某堤防加固工程中混凝土防渗墙施工技术及优化

摘要：结合某堤防加固工程中的混凝土防渗墙施工，介绍了堤防加固中的混凝土防渗墙施工技术及施工过程中所采取的优化措施，为同类型防渗墙施工提供一些参考。

关键词：堤防；混凝土防渗墙；优化

1 概述

混凝土防渗墙是利用钻孔、挖（铣）槽机械，在松散透水地基或坝（堰）体中以泥浆固壁，挖掘槽形孔或连锁桩柱孔，在泥浆下浇筑混凝土，筑成的具有防渗性能的地下连续墙，主要分为钢筋混凝土防渗墙和塑性混凝土防渗墙。

2 工程概况

某堤防工程位于北江中游，是某大型枢纽的重要组成部分，为4级建筑物，设计洪水标准为100年一遇（P=1%），堤顶全长3610m，保护区面积41.4平方公里，人口1.2万人。

由于堤防在运行过程中堤后发生管涌险情，并且存在堤基抗滑稳定隐患、堤后沼泽化严重，部分堤身沉降及渗漏严重，透水层主要以冲积砂层（顶板高程0～12.2m，厚5～15m）及含泥砂卵砾石层（顶板高程6～8m，厚3～10m）为主，因此设计采用塑性混凝土防渗墙对堤基及堤身进行防渗处理，共需完成防渗墙97510m2。

3 布置形式及设计指标

防渗墙轴线位于堤下0+6.07m，设计墙顶高程28.7m，现状堤顶高程29.2m，由于原堤顶宽度为7.0m，不能满足混凝土防渗墙的施工作业面宽度要求，同时考虑对原有堤身进行培厚，因此设计方案将原堤身在背水侧培厚8.0m，坡比为1∶2.5，堤顶宽度变为15.0m，可满足防渗墙施工作业要求，具体布置形式如图1所示。

本工程设计要求防渗墙墙厚60cm，墙底进入相对不透水层1.0m，墙体材料为塑性混凝土，28d的抗壓强度为1.0～5.0MPa，渗透系数变化范围在n×10-6～n×10-8cm/s。

图1 防渗墙布置示意图

4 施工流程

本工程防渗墙施工时的工艺流程如图2所示。

图2 防渗墙施工工艺流程

5 施工方法

（1）成槽

采用“抓取法”成槽，每槽孔分三抓进行，采用上海金泰SG35型液压抓斗施工。开抓前检查机具设备是否状态良好，泥浆制备是否充足，水电管路是否畅通，以确保正常工作。成槽时按测量放样位置停好机位，调整斗体与导槽的相对位置，经测量复核满足相应要求要求后开始抓槽，成槽顺序如图3所示。从抓槽开始至结束，导墙内的泥浆应保持在导墙面以下30～50cm。

图3 成槽顺序示意图

在抓斗工作期间，配一台挖土机，及时清理抓出的泥土，并装入自卸汽车运至指定弃渣场。

在成槽过程中，机械操作要平稳，严格控制抓斗的垂直度及平面位置，尤其是开槽阶段，仔细观察监测系统，任意方向偏差超过允许值时，立即进行纠偏。另外针对厚砂层及卵石层易产生坍塌的情况，特制定以下措施：

① 减轻地表荷载：槽壁附近堆载不超过20kN/m2，起吊设备及载重汽车的轮缘距离槽壁不小于3.5米。

② 控制机械操作：抓斗械操作要平稳，不能猛起猛落，防止槽内形成负压区，产生坍孔。

③ 强化泥浆工艺：采用优质膨润土制备泥浆，并配以CMC增粘剂形成致密而有韧性的泥浆止水护壁，并以重晶石适当提高泥浆比重，保持好槽内泥浆水头高度，并高于地下水位1米以上。

④ 缩短裸槽时间：抓好工序间的衔接，使成槽至浇灌完混凝土时间控制在24小时以内。

（2）清槽换浆

成槽以后，先用抓斗抓起槽底余土及沉渣，再用泵举反循环吸取槽底沉渣，在灌注混凝土前，利用导管采取泵吸反循环进行二次清槽并不断置换泥浆[2]，清槽后测定槽底以上0.5～1.5m处的泥浆比重应小于1.3，含砂率不大于8%，粘度不大于35S，槽底沉渣厚度小于100mm[1]。

（3）混凝土浇筑

混凝土从拌和楼出机后采用混凝土搅拌车直接运送至浇筑地点。防渗墙采用泥浆下导管法浇筑混凝土成墙的施工工艺，施工前导管在地面作密封性实验，压力控制在0.6-0.7MPa。每段设置2套导管，两套导管间距不宜大于4m，导管距槽端头不宜大于1.5m；导管提离槽底大约15～25cm之间；当槽孔底部高差大于25cm时，导管应布置在其控制范围的最低处[1]。灌注前利用导管进行泵吸反循环二次清底换浆，并在槽口上设置挡板，以免混凝土落入槽内。

