基于围堰防渗墙施工技术措施

李 波

(中国葛洲坝集团股份有限公司第一工程公司，湖北宜昌443002)

1 工程概况

猴子岩水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，枢纽建筑物主要有拦河坝、两岸泄洪及放空建筑物、右岸地下引水发电系统等组成。拦河坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高223.5 MW。总装机容量1 700 MW( 4 ×425MW) ，平均年发电量70.15 亿kW·h。

上游围堰为基础全封闭混凝土防渗墙上接土工膜斜墙的土石围堰，堰基覆盖层采用全封闭塑性混凝土防渗墙，墙底嵌入基岩1.0 m，墙厚1.0 m。上游最大墙深约85 m，墙顶轴线长154 m，成墙面积8 340 m2。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

坝址区河谷狭窄，河谷形态呈较对称的“V”形峡谷，河谷两岸地形陡峻，临河坡高＞800 m，基岩裸露，自然坡度一般55° ～65°。

2.2 地层岩性

据勘探揭示，上游围堰河床覆盖层厚60 ～75 m，层次结构自下而上可分为4 层:

第1 层含漂卵砂砾石层，厚约11 ～27 m。第2 层黏质粉土，厚约15 ～22 m; 该层粘质粉土埋藏深，厚度变化大，具液化可能性。第3 层含泥漂卵砂砾石层，厚约15 ～37 m。第4层，孤漂卵砂砾石层，厚约1 ～15 m。

3 施工总体方案

采用CZ—6、CZ—9 冲击钻机进行成槽施工，泥浆固壁;I、II 期槽采用套接，接头孔采用接头管连接;水下混凝土采用直升导管法浇筑。

3.1 施工重点、难点及对策

3.1.1 施工重点

1) 该工程防渗墙在深厚覆盖层中成墙，最大槽孔深85 m，地质条件复杂，施工难度之大，在目前国内已施工的防渗墙工程中，也实属罕见。

2) 防渗墙钻孔穿越深厚覆盖层形成槽段是整个防渗墙工程的施工重点。

3.1.2 施工难点

1) 覆盖层深厚，地质条件复杂。上游围堰混凝土防渗墙最大深度达85 m，土层主要以孤石、漂石、卵石及砂砾石为主，孤石最大直径达1 ～3 m，对防渗墙成槽极为不利，极易出现漏浆、塌孔、孔型不规则等孔内事故。

2) 深墙段连接接头施工难度大。由于防渗墙深度较深，采用常规套接钻凿法施工工效低，并且造成材料的浪费，采用拔管法存在铸管的风险。

3) 施工现场为“V”字型河谷，两岸为陡倾角岩层，防渗墙嵌岩难度大。

4) 墙内预埋灌浆钢管安装难度大。在深达85 m的槽孔内预埋墙下帷幕灌浆钢管，安装、定位的难度大，而且易造成槽孔内再次淤积，影响防渗墙混凝土浇筑质量。

3.1.2 施工对策

1) 采用功率大、钻头重、进度快、钻孔深、特别适应大块石层的CZ—9 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。

4 主要施工方法及措施

4.1 固壁泥浆

4.1.1 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，在本工程漂、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。

4.1.2 泥浆材料选用

根据本工程特点，拟采用优质的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。

4.1.3 泥浆配合比

根据施工经验和现场试验结果，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。

4.1.4 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%。

4.1.5 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。

4.2 成槽施工

4.2.1 槽段划分

根据本工程的地质条件及施工设备的特点，一、二期槽长均划分为7 m，三主二副，副孔宽2 m，槽段之间相互套接。上游防渗墙划分为26个单元槽。混凝土防渗墙分两序间隔造孔挖槽、浇筑墙体混凝土，其中先施工的为一期槽孔，后施工的二期槽孔将所有槽段连接成墙。单元槽孔由主孔及副孔组成，主、副孔相间布置。

4.2.2 造孔施工

4.2.2.1 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。

4.2.2.2 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。

4.2.3 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。

4.2.4 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。

4.2.5 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。

4.3 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。

4.4 防渗墙槽段连接

4.4.1 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。

4.4.2 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。

5 防渗墙施工质量控制与检测

5.1 防渗墙造孔质量控制

1) 各单孔开孔中心位置在设计防渗墙中心线上、下游方向的误差≤3 cm。

2) 槽段端孔造孔质量控制: 严格控制槽段端孔的偏斜率，保证孔斜率在3‰内。一旦发现孔斜超标，采取措施及时纠偏，纠偏的措施有: 扫孔、回填块石、爆破、下放纠偏器等，可依具体情况选用。

3) 槽段副孔造孔质量控制: 严格控制槽段副孔的偏斜率，保证孔斜率在4‰内。副孔造孔偏斜控制跟主孔一样，如发现偏斜超标，除采取主孔可实施的纠偏法外，还可用抓斗纠偏。

5.2 槽孔检测

造孔成槽后，造孔质量检测采用超声波孔斜测定仪，测量槽孔任意断面的孔径、孔形、孔斜等参数。

5.3 防渗墙质量检查

1) 防渗墙成墙28 d后进行钻孔检查，沿墙体轴线每隔80 m布置一个检查孔，检查孔分骑缝孔和墙体。

2) 钻机选用XY—2 型地质钻机，骑缝孔与墙体孔为Φ130。检查孔深度与防渗墙相同，检查孔自上而下分段取芯钻进，分段压水试验。分段长度一般为5 m。

检查孔按机械压浆封孔法进行封孔: 封孔先用风、水轮换冲洗，封孔材料采用水泥砂浆，水泥:砂=1∶1.3。

3) 墙体混凝土物理力学强度指标指标和抗渗标准应达到设计值，合格率达95%以上，压水检查的标准为渗透系数≤1 ×10－6cm/s。

6 结束语

本工程施工过程中，依照上述的防渗墙技术方法、工艺质量要求控制，使该防渗墙单元成槽环节中遇到的众多不利因素和疑难问题得以顺利解决，后续的终孔、浇筑水下混凝土工序可靠完成，成型的墙体检测质量符合设计要求，从而说明特殊复杂地质环境下的深层防渗墙施工技术措施是可行的。

［1］王清友，孙万功，熊欢. 塑性混凝土防渗墙［M］. 北京: 中国水利水电出版社，2008.

［2］高钟璞. 大坝基础防渗墙［M］. 北京:中国电力出版社，2000.

［3］中国水利水电基础工程局. DL/T5199—2004 水利水电工程混凝土防渗墙施工规范［S］. 北京:中国水利水电出版社，2004.