塑性混凝土防渗墙若干施工改进措施及事故处理

贡介全　郝松臣

【摘要】混凝土防渗墙广泛应用于土石坝除险加固工程中，是病危水库除险加固的一种比较常见、有效的方法。本文对施工中的导向槽设计、特殊地层钻孔技术、卡钻处理做了论述。

【关键词】 混凝土防渗墙；导向槽；钻孔技术；槽段坍塌；卡钻处理

塑性混凝土防渗墙具有变形模量低、可在与周围土体变形保持基本协调的情况下而不开裂、以及防渗性能有保证等相对于刚性混凝土及其他混凝土防渗墙所不具备的良好特性，是水库大坝基础防渗处理的一种常见方法。通过对若干水库混凝土防渗墙等工程的实践，对提高防渗墙施工技术作了一些尝试性改进，在导向槽制作、特殊地层钻孔技术、槽段坍塌、卡钻处理等方面具有一定的先进性。

1. 常用的导向槽结构形式

按照目前的混凝土防渗墙的施工工艺，为了保持槽口的稳定，导向槽是必须的临时设施，其安全性是追求的目标，是保证工程顺利进行和施工企业取得经济效益的先决条件。

1.1目前常用的导向槽结构。为适应不同的地质条件，导向槽结构有多种形式，但一般情况下均采用“┓┏”形式的钢筋混凝土连续梁结构，与其它结构形式相比，它具有结构简单、施工方便、开挖和回填工程量小等优点。为了保持槽口稳定，在导向槽设计时同时采取其他配套措施：

1.1.1钢筋混凝土梁埋深1m，梁高0.7～0.8m，梁上架设定制钢槽板，钢槽板的上口用拉筋加以固定。

1.1.2当地层为河床砂卵石或人工填筑的强透水层时，为防止在钻孔时因漏浆引起坍塌，防渗墙轴线两侧各2m范围用粘土加以置换，置换深度一般为3m左右，粘土分层夯填密实。粘土回填至梁上口高程时，采用两次开挖的方式立模浇灌混凝土连续梁。

1.1.3在配筋时，按简支梁计算，计算长度为槽段长度加2m，荷载取最不利工况下的荷载，即梁上部地层的静荷载、设备自重、施工时设备的动荷载、其他非正常的荷载（如卡钻时反冲钻头的附加荷载）的组合。不计地基反力，按施工槽段梁以下全部坍塌考虑。

这种结构形式，在浙江地区奉化横山水库、乐清淡溪水库混凝土防渗墙工程中得到了应用，实践证明是安全可靠的。

1.2导向槽结构的改进设计。导向槽一般结构形式虽然安全可靠，但尚不经济，有较大的改进余地。

1.2.1在梁的断面设计时应充分利用地基的承载力。按照上述做法进行，梁的断面积大、配筋率高，因而制作成本高，同时拆除费用也大。

在实际施工过程中，当槽口不出现坍塌时，梁的竖向承载力是次要的，地基的承载力起主要作用，梁主要承受侧向压力。虽然也存在梁以下地层严重坍塌这种最不利状况，但极少出现，只要在钻孔时措施恰当，是可以避免的。况且，当出现这种不利工况时，即便梁可以承受上部荷载，同时采用一些措施可以勉强成槽，但由于浇筑的水下混凝土面积过大，也不符合结构设计的要求，所以当出现槽口严重坍塌这种情况时，应进行处理以后才能继续施工，在梁的断面计算时可以不考虑这种工况。

1.2.2取消梁上架设的钢槽板，采用适当增加梁的高度的办法同样可以增强槽口松散地层的稳定性。当钻孔过程中出现严重坍塌时，钢槽板后面的填筑料也将坍塌，槽板将失稳。为降低工程成本，连续梁采用薄壁钢筋混凝土结构，壁厚为20～25cm。

1.2.3遇强透水层时，不必用粘土进行置换。需要用粘土进行置换的原因是强透水层由于结构松散，极易因漏浆引起坍孔，但采用粘土置换也有其特点，（1）在开挖土料时易引起土地资源的破坏；（2）在填筑时往往由于工期和雨季等原因，填筑质量得不到保证，在钻孔过程中容易坍塌。所以正确的思路应该是在钻孔过程中采取适当措施，保持孔壁稳定。

1.2.4鉴于以上分析，在浙江地区如诸暨石壁水库、浦江通济桥水库等混凝土防渗墙工程施工中采用了上面的设计方法，大幅度减少了导向槽的制作工程量，缩短了施工准备时间，在整个施工过程中，结构安全稳定，取得了明显的经济效益。

2. 特殊地层钻孔技术

2.1强透水层。在混凝土防渗墙施工过程中经常遇到的强透水层一般有两种情况：河床浅层砂卵石地层；人工填筑的强透水层（如采用砂卵石填筑的施工围堰等）。在钻孔时，由于其结构松散、强透水性的特点，易引起孔内泥浆大量流失，导致坍孔。

