丹江口大坝加高工程左岸土石坝防渗墙施工技术

王穗萍

（丹江口水力发电厂，湖北 丹江口 442700）

1 工程概述

丹江口大坝加高工程左岸土石坝坝型为黏土心墙坝，1＋159.61～1＋187.96原设计为高喷加固方案，因施工工期紧，施工难度大，经研究将高喷方案改为塑性混凝土防渗墙方案。防渗墙沿轴线划分共11个槽段，其中I期槽段5个，Ⅱ期槽段6个。平均孔深50m，最大槽长5.4m，墙厚0.9m，钻孔进尺2 671.24m，混 凝 土 浇 筑3 395.4m3，成 墙 面 积2 794.32m2。墙体抗压强度7.5～10MPa、抗渗等级S8、弹性模量11 000～14 000 MPa。水泥采用32.5强度等级的矿渣水泥，外加剂采用高性能MF减水剂。

防渗墙墙顶高程164.00m，轴线长48.84m，底部与初期土石坝混凝土压浆板连接，左端与初期土石坝心墙加固混凝土防渗墙对接，右端与大坝坝体相接。为保持防渗墙、墙底黏土、混凝土坝体三者之间形成紧密接触，防渗墙右端与坝体接触范围内距上下游面0.1m各布置一排灌浆管，孔间距2.0m，孔深伸入大坝坝体内部20cm，防渗墙中间轴线上布置一排灌浆管，孔间距1.5m，孔深伸入底部压浆板内2.0m。

2 施工方法

2.1 测量放线

根据设计图纸和轴线控制坐标采用全站仪放出防渗墙中心线和导向槽两条开挖边线，以控制导向槽开挖。

2.2 导向槽施工

根据实际施工工作面，冲击钻布置在防渗墙轴线下游，钻机施工平台宽度为10m。轴线上游施工倒浆平台宽度为3m。导向槽开挖区域内（桩号1＋159.61～1＋175.0，高程▽164.0～▽162.0），由于坝体填料无法开挖形成地槽，为了保障施工进度和开挖质量，沿轴线方向长18m、宽4m、深3m的区域内，采用PC300型反铲全部开挖，回填黏土置换（共回填黏土240m3），分层碾压密实，分3次完成。碾压完成后，在墙中心线两侧0.55m用反铲依据边线垂直开挖，开挖宽度为0.6m，深度为1.2m，局部采用人工修整。

根据该部位特定的地质特征及设计防渗墙深度，导向槽两侧导墙采用矩形结构，轴线上下游导墙断面为0.6m宽×1.2m高，采用C19F50／（二）钢筋混凝土。导向槽浇筑采用地模，导墙间距为1.1m，混凝土与开挖垂直面结合。配筋及导墙结构见图1。

图1 防渗墙导墙和施工平台断面图（单位：cm）

导墙混凝土采用20t自卸车运输直接入仓，插入式振捣器振捣，人工浇筑、抹面。混凝土浇筑完后及时进行养护。

2.3 泥浆拌制

（1）制浆材料的选用

防渗墙成孔采用优质Ⅱ级钙基膨润土泥浆护壁及清孔换浆，分散剂为工业NaCO3。

（2）泥浆制备、检验

在施工现场砖砌储量为300m3储浆池，安装两台ZJ－400高速制浆机，每次泥浆的搅拌时间为3～5min。

（3）按规定的配合比配制泥浆，各种材料的误差不大于5%。泥浆处理剂使用前先配成一定浓度的水溶液，纯碱水溶液浓度为20%。新制膨润土泥浆检测指标见表1。

表1 新制彭润土泥浆性能指标

2.4 防渗墙槽段划分

根据工期计划、设备配置，防渗墙共划分11个槽段，槽段划分及布置见图2。

图2 防渗墙槽段划分及布置图

2.5 造孔施工

（1）造孔设备与方法

防渗墙钻孔设备采用CZ－6A型冲击钻机进行成槽施工。造孔时先施工Ⅰ期槽孔，后施工Ⅱ期槽孔，同一槽孔遵循先主孔后副孔冲击钻进，最后劈打小墙成槽。奇数孔为主孔，偶数孔为副孔。接头孔钻孔采用钻凿法，采用抽砂筒出渣的方法将废浆提出槽外排入沉淀池中。

