观上水库大坝混凝土防渗墙施工技术

王存寿

（山西省原平市观上水库管理处，034102，原平）

一、工程概况

观上水库位于山西省原平市城区西南15km的永兴河干流上，是一座以城镇防洪、农业灌溉、城市供水为主，兼顾养鱼、旅游等综合效益的中型水库。水库枢纽主要由大坝、溢洪道、灌溉洞3部分组成。大坝为水中填土均质坝。溢洪道位于大坝左岸距坝端100m处，为岸边有控式溢洪道，设1孔深孔闸门，设计最大泄量474.0m3/s。水库下游防洪保护范围12.0km2，有京原铁路、北同蒲铁路、朔黄铁路、大西高速铁路、108国道、大运公路、京原高速公路及通信光缆等交通和通信干线，还有3个乡镇23个村庄1.5万人口及0.19万hm2耕地防洪任务。观上水库由于主体工程建设标准低，加之运行年久，水库安全等级低下，经鉴定水库综合安全级别为三类坝。为消除观上水库安全隐患，充分发挥其防洪、灌溉、供水等综合效益，经山西省发改委批复，近年对水库进行了除险加固。

二、大坝存在的问题及改造内容

1.存在的问题

原大坝为均质土坝，修建时未进行坝基处理，存在坝体干容重偏低、坝基渗漏及有轻微管涌现象、坝坡损坏严重、下游坝坡排水不满足要求等问题，渗流形态安全性为B级。

2.改造内容

新建混凝土垂直防渗墙，以减少水库渗漏量，解决坝基、坝体的渗透稳定问题；同时进行坝顶加固、上游干砌石护坡翻修、下游护坡改造等，从而提高大坝的安全等级和美观性。

三、新建混凝土防渗墙设计要点

本项目工程等别为三等，土坝混凝土防渗墙级别为3级，布置于原坝轴线上游2.66 m处，平行于坝轴线；墙型为连续槽板式柔性混凝土防渗墙，长度 487.62 m、厚度 0.80 m，墙顶高程933.44 m，钻孔最大深度38.60 m；水泥选用P.O42.5普通硅酸盐水泥，以当地黏土为塑性材料；防渗墙墙底深入坝体基岩面以下1.0 m。完工后坝顶宽度增加为5.16 m。

四、新建混凝土防渗墙施工

经公开招标，山西省水利建筑工程局中标承建观上水库除险加固混凝土防渗墙工程，中标价1 431万元。

1.泥浆系统

本项目所用泥浆包括防渗墙造孔泥浆和塑性混凝土用泥浆，因对两种泥浆的要求不同，故设立两座泥浆拌和系统，并在泥浆拌和系统旁设立黏土储料场。

（1）造孔泥浆供应系统

在大坝下游空地上建200 m3的泥浆储备池、泥浆回浆池各一座。搭建400 m2泥浆搅拌工棚，配置4台1.5 m3泥浆搅拌机，4台泥浆泵24小时不停地向坝顶槽孔供应泥浆。造孔泥浆供应管路为3寸钢管，沿坝轴线铺设，每20 m设一泥浆供应阀门，以及时满足各施工槽孔所需泥浆。

（2）塑性混凝土浇筑泥浆供应系统

为满足塑性混凝土的黏土掺和要求，在造孔用泥浆池旁新建一座200m3的混凝土浇筑专用泥浆池，配置泥浆泵，一台3 m3空压机，设置400 m2混凝土专用黏土储料场及送浆管路等。

2.混凝土拌和系统

在大坝下游配置一套生产能力为45 m3/h的组合式混凝土搅拌站，主机采用JS750强制式双卧轴搅拌机，配备1台三斗电子自动配料器、1台装载机、1台混凝土输送泵及2座150 t水泥罐。拌和系统采用自动化计量装置，全部实行计算机控制。

3.钢木加工厂

在大坝下游布置钢木加工厂，配备所需设备，负责导向槽等工程的钢筋、模板制安工作。

4.施工平台

主要包括：导向槽、钻机平台、倒渣平台、排渣沟等。

5.先导孔

为进一步掌握工程地质情况，对施工地层进行复勘，确定各地层界限，绘制准确的地质剖面图，提供合理的防渗墙施工参数，本项目进行了10个先导孔的施工，完成造孔进尺350.34 m。先导孔的施工及成果分析为本项目采取泥浆、锯末固壁，减少回钻进尺等措施，为合理解决复杂地质条件下的施工的问题提供了科学依据。

6.主要施工工序

本项目采用冲击钻机凿孔、混凝土泵灌注、机械化作业方式，主要工序有：施工准备、泥浆制备→冲击造孔→泥浆固壁→槽孔验收→清孔换浆→清孔验收→下导管、设备校验、开仓准备→混凝土浇筑→接头孔处理→桩头凿除→防浪墙浇筑等。

（1）冲击造孔

①孔位确定。防渗墙全长487.62m，根据全长、槽孔深度、地质条件等进行槽段划分，前60个槽孔按8.0 m长划分，第61号槽孔长7.62 m。槽段划分后，用红漆将每个槽孔中心标于钻机平台道轨上，以便钻机施工定位。

②造孔施工。采用“两钻一劈”法造孔，主孔宽0.8m，副孔宽1.2m。防渗墙由多个单元槽段套接而成。槽段施工分两序，奇数槽为Ⅰ序槽，偶数槽为Ⅱ序槽。单元套接长度0.8m。造孔时，先Ⅰ序槽，后Ⅱ序槽；同一槽孔内先打主孔，后打副孔，最后劈小墙。终孔的孔深、孔斜要达到设计要求，且槽孔内无小墙。

