湖北梅川水库主坝防渗墙塑性混凝土施工工艺及质量控制

舒德春

(湖北仙桃市水利水电建筑勘测设计院 仙桃 433021)

王 萍 聂军洲

(湖北大禹水利水电建设有限责任公司 武汉 430061)

20世纪50年代初期，混凝土防渗墙技术起源于欧洲。而塑性混凝土防渗墙的技术则始于20世纪60年代末，当初主要在中、低水头的防渗墙中应用。1959年，意大利的Santa Luce坝是世界上第一座应用塑性混凝土防渗墙的工程，其防渗墙最大墙深20m、墙厚1.2m、防渗墙长354m。

混凝土防渗墙技术在我国首次应用是1958年青岛的月子口水库。塑性混凝土的研究在20世纪80年代中期才开始。1996年，我国水利部首次将塑性混凝土列为防渗墙的墙体材料。它标志着我国的塑性混凝土防渗墙技术趋于成熟。本文运用前人的研究成果，把塑性混凝土防渗墙运用到梅川水库主坝及2号副坝。

1 工程概况及水文地质条件

1.1 工程概况

梅川水库位于湖北省武穴市梅川镇五里村北，横岗山南麓，坝址位于华阳水系梅川河上游舒样河与刘元兴河交汇处。地理位置为东经115°30'，北纬30°07'。

水库承雨面积25km2，原设计总库容3310万m3，复核总库容3950万m3，是一座以灌溉为主、兼有防洪、发电、水产养殖和城镇供水等综合利用的重点中型水库。

水库枢纽工程由大坝(一座主坝、两座副坝)、溢洪道、灌溉发电管和坝后式电站等建筑物组成。

本工程基础防渗墙工程为混凝土防渗墙，防渗墙轴线在坝轴线上，墙体厚度0.6m，墙底伸入基岩以下0.5m，主坝最大平均深度为28.6m，成墙面积工程量为15457m2。

1.2 水文地质条件

工程区处于亚热带季风性湿润气候区，多年平均气温16.4℃，多年平均风速1.7m/s。梅川流域多年平均降雨量1330.6mm，其中5～7月为降雨集中期，约占全年降雨量的45%。5～10月为常水期;12～4月为枯水期。

水库区地貌属大别山南部低山区，坝址位于梅川河上游，地貌上呈山谷宽缓河谷特征。坝址段梅川河流向自北向西南，河道约宽300m。库区横岗山主峰高程为694m。坝址区为构造剥蚀丘陵地形，山顶呈浑圆状，高程约50～100m。主坝右岸山体高程72.8～110m，地形坡度约15～20°。主坝背水侧为鱼池，地面高程约为20～51m。

2 塑性混凝土防渗墙施工

2.1 防渗墙设计要求及参数

主坝防渗墙技术要求:成墙厚度0.6m，墙体28天抗压强度不小于2.6MPa，弹性模量小于500MPa，抗渗等级W6，渗透系数K小于1×10－7cm/s，允许渗透坡降不小于80。深入基岩标准:塑性混凝土防渗墙击穿覆盖层伸入下伏基岩0.5m。

2.2 防渗墙施工工艺及主要设备

防渗墙施工主要的工序为:施工准备、施工平台填筑、导向槽混凝土浇筑、造孔、清孔换浆、混凝土浇筑等。由于各个工程地基的工程地质条件不一样，所以防渗墙的设计要求也不一样，因此，在施工过程中要使用合适的造孔机械设备。此处主要介绍防渗墙的施工工艺及设备等。防渗墙的施工工艺流程如图1所示。

图1 主坝防渗墙施工工艺流程

2.2.1 施工导向槽

导向槽的断面为直角梯形，横断面顶宽45cm、底宽70cm，导向槽深1.2m，槽口宽度80cm。导向槽拟从地面下挖1.2m深，浇筑C15混凝土，底部各布3根φ18钢筋。防渗墙中段，深度较深部分，约占全长的1/5，除了在导向槽底部布3根钢筋外，在顶部各布2根φ18钢筋。导向槽结构如图2所示。

2.2.2 防渗墙槽段划分

图2 导向槽结构(单位:cm)

主坝混凝土防渗墙分两期(即两序)施工，每个单槽分主、副孔造槽。槽段的划分除了考虑地层、浇筑能力等因素外，主要受灌浆管间距或接头孔位置的制约。根据设计要求，防渗墙内要预埋灌浆管，灌浆管的间距为2.0m。本工程防渗墙的槽段划分，根据设计要求，每个槽段长度均为5m。具体方案为:一期槽段长度为5.0m，采取“三钻两抓”，主孔长0.6m，副孔长1.6m;二期墙段长度为5.0m，亦采取“三钻两抓”(含两端接头孔)，主孔长0.6m，副孔长1.6m。施工前期，先按方案进行生产性试验，若地层和槽壁的稳定性较好，经设计与监理同意可将单槽段长度适当加大，以减少槽段接缝、加快施工进度。