根据地层条件，主副孔施工均采用冲抓钻进法，成槽是在初期土黏心墙内成墙，在该防渗墙成槽过程中没有出现漏浆现象。在钻进过程中若出现卵石层抓取困难时，及时更换冲击钻头投入适量黏土进行冲击钻进。

（2）成槽技术标准

① 槽孔孔壁平整垂直，孔位中心允许偏差不大于3cm，最大孔斜率不大于0.3%。对于槽孔套接在任意深度的套接厚度不小于施工图纸规定墙厚的1／3。

② 对I期槽孔两端孔应分段（2～4m）检查孔斜，保证了孔斜率符合设计要求，孔深、孔型，槽孔中任意高程水平断面上没有梅花孔、探头石和滤浪形小墙等，符合设计要求。

③ 孔内泥浆面始终保持在导墙顶面以下30～50cm内，严防塌孔。

（3）清孔换浆

槽孔终孔验收合格后，进行清孔换浆工作。

① 清孔验收标准

各槽孔清孔换浆结束后1h，均达到下列标准：孔底淤泥厚度不大于10cm，孔内泥浆比重＜1.20g／cm3；泥浆黏度≤30s；泥浆含砂量≤12%。

Ⅱ期槽在清孔换浆结束之前，用刷子钻头清除Ⅰ期槽孔端头混凝土孔壁上的泥皮，结束标准为刷子钻头上基本不带泥屑，刷洗过程中孔底沉淀不再增加为准。在清孔验收合格后4h内浇筑混凝土。

② 清孔方法

清孔原施工方案拟采用气举法出渣，但钻孔施工时发现地层为黏土心墙，造孔产生的钻渣为糊状泥浆和液态泥浆，含沙量极少，为此在已施工的槽孔内试用“抽桶换浆法”清孔，5h后经复测孔内沉渣发现，厚度无变化。故改采用 “抽桶换浆法”清孔。

2.6 墙体内注浆管埋设

（1）设置固定注浆管钢筋笼

由于水下混凝土在浇筑过程中会产生水平推力，造成注浆管水平位移或偏斜，无法垂直固定注浆管。为保证注浆管的垂直，每隔4m处用宽0.8m、高50cm钢筋笼固定。

（2）墙体内注浆管的安装

钢筋笼制作完成后与注浆管牢固连接在水平地面上接长，用16t汽车吊装，单组长度为12m。根据安装位置和孔深，浅孔段一次性吊装，深孔段分两次或三次吊装，槽口焊接。吊装完成后，槽口用钢制井架固定。

2.7 墙体混凝土浇筑

（1）混凝土的性能指标：入槽塌落度18～22cm，保持15cm以上时间不小于1h；扩散度34～40cm；混凝土初凝时间≥6h，终凝时间≤24h；混凝土密度≥2.1g／cm3。

（2）槽孔清孔验收合格，预埋管下设完毕，槽内开始下设混凝土浇筑导管，混凝土导管为丝扣连接，管径Ф250mm。

（3）混凝土浇筑导管中心离槽孔端部不大于1.5m，两导管中心间距不大于3.5m。导管底口距槽底控制在15～25cm范围内。

（4）混凝土浇筑采用直升导管法（Ф250mm）浇筑水下混凝土，8m3混凝土搅拌车直接输送到槽口储料槽，由分料斗进导管入槽孔浇筑。混凝土运至槽口后，采用溜槽下料，设专人放料保证混凝土顺利入槽。在浇筑过程中，控制各料斗均匀下料，并根据混凝土上升速度起拔导管，导管埋入混凝土的深度控制在1.0～4.0m之间，最大埋入深度为不大于6m，混凝土上升速度为2.0～3.0m／h。

（5）水下混凝土浇筑前准备工作

①对I期槽段在接头孔外侧先用砂袋或黏土填堵密实，以防止浇筑混凝土时绕流。

② 吊放浇筑井架，下放导管，采用两根导管浇筑，导管内径为250 mm，采用丝扣连接，丝扣之间用橡胶密封圈密封。导管下设要求控制：Ⅰ期Ⅱ期浇筑均采用两组导管，导管中心间距不大于3.5m，导管中心离槽孔端部不大于1.5m，当槽底高差大于0.25m时，要将导管置于控制范围的最低处，导管底口距槽底距离要控制在15～25cm范围内。