浇筑混凝土时，以充气球胆作为隔水栓，混凝土搅拌车直接把混凝土卸到导管上的漏斗内，并确保首批混凝土灌入后埋管深度不小于1.0m，后续灌注速度控制在4～5m/h。灌注时各导管处要同步进行，保持混凝土面呈水平状态上升，其混凝土面高差不得大于500mm。灌注过程中，要勤测量混凝土面上升高度，控制导管埋深在2～3米之间，灌注过程要连续进行，中断时间不得超过40分钟，灌到墙顶位置要超灌0.5米。

6 针对透水层的成槽措施

在堤基透水层成槽时，泥浆往往会大量渗漏，造成泥浆面迅速下降，甚至引起槽孔坍塌，为防止上述现像发生，成槽时采取了以下措施：

1、准备足够的堵漏材料和设备，例如粘土、水泥、水玻璃、灌浆设备。

2、缩短槽段长度，采用间隔（2-3个槽段）施工，逐渐合拢的施工方法。

3、采用粘度高、造壁性好、比重小的膨润土泥浆，并适当加入堵漏剂。

4、在挖槽过程中，出现漏浆时，向槽内投放粘土球、风化砂、小石、膨润土粉、膨胀剂、锯末等，使其在抓斗冲击挤压下（如果一次投放不能堵漏，则反复进行数次），堵住漏浆通道。必要时可投入一定数量的水泥，使泥浆迅速变稠，降低流动性。

7 施工过程中的优化措施

本工程的防渗墙要求在2015年的3月31日前完工，由于防渗墙施工前要先进行堤身培厚，为防渗墙提供作业平台，导致防渗墙于2014年11月底才开始施工，同时去除春节影响，有效的施工时间只有100天时间，在此期间内要完成97510m2的防渗墙施工，施工强度非常高。经过认真研究，在施工过程中对原方案中的槽段长度、接头处理两个方面进行了如下优化：

（1）槽段长度

原设计方案中的一个槽段划分为6.0m长，总计划分了602槽段，而本工程选用了上海金泰的SG35型液压抓斗，抓斗最大抓取宽度为2.7m，按每槽三抓计算，抓槽的有效长度可以达到7.0m，但考虑每槽段灌注混凝土时架设两套导管，因此单槽长度控制在6.5m比较合适，如此一来，总计划分556槽，较原设计方案少了46槽，且同样按三抓成槽，即提高了单槽施工效率也减小了槽数，缩短了工期。最后经研究决定按每槽6.5m长，且分三抓进行施工。

（2）接头处理

原方案中防渗墙一、二期槽段接头采用“接头管”法进行施工，这种方法在灌注一序槽的混凝土前需进行埋管，同时还要根据混凝土的凝结情况及时拔管，这两个工序要动用汽车起重机、液压拔管机，经过测算每个一序槽的接头处理需要消耗近5个小时的时间，不能满足本工程如此高强度的作业要求。因此经过多次试验后决定，在抓二序槽第一、第二抓的同时，利用抓斗斗体两侧的切土刀直接切削一序槽端部的方式来处理一、二序槽段的接头，这样可以在挖槽的同时将一序槽端部混有泥浆的混凝土切除，即保证了接头质量也节省了接头处理的时间。

通过上述两方面的优化，使防渗墙的施工速度大大提高，在2015年3月22日圆满地完成了防渗墙施工任务，而且比原计划提前10天。

8 效果检查

根据规范要求，本工程的防渗墙采用注水试验检查防渗效果，每20个槽段[1]做一次注水试验，共钻注水孔28个，钻孔位置在墙段内或墙段接头处。经检测，渗透系数K均在n×10-6～n×10-8cm/s范围内，满足设计要求。

9 总结与体会

（1）在易产生塌孔的地层中施工混凝土防渗墙时应提前做好应对措施，特别是在成槽过程中要注意成槽深度增大的速度，如果突然深度增大缓慢，此时应考虑有塌孔情况发生，及时采取相应措施。

（2）在透水地层中成槽时，也应提前做好应对措施，同时要多注意观察迎水面一侧水体的颜色，如果水体突然变渾说明已经发生漏浆，要及时采取措施。

（3）通过对槽段划分长度的调整可以证明，合适的槽段长度是充分发挥机械设备效率的一个主要因素，在同类工程中应予以重视。

（4）本工程所采用的接头处理方式省时省力，但为确保接头质量，必须控制好一、二序槽的垂直度。

10 结束语

混凝土防渗墙施工在我国已经较为普遍，但如何在复杂且特殊的地层中优质、高效地完成施工任务，值得我们去探索。本工程通过采取了一些特殊地层的应对措施，同时优化了槽段划分及接头处理方式，在工期如此紧张的情况下，按要求完成了防渗墙施工任务，其中一些做法值得在同类防渗墙施工中大力推广。

参考文献：

[1]《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》SL174-2014.北京：中国水利水电出版社，2014年

[2]水利水电工程施工手册编委会编《水利水电工程施工手册（第1卷地基与基础工程）》.北京：中国电力出版社，2004年

作者简介：

季骅：男，（1984-）工程师，从事水利水电工程施工管理工作。