防渗墙在三汊湾水利枢纽工程中的应用

董小卓，张德泉，沈宏斌

（1.南京市水利规划设计院有限责任公司，江苏南京210006；2.六合区水利局，江苏南京211500；3.六合区机电排灌总站，江苏南京211500）

防渗墙在三汊湾水利枢纽工程中的应用

董小卓1，张德泉2，沈宏斌3

（1.南京市水利规划设计院有限责任公司，江苏南京210006；
2.六合区水利局，江苏南京211500；3.六合区机电排灌总站，江苏南京211500）

本文介绍了目前水利工程中常用防渗墙的特点，重点介绍了素混凝土地下连续墙和高压旋喷桩的优缺点、施工方法、质量检测方法和结果。结合三汊湾水利枢纽的实际情况，将船闸闸首素混凝土地下连续墙修改为高压旋喷桩，解决了节制闸新墙与老竹筋板桩间的连接处理。

防渗墙；地下连续墙；高压旋喷桩

1 水利工程常用防渗墙介绍

目前水利工程中常用防渗墙有钢筋混凝土板桩、水泥土搅拌桩、素混凝土地下连续墙、高压旋喷桩等。

（1）钢筋混凝土板桩形状长而扁，一般采用锤击方法施工，振动与噪音大，沉桩过程中挤土作用大，局部提高地基承载力。板桩需提前预制，设计强度达到70%时方可起吊，达到100%时方可运输，施工工期长。其缺点是桩间接缝处易渗水，桩底水平度难于控制。

（2）水泥土搅拌桩是利用水泥浆与原土通过叶片强制搅拌形成墙体的技术，一般采用“四搅两喷”工艺，可用多头小直径搅拌桩施工机械，一机多个小直径钻头同时钻进，施工工效高、造价低，但防渗效果一般。

（3）素混凝地下连续墙是利用挖槽机械，采用泥浆护壁，在地下挖出窄而深的基槽，并在其内浇注混凝土，施工时振动小、噪音低，墙体刚度大、整体性好，施工速度较快，但施工设备和工序多。

（4）高压旋喷桩是利用高压泵将水泥浆液通过钻杆端头的特制喷头，以高速水平喷入土体，借助液体的冲击力切削土层，使土体与水泥浆充分搅拌混合凝固。插管与钻孔两道工序合二为一，施工工序少、设备小、速度快，但造价高，通常采用设备较小的单管旋喷法施工，可以作为大设备施工的补充。

目前多头小直径水泥土搅拌桩（墙厚0.3m）价格约为200元/m2，钢筋混凝土板桩（墙厚0.25m）和C 20素混凝土地下连续墙（墙厚0.3m）价格约为450元/m2，高压旋喷桩（墙厚0.4m）价格约为600元/m2。

2 节制闸地下连续墙布置和施工

节制闸的防渗主要有三个方面:（1）节制闸的正向防渗；（2）节制闸的侧向绕渗；（3）翼墙的自身防渗。三者防渗长度需同时满足规范要求，才能确保防渗安全。

三汊湾节制闸基底持力层为④粉土质砂（中密），中等透水。考虑到防渗和质量控制效果好，采用地下连续墙防渗，墙体为厚0.3m和长4m的C 20素混凝土。节制闸地下轮廊线见图1。

2.1 地下连续墙布置方案一

方案一是地下连续墙布置在上下游第一节翼墙和闸室的底板下面。翼墙为圆弧布置，地下连续墙圆弧走向施工困难，墙走向交接处和伸缩缝不在同一面，闸室部分有T型接头，见图2；翼墙和闸室间的垂直止水应深入闸室地下连续墙沥青槽中，并与水平止水连接。

2.2 地下连续墙布置方案二

第一节翼墙采用空箱加扶壁的结构，自身防渗长度满足要求。方案二是地下连续墙布置在岸墙和闸室的底板下面。地下连续墙直线施工简单，岸墙和闸室间增设一道垂直止水，同样深入闸室地下连续墙沥青槽中。经计算侧向防渗长度满足要求，地下连续墙工程量减少192m2，投资节省8.64万元，并缩短施工工期。见图3～图5。

图1 节制闸地下轮廓线图

图2 地下连续墙平面布置方案一

图3 方案二地下连续墙平面布置图

图4 方案二地下连续墙立面图

图5 地下连续墙接头图

2.3 地下连续墙主要施工方法

地下连续墙施工主要工序包括测量放线、导墙施工、地下墙成槽、清基和水下混凝土浇筑。

混凝土防渗墙采用薄壁液压抓斗机抓土成槽，开槽过程中采用泥浆固壁。泥浆采用2m3卧式泥浆搅拌机拌制泥浆，泥浆输送采用4P N泥浆泵，清孔换浆和浇筑时置换出的泥浆通过排污泵回收到沉淀池，经过净化后再投入使用。混凝土浇筑采用泥浆下直升导管法，混凝土通过受料斗入仓，浇筑时，导管应连续上升，且控制速度不能太慢，严禁突提，以防出现泥浆夹层。