（2）泥浆固壁

施工中严格控制泥浆的密度、粘度、含砂量。造孔过程中，始终保持孔内泥浆面在导墙顶面下30～50cm，以防塌孔。

（3）槽孔验收

成槽经施工单位项目部自检合格后，填写《槽孔验收合格证》，申请验收小组验收，合格后进入清孔换浆工序。

（4）清孔换浆

采用抽筒换浆法换浆，并确保清孔结束1小时后孔底淤积厚度、孔底泥浆密度、粘度、含砂量符合要求。

（5）混凝土浇筑

清孔质量验收后，在4小时内完成导管配置、导管安装、计量系统校验、泥浆质量校验、泵送系统安装等混凝土浇筑准备工作。

①混凝土拌制。观上水库塑性混凝土防渗墙主要技术指标：密度大于2.1 t/m3；初凝时间不小于8小时；终凝时间不大于48小时；抗压强度等级C5； 渗透系数小于 A×10-8cm/s；抗压弹模小于1.5 MPa；坍落度20～24 cm；扩散度 34～40 cm。

塑性混凝土所用黏土以泥浆形式加入。首先根据塑性混凝土配合比中黏土与水的比例搅拌泥浆，每次搅拌时间控制在1小时左右，确保黏土完全溶解。在泥浆出机口处检测泥浆密度、黏度、含砂量指标，符合要求后储存在泥浆池内。搅拌混凝土时，将泥浆池内的泥浆用空压机搅动，确保泥浆指标与按配合比搅拌的泥浆指标相近。根据每次搅拌的混凝土所需泥浆及进入混凝土搅拌系统泥浆的流量，利用混凝土搅拌控制器按时间控制泥浆的加入。混凝土搅拌采用集中拌制。

②混凝土浇筑。采用直升导管法浇筑。先往进料斗里注入适量的水泥砂浆，在储料簸箕内储存足够量的混凝土，一次进料确保挤出隔离球，并埋住导管底部。浇筑时连续作业，导管埋入混凝土中的深度控制在1～6m之间。同一槽孔内混凝土面保持均匀上升，各控制点高差控制在0.5m以内。上升速度不小于2m/h，浇筑过程中每30分钟测量一次槽孔内混凝土顶面深度，绘制混凝土上升曲线图，以指导浇筑施工和导管拆卸，控制混凝土浇筑质量。

当混凝土上升到距孔口10m左右时，沉积泥浆稠度增加，混凝土浇筑压差减小，浇筑困难增加，在孔口安装排污泵将泥浆排出，以保证混凝土浇筑到设计高程。

(6)接头孔处理

因塑性混凝土早期强度较低，待Ⅰ序槽浇筑完成24小时后，才可在其#1、#9孔的位置进行Ⅰ序槽与Ⅱ序槽的接头孔施工，接头孔的搭接厚度不小于墙厚的2/3（54 cm）。Ⅱ序槽清孔结束前，清除接头孔壁的泥浆，即用钢丝刷钻头对接头孔进行刷洗，直至钢丝刷钻头不带泥屑，孔底淤积不再增加，方可进行混凝土浇筑。

（7）桩头凿除

成墙后，用人工凿除桩头，补浇黏土混凝土至设计高程。

五、质量问题及处理

1.槽孔纠偏

防渗墙造孔孔斜直接影响防渗墙的连续与防渗效果，当孔斜超出技术规范要求或斜率较大时，要对孔斜进行纠偏。本项目采用了扩孔、重新造孔、劈小墙等纠偏方法。

（1）扩孔

将施工钻头直径加大，从而增加墙厚，保证墙体搭接厚度及其连续性。

（2）重新造孔

先用较坚硬的石块回填槽孔，石块不宜太大；然后进行重新造孔。重新造孔进尺不宜太快，发现孔斜时应再次回填石块重复造孔。

（3）劈小墙

当孔斜纠偏较困难时，可先劈两边的小墙，然后再用钻头对其进行修孔。劈小墙要保证其孔斜率较小。

2.槽孔坍塌处理

因实际地质条件与设计相差较大，坝体中碎石夹层较厚，且原坝体曾进行过黏土灌浆，破坏了坝体土的结构，致使本项目施工中普遍存在槽口坍塌现象。对此，采取了设钢管密集桩、加深导向槽、改善泥浆固壁效果（加膨润土）等施工方法。对坍塌严重的4个槽孔，为保证施工机械、人员及大坝坝体的安全，进行了黏土回填重新造孔。

3.卡钻问题处理

本项目对卡钻问题主要采取了钢丝绳套取的方法。即先探明钻头位置，用钢丝绳套将其套牢，利用冲击钻机滑轮组或油压千斤拔拉出钻头。对卡钻无法取出且已伸入基岩不影响防渗效果的，不予采取后期措施。卡钻未伸入基岩时，对其受影响的部位采取帷幕灌浆等方法处理。

六、效果分析

观上水库除险加固前后每年有36组（每月观测3次）的浸润线对比观测数据，整理归纳大坝混凝土防渗前后浸润线观测对比数据后得出结论：大坝进行混凝土防渗后，浸润线高程明显下降，渗流量明显减小，起到了应有的防渗作用。