为维持孔壁稳定，可采用以下常规措施以及在钻孔工艺上进行一些改进，以取得较好的效果。

2.1.1宜选用带侧刃的大刃脚十字形冲击钻头，钻头重量要大，冲程要高。

2.1.2使用粘性大、塑性指数高的粘性土制作泥浆。

2.1.3保持孔内有足够的水头高度，不断向孔内补充泥浆，保持一定压力防止因漏浆过量而坍孔。

2.1.4在大块石层中钻进时，要注意控制冲程和钢丝绳的松紧，防止孔斜。

2.1.5直接向孔内投放粘土，利用钻机冲击时钻头对孔壁的挤压作用，把孔内砂卵石夹粘性土挤进孔壁，达到密实孔壁、封闭渗漏通道的效果，增强孔壁的稳定性。

2.1.6采用层削法成槽。若主孔一次性钻进至设计深度后再施工副孔，由于地层松散，加上其两侧土体临空状态，在冲击时，孔内砂卵石将迅速崩塌，新增加了大面积渗漏通道，致使槽段内的泥浆可能迅速流失，导致坍孔事故。有的工程中虽采用了液压抓斗等先进机械设备成槽施工，减少了对孔壁的扰动，但也存在同样的缺点，若存在不良地层和不利地下水位等因素，也极易导致坍孔，采用层削法施工则可有效防止以上情况的发生。层削法是一种主孔钻进领先，副孔和小墙紧跟的成槽方法，它有利于孔壁密实和稳定，延长了泥浆和粘土填充孔壁空隙的时间，缩小了集中渗漏的面积。这样，即使存在渗漏通道，成孔过程有足够的时间采取措施加以处理，有效防止坍孔事故的发生。

2.2粘性土层。在以粘土心墙作为防渗体系的土石坝的除险加固工程中，往往需要在粘土心墙中修建混凝土防渗墙，针对这种特殊的地质情况，采用Y.K.C冲击钻机和GPS-10型回旋钻机联合施工是一种缩短工期、提高经济效益的有效方法。粘土层中，主孔和副孔采用回旋钻机成孔，小墙采用冲击钻机修整成槽；基岩采用冲击钻机施工。两种不同机型联合施工，起到了取长补短的作用，既发挥了它们的长处，又避开了它们的缺点。这项施工技术曾在奉化横山水库混凝土防渗墙工程施工中得到了成功应用。

与冲击钻机相比，粘性土层中采用回旋钻机钻孔具有十分明显的优势：

2.2.1工效高。可提高工效的3～4倍。

2.2.2孔型规则。由于对孔壁的扰动小，孔壁稳定，大幅度降低了混凝土浇灌的充盈系数。

2.2.3成本低。（1）設备本身的成本较低；（2）回旋钻机在钻孔过程中就地造浆，减少了泥浆制备费用；（3）减少了劳动力，降低了劳动强度。

2.2.4回旋钻机用于防渗墙钻孔，在性能上须作改进的是：（1）改变原有的行走系统，使之在Y.K.C冲击钻机轨道上移动方便，提高工效；（2）须提高钻具稳定性，可以通过两个途径来解决：一是提高机架的刚度；二是通过增加钻头重量等措施提高钻具在高速运转时的稳定性。

3. 事故处理

3.1槽段坍塌。在地层松散、孔隙率大、护壁泥浆指标不够及成槽工艺或方法不合理等情况下施工，易发生槽段坍塌。发生槽段坍塌后，可采用加大护壁泥浆的比重、粘稠度或向孔内直接投放粘土，增加槽孔泥浆面的高度等；坍孔严重时采用粘土或低标号混凝土回填，待坍孔地段稳定后再重新成槽。

3.2卡钻。Y.K.C冲击钻机在砂卵石或基岩中钻孔，易发生因孔壁掉块或操作不当等原因造成卡钻事故。出现卡钻事故时，应立即摸清卡钻原因，及时加以处理；当简易方法处理无效时，不应盲目处理，人为

增加后续处理难度，此时采用带专用钻头的回旋钻机处理是一种比较有效的方法。利用回旋钻机剔净卡钻部位的石块及沉渣，然后采用专用卡具把被卡钻头取出。钻头采用普通钢板弯制，做成喇叭形状，喇叭口的直径以不超过孔径为原则，并镶合金刀片。施钻前，钻机须对中，使喇叭口套住整个被卡钻头，施钻时，采用优质泥浆清除岩渣，当钻至被卡钻头的底部深度后，移掉回旋钻机，用专用的卡具把被卡钻头取出，卡具采用双开式抓斗的原理定制而成。

3.3采用上面这种方法处理的是钻头呈直立状态下的卡钻事故，钻头处于其他状态时可能不适用。但出现卡钻事故时，若非处理不当，绝大多数情况下，钻头总是处于直立状态，所以这种处理方法带有普遍的实用效果。

4. 结语

在以塑性混凝土防渗墙为抗渗体的大中型土石坝水库的除险加固工程中，随着塑性混凝土防渗墙技术的广泛应用，以及人们对混凝土防渗技术的不断改进，其施工技术将越发成熟，相信在不久的将来其技术应用水平必将得到更大的提高。

参考文献

[1]高钟璞等编著.大坝基础防渗墙.北京：中国电力出版社，2000

[2]白永年等编著.中国堤坝防渗加固新技术. 北京：中国水利水电出版社，2001

[3]顾晓鲁等编著.地基与基础.中国建筑工业出版社，2004