2.2.3 造孔

防渗墙造孔设备为 CZ—22型冲击钻机和SB650型液压抓斗，本工程采用冲击钻与液压抓斗结合的方法进行施工。冲击钻机与液压抓斗相互结合，可以优势互补、提高工效，适合各种地层的成槽施工。按照槽孔划分，先施工 Ⅰ期槽孔，再施工Ⅱ期槽孔。“三钻两抓”的施工工艺流程如图3所示。

图3 三钻两抓法成槽工艺流程图

2.2.4 清孔换浆

采用泥浆净化机来清孔，从远离回浆管的一侧清理至靠近回浆管的一侧，槽内的泥浆通过排浆管导入泥浆净化机，经过其处理后，泥浆返回到槽内。

清孔换浆结束1h后，应达到下列清孔标准:孔底淤积厚度不大于10cm;当使用黏土泥浆时，孔内泥浆密度密度不大于1.3g/cm3，黏度不大于30s，含砂量不大于10%;当使用膨润土泥浆时，应通过试验确定。

2.2.5 防渗墙混凝土浇筑

a.导管与安装:防渗墙混凝土采用提升导管法进行泥浆下浇筑工艺。导管内径为203mm。根据槽段的长度，每个单槽浇筑时，设2或3套导管。导管采用汽车吊下放和提升。槽孔内导管的间距不大于3.5m，一期槽段的导管距槽端的距离不大于1.0～1.5m，二期槽端的导管距槽端为1.0m，导管底口距槽底控制在15～25cm范围内。

b.混凝土浇筑:采取“压球满管法”进行浇筑，从低处浇起。即在开浇之前，把隔离塞球安放在导管上口，在导管口集料斗，注满水泥砂浆，并在开浇时，用水泥砂浆将塞球压入导管底，随着筑入混凝土，提动导管，让塞球与导管脱离，使得导管埋在混凝土内。

c.墙体浇筑施工技术要求:导管埋入混凝土的深度不得小于1.0m，且不宜大于6.0m;混凝土面上升速度不应小于2m/h;混凝土面应均匀上升，各处高差应该控制在0.5m以内;隔30min，测量一次槽孔内混凝土面深度，至少每隔2h测量一次导管混凝土面的深度，并填绘混凝土浇筑指示图，核对浇筑方量;槽孔口应设置盖板，避免混凝土散落槽孔内;不符合质量要求的混凝土严禁浇入槽孔内。

2.2.6 基岩顶面确定

对于嵌入基岩的防渗墙，孔底基岩鉴定十分重要，正确确定基岩顶面高程直接关系到防渗墙的防渗效果。

基岩顶面可按以下方法确定:

a.根据防渗墙中心线的地质剖面图，求出基岩面的预计深度，当孔深即将靠近此深度时，开始取样，然后根据取样的岩性确定基岩面。

b.对照邻孔基岩面高程，并参考钻进情况确定基岩面。

c.通过一期槽端孔的先导孔，校正和补充防渗墙中心线地质剖面图，为预计基岩面深度提供可靠的参考依据。

d.加强观测，特别是在快达到预计的基岩面的时候，注意钢丝绳钻进的感觉，判断是否达到基岩面。同时勤捞渣，并观察泥浆中岩渣的性质，如岩渣的颗粒大小、色泽及含量等，判断槽底基岩的情况。

3 塑性混凝土防渗墙质量控制

3.1 过程控制

严格遵循SL 174—96《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》的要求，控制塑性混凝土防渗墙的施工流程。参照规范里的项目检测，结合本工程实际，指定出如下表所列的工程质量检测项目。

工程质量检测项目表

3.2 质量检查

为了能够正确地反映出防渗墙墙体的质量，应该在成墙后的28天进行墙体质量检查。主要检查的内容包括:墙体物理力学性能指标、墙段接缝和可能存在的缺陷。墙体检查的方法包括:钻孔取芯法、注水试验法、无损检测法，如超声波法和弹性波透射层析成像法等。

4 结论及建议

a.工程严格按照《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》的要求进行施工质量控制，使得导向槽混凝土浇筑、造孔、清孔换浆、混凝土浇筑等工序得到很好的控制，从而保证了塑性混凝土防渗墙的质量。使得防渗墙的总体质量达到设计要求。

b.塑性混凝土防渗墙是目前在水利工程中普遍采用的一种防渗措施，它在减少渗流、坝体稳定等方面都发挥着重要作用。在一定意义上，防渗墙的工程质量决定着整个坝体的工程安全。然而防渗墙的质量既取决于设计和施工的合理，又取决于整个施工工艺流程中的质量管理和监督。因此，有效的管理和监督机制再加上合理的设计和施工工艺，必定能锻造出总体质量优良的塑性混凝土防渗墙。

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