墙段连接采用“接头管法”。一期槽孔清孔换浆结束后，在槽孔端头下设接头管，由履带吊机分节吊放，拼装后垂直插入槽内，接头管的中心线与槽段分段线相吻合。根据槽内混凝土初凝情况逐渐起拔接头管，在一期槽孔端头形成接头孔，二期槽孔浇筑混凝土时，接头孔靠近一期槽孔的侧壁形成圆弧形接头，墙段形成有效连接［1］。

3 方案比较和施工方法

3.1 地下连续墙方案的难点

本次船闸是加固改造，原闸室保留利用，老闸室墙为直立式连拱挡土墙，隔墙采用浆砌块石，墙间用预制混凝土联系梁，拱圈采用预制混凝土，底板采用钢筋混凝土［2］。

采用的0.3m厚的素混凝土地下连续墙方案，难点主要有以下几个:

（1）解决不了新墙与老竹筋板桩间的连接处理。

（2）施工时需要开槽，担心开槽距离闸室太近，产生位移变形，影响闸室墙的稳定。

（3）施工设备大而多，需要抓斗式履带设备、吊装设备和混凝土泵车等。大型设备的碾压会对闸室的稳定产生影响，尤其施工面小，担心设备对闸室墙的碰撞。

3.2 高压旋喷桩方案的优点

采用φ 600mm的高压旋喷桩方案，成墙厚度为0.4m，缺点是工程造价高，优点主要有以下几个:

（1）解决了新墙与老竹筋板桩间的连接处理。

（2）施工时不需要开槽，对周围的土体形成挤压，不影响闸室墙的稳定。

（3）施工设备小而少，不会对闸室墙产生碾压和碰撞。

（4）施工速度快，能有效解决工期紧的难题。

经比较论证，将原船闸下素混凝土地下连续墙修改为高压旋喷桩，同时解决了节制闸的新墙与老竹筋板桩间连接处理，见图6。

图6 新墙与老竹筋板桩连接处理图

3.3 高压旋喷桩主要施工方法

钻至设计深度后，拌制水泥浆液，开启高压泥浆泵和空气压缩机，同时从钻杆送入高压水泥浆和压缩气体，从喷管底部的喷嘴喷出，待孔口返浆后钻杆边旋转边提升，直至设计高程。主要施工要求如下:

（1）高压泥浆泵注液压力≥20Mpa，施工中确保管路系统的通畅和封密。

（2）旋喷提升速度控制在10～25cm/min左右，旋转速度10～20r/min。

（3）水泥浆液的高压喷射作业不得停喷或中断，孔口须保持返浆。

（4）高压旋喷防渗墙施工按照两序孔的施工顺序进行施工，相邻两孔的喷射间隔不少于24h，桩间距0.44m。

4 防渗墙质量检测方法和结果

4.1 检测方法

（1）无侧限抗压强度是试样在无侧向压力条件下，抵抗轴向压力的极限强度。切取原状土样，试样的高度与直径之比采用2.0～2.5。

（2）渗透系数试验采用变水头渗透试验法。设备主要部分为三轴压力室、围压加载装置、水头测读装置。

（3）高速探地雷达检测防渗墙的连续性。检测路线范围沿着防渗墙的墙顶布置。根据现场采集的资料特点，建立数据处理流程:预处理→数据回放→编辑处理→速度分析→滤波、反褶积→能量均衡→偏移→图形处理→成像显示。

4.2 检测结果

（1）高压旋喷桩渗透系数满足不大于（1～5）× 10-6cm/s要求，28d龄期的无侧限抗压强度满足大于1Mpa要求。内部均未见大面积的明显不连续异常，层间也未见明显孔洞等现象，所检测的防渗体雷达波相位连续，振幅基本稳定，无反射面，未发现明显的缺陷。

（2）素混凝土地下连续墙强度满足设计C 20的强度要求。在地下连续墙与老竹筋板桩间的连接处不连续，后采取在临水侧加补两根φ 600mm的高压旋喷桩。

5 结论

（1）素混凝土地下连续墙防渗和质量控制效果好，但解决不了新墙与老竹筋板桩间的连接处理，同时施工设备大而多，施工工期长。

（2）高压旋喷桩能较好地解决了新墙与老竹筋板桩间的连接处理，施工设备小而少、工期短，但工程造价高，通常采用设备小的单管旋喷法施工，可以作为大设备施工的补充。

（3）在满足防渗要求的情况下，防渗墙可布置在岸墙和闸室的底板下，直线施工方便且节省工程投资和工期。

（4）由于底板厚度不同造成防渗墙的高程不一样，防渗墙之间的垂直止水应伸入高程低的防渗墙沥青槽中，否则将会在高低墙顶间形成渗漏通道。

（5）结合不同的工程情况，尽量选择一种适合的防渗墙，也可选择两种防渗墙的结合，充分发挥各自的优势，最终要确保防渗墙这种隐蔽工程的施工质量，加强质量检测。

［1］林建洪.纯抓法成槽混凝土防渗墙在北溪南港节制闸加固中的应用［J］.人民珠江，2006（01）:32-34.

［2］董小卓，赵一晗，张义军，张峰.三汊湾船闸加固改造设计［J］.水利水电技术，2014（05）:80-82.

TV543

B

1672-2469（2015）10-0104-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.10.33

董小卓（1982年—），男，工程师。