③ 在导管内放入隔水球胆。

④在槽口吊放泥浆泵，回收膨润土浆液至泥浆池。

（6）混凝土浇筑工艺

混凝土供应能力在30 m3／h左右，来料均匀连续，和易性好。混凝土开浇时，首浇混凝土满足开浇阶段混凝土量的需要，导管埋入混凝土中不小于1m。在混凝土开浇后，开动泥浆泵回收泥浆，对最后还剩5m左右的污染泥浆则抽入废浆池。球胆浮出泥浆液面后回收，以备下次使用。

采用直升导管法进行泥浆下的混凝土浇筑，浇筑时导管埋入混凝土深度最小为1.0m，最大为4.0m。保持槽孔内混凝土面均匀上升，上升速度在2.0～3.0m／h之间。每30min测定一次混凝土面的深度，保证混凝土面高差控制在0.5m范围内。浇筑混凝土时，孔口设盖板，以防杂物掉入槽孔内。

当混凝土不通畅时，将导管上下提动，提动幅度在30cm左右。混凝土的拌合、输送连续进行。拆除的导管在指定位置冲洗干净，堆放整齐。

（7）墙段连接

①本工程墙段接头连接采用“钻凿法”施工，即Ⅰ序段和Ⅱ序段重叠一个孔位。

②左岸土石坝防渗墙与墙体底部的压浆板连接时，为保证不损坏大坝底部压浆板，此时严格控制造孔深度。在距压浆板顶部高程1m时，采用减少冲程降低冲击速度等措施造孔，保证了不损坏压浆板事故发生。

③对于左岸土石坝防渗墙与主体工程40＃坝段斜墙（1∶0.25）的连接，设计要求必须干净彻底清除混凝土表面的泥土，在每钻进一个斜坡段槽段时，按照从左至右的顺序钻进，主、副孔及小墙钻进完毕后，再用钻头从左至右顺坡面刮擦，把混凝土表面黏土清除干净，在右端槽孔用抽筒出渣，然后再用刷子钻头清洗混凝土表面，保证防渗墙与坝体之间结合完好，以免形成渗漏通道。

2.8 防渗墙左右端及墙底部注浆处理

（1）防渗墙右端及墙底底部注浆施工方法

为保持防渗墙、墙底压浆板混凝土、混凝土与坝体三者之间形成紧密接触，在墙顶右端斜坡水平长度15.24m范围内，防渗墙体内距上下游面0.1m各布置一排接触灌浆管，两排孔呈梅花型布置，每排孔间距2.0m，孔深深入混凝土坝体0.2m，共14根；在加固防渗墙中间段轴线上（15.24m范围以右至防渗墙右端端头）布置1排灌浆管，孔间距1.5m，孔深深入底部压浆板内2.0m，共计19根，预埋管管径110mm。墙体内注浆管采用钢管预埋，总孔数为33个，预埋注浆管管斜均小于0.3%，右端注浆在墙顶从预埋注浆钢管底部钻孔至混凝土坝体内0.2m，形成注浆通道。对该范围的混凝土坝体与防渗墙墙体结合处采用水泥浆液进行充填注浆。底部压浆板注浆在墙顶从预埋注浆钢管底部钻孔至底部压浆板内2.0m，形成注浆通道。对该范围的防渗墙墙体底部和压浆板结合处采用水泥浆液进行充填注浆。

①工艺流程

灌浆管预埋→固定校正钻机→钻进至注浆部位相应设计深度→终孔验收→阻塞注浆→预埋管水泥浆回填→孔口抹平。

②钻孔

采用XY－2（300型）地质钻机钻孔，钻具下至预埋钢管底部，金刚石钻头钻进，钻孔孔径为Ф76mm。有部分预埋管在浇筑混凝土过程中管内充填了混合浆液，在预埋管钻进时则进行扫孔。5＃槽段两根预埋管由于在混凝土浇筑时产生了偏移则两孔在墙顶重新钻孔至压浆板以下2.0m，进行灌浆。

③制浆

采用高速螺旋水冲式制浆机制浆，制浆时，先按配比将适量的水和水泥倒入制浆机内，搅拌时间3min，连续制浆，连续供浆。水泥使用袋装P.O42.5水泥。

④灌浆方式

采用孔内阻塞纯压法灌浆，进浆管下入距孔底50cm处，孔内顶压式阻塞，1～19＃孔阻塞在预埋管底部以上0.5m处，20＃～33＃孔阻塞在预埋管底部以上1.0m处，灌浆完毕后立即提拔孔内阻塞器，直接下入注浆管至灌浆阻塞深度，注入新鲜0.5∶1水泥浆液进行孔内置换浓浆封孔。

