大于3.5 m,开浇时导管口距孔底15～25cm。此外当槽孔底面高差大于25cm时,导管应布置在其控制范围的最低处。

开始浇筑混凝土时,一般在导管内放入一直径比导管内径略小的,且能被泥浆浮起的球体作为管塞,以便于将最初进入导管中的混凝土和管内的泥浆隔离开来。

在混凝土浇筑过程中,导管的埋置深度不得小于1.0 m,同时不得大于6.0 m。槽孔混凝土的浇筑速度是影响混凝土质量的重要因素。规范中规定槽孔内混凝土面的上升速度不得小于2 m/h,浇注的中断时间不宜大于40 min。

在浇筑过程中,要定时测量槽孔中混凝土面的上升情况,并与所浇筑的混凝土量相核对。用测柄测量混凝土面深度时,要注意判别清楚,不要将沉渣表面误认为混凝土面。

当用多根导管进行浇注时,要根据槽内混凝土面的上升情况及时调整各导管的混凝土浇入量,保证混凝土面的均匀上升。

混凝土出机后应在 1.0 h内浇入到槽孔中。因故停等过久,应重新测量坍落度,当不符合规范要求时应弃之不用,不可勉强浇入槽内。

3.5.2 防渗墙混凝土要求

由于防渗墙混凝土必须通过直径较小的导管在泥浆下浇注,浇入槽孔内的混凝土不能振捣,完全依靠自重在泥浆底下流动,充满空间,因此混凝土拌合物的性能对于防渗墙的施工质量影响很大。在一般情况下,对防渗墙混凝土有以下要求:

(1)较好的和易性,包括流动性、黏聚性、保水性。一般要求防渗墙混凝土的入孔坍落度为18～22cm,扩散度为34～40cm。坍落度保持在15cm以上的时间大于或等于1 h。

(2)较小的泌水率。一般要求在2 h内,泌水量不大于混凝土体积的1.5%。泌水率在1.2%～1.8%的混凝土拌合物有较好的黏聚性。

(3)初凝时间不小于6 h,终凝时间不宜大于24 h。

(4)密度不小于2100kg/m3,不要采用密度过小的骨料。

4 结语

随着混凝土施工工艺、施工技术的不断成熟,混凝土防渗墙在土坝坝基防渗中将起到越来越重要作用。

[1]SL174-96.水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范[S].

[2]高钟璞.大坝基础防渗墙 [M].北京:中国电力出版社,2000.

[3]李天科,侯庆国,黄树明.水利工程施工 [M].北京:中国水利水电出版社,2005:167-177.

[4]水利电力部第五工程局、水利电力部东北勘测设计院.土坝设计:下册[M].北京:水利电力出版社,1978:534-554.