⑤灌浆压力

压力表安装在孔口回浆管路上，灌浆压力小于0.049MPa。

⑥结束标准

孔口灌浆压力达到0.049MPa的情况下，注入率小于1L／min再延续灌注30min后，终灌封孔。

⑦封孔

灌浆完毕后立即提拔孔内阻塞器，直接下入注浆管至灌浆阻塞深度，注入新鲜0.5∶1水泥浆液进行孔内置换浓浆封孔。凝固12h后，孔口液面有下降的孔再用砂浆回填，然后孔口抹平。

2.9 防渗墙重叠连接处注浆孔施工

如图3，新防渗墙体左端槽与初期土石坝老心墙右端，采取重叠连接形式。即“三墙”重叠连接。为防止 “三墙”相交处的三角区出现渗漏通道，该区布置一个孔径150mm的灌浆孔，一次成孔后，采用高压水对孔内混浆进行反复冲洗，直到回水清洁后采用水灰比0.5∶1的水泥净浆进行回填灌浆，切断可能的渗漏通道。

图3 新老墙体结合示意图

2.10 漏浆、塌孔处理

由于本工程是在高水头运行的情况下进行施工，防渗墙钻孔施工的振动可能引起塌孔，漏浆，可能对坝体稳定产生不利的影响。为了防止漏浆、塌孔事故的发生，特采取了以下措施：

① 正常情况下，先完成Ⅰ期槽孔施工，再钻Ⅱ期槽孔并完成混凝土浇筑。但是在库水位较高状态下施工时，由于冲击造孔时的震动，槽孔内的泥浆压力以及高流态混凝土的侧压力等因素，可能对坝体稳定产生影响，为了保证土坝施工安全，减少施工荷载，提高坝体稳定性，根据以往一些工程的经验，采取降低槽孔浆面，减少泥浆比重，减慢混凝土浇筑上升速度和缩短槽孔长度及分区施工，槽孔跳打和钻机分散布置等措施。

②施工中储备足够的堵漏材料以供备用。在造孔过程中，遇到漏浆情况，则采用改善泥浆性能，加大泥浆比重法，向孔内加入黏土、锯末、水泥，回填黏土块石反复钻进积压密实孔壁等措施，确保孔壁稳定和槽孔安全。

③ 在3＃、4＃槽施工中遇到塌孔事故，用装载机向槽内回填黏土、块石到槽口板底部，并在塌空范围布置钢筋，顶部浇筑2～3m混凝土，等混凝土凝固后重新开孔。

④ 按时进行施工期的坝体沉降位移观测，未发现有位移现象。

2.11 施工质量检查

（1）墙体物探检测

为检查防渗墙施工质量，利用预埋管布置跨孔声波检测，沿防渗墙轴线方向墙体进行了物探检测，根据测区防渗墙混凝土体声波总体分布情况来看，常态混凝土体的声波速度分布范围为2 900～4 500m／s，约占总数的94%以上；波速集中分布区域在3 300～4 300m／s之间，约占总数的85%以上；波速小于2 900m／s的约占总数的6%以下。测区防渗墙总体质量良好，骨料分布较均匀，混凝土胶结较密实，墙体一般完整且具连续性。

（2）钻孔取芯及芯样检测

检查孔孔径150mm，单管双动钻孔取芯，全孔岩心采取率为90.1%，芯样检测单块抗压强度为9.5MPa，轴心抗压强度平均值为9.1MPa，静力抗压弹性模量平均值为1.26×104MPa，抗渗等级为S9。检测结果表明墙体指标满足设计要求。

（3）注水试验检测

根据《水利水电工程注水试验规程》（SL345—2007）对两个槽段检查孔进行了自上而下分段钻孔分段注水，注水试段长度为5m，共分9段，渗透系数1.17×10－8～6.82×10－9，满足设计防渗指标。

3 结 语

丹江口大坝加高左岸土石坝防渗墙加固共11个槽段，槽段单元划分按照一个槽段为一个单元，共计11个单元，墙底接触灌浆33个孔划分为1个单元，全部合格，质量检测评定，整体优良率为64.76%。