低弹模混凝土防渗墙在土坝加固中的应用——以衢州市为例

柳丹霞，张　健

(1.衢州市农村水利管理站，浙江　衢州　324000；2.金华市水利水电勘测设计院有限公司，浙江　金华　321017)



低弹模混凝土防渗墙在土坝加固中的应用
——以衢州市为例

柳丹霞1，张健2

(1.衢州市农村水利管理站，浙江衢州324000；2.金华市水利水电勘测设计院有限公司，浙江金华321017)

低弹模混凝土防渗墙具有防渗性能好，适应变形能力强的优点，广泛应用于土坝防渗加固工程。就低弹模混凝土防渗墙的施工工艺和质量检测等方面进行了论述，介绍了施工中应该注意的关键问题和解决方案。

混凝土防渗墙；防渗加固；应用

1　问题的提出

低弹模混凝土防渗墙是利用专用机械，在坝体中以泥浆固壁，挖掘孔槽并向孔槽内浇筑低弹模混凝土，形成具有防渗性能的混凝土连续墙[1]。由于低弹模混凝土掺加了膨润土，弹性模量比普通混凝土小得多，与周围坝体的变形模量相近，因而能很好地适应坝体变形，减少墙体内应力，有效地解决了普通混凝土防渗墙在水头作用下，出现应力集中而发生裂缝，影响防渗效果的问题。衢州市地处浙江西部，目前有中小型水库465座[2]，绝大多数为土坝。在近年来开展的水库除险加固工程中，龙游县社阳、开化县白渡等中小型水库大坝均采用低弹模混凝土防渗墙进行防渗处理，尤其是坝高大于25 m的土坝，取得了良好的防渗效果。

2　防渗墙设计

低弹模混凝土防渗墙的抗渗指标[3]主要根据大坝渗流计算与控制成果的要求确定。在中小型水库除险加固中，渗透系数k一般控制在n×10-6～n×10-7cm/s。防渗墙的厚度B根据其破坏时的水力梯度来计算，即：

(1)

式中：Jp为防渗墙的允许水力坡降；H为防渗墙承受的最大水头，m；Jmax为防渗墙破坏时的极限水力坡降；K为安全系数，国内一般采用K=5。

从衢州市辖区水库除险加固实例分析，低弹模混凝土防渗墙一般采用的设计指标：渗透系数K≤1.0×10-7cm/s；墙体厚度B=0.8 m；抗压强度10 MPa≤R28d≤12 MPa；弹性模量5 000 MPa≤E28d≤7 000 MPa；极限水力坡降Jmax≥200。

3　防渗墙施工

3.1施工流程[4]

低弹模混凝土防渗墙施工流程见图1。

图1　施工流程图

3.2施工要点

3.2.1施工平台

施工平台应满足防渗墙施工设备行走，宽度满足防渗墙浇筑要求。考虑到冲击式钻机的施工工艺对场地的要求，施工平台总宽应不小于11.0 m，上游侧设不小于5.5 m宽的钻机行走平台，下游侧平台主要用于行走重型机械设备、吊机以及修复钻头、出渣等，施工平台前缘设排浆沟，将废浆回收至泥浆池。在施工过程中，施工平台受重型机械的行走碾压，易导致的导墙变形破坏，影响施工。

3.2.2低弹模混凝土的原材料以及配合比

低弹模混凝土经验配合比数据较为缺乏，且已建工程低弹模防渗墙的配合比差异较大。因此，通过材料复核试验确定膨润土的掺入量以及混凝土的配合比，经济实惠地确保低弹模混凝土的每一项指标都能满足设计要求是低弹模防渗墙施工前的一个重大难题。目前，一般由设计单位事先根据工程实际情况通过试验确定配合比。

膨润土的掺入方式主要有：①干拌法：先将水泥、膨润土和砂石骨料混合干拌，然后加水进行搅拌；②湿拌法：先将膨润土加水搅拌成一定浓度的液体，然后加入砂石骨料和水泥进行拌合。从衢州的施工经验表明：采用湿拌法，膨润土分散均匀，不易结块，能增加塌落度的同时还能保证低弹模混凝土的拌合质量与试验结果相吻合。

3.2.3挖槽施工

混凝土防渗墙的槽孔在满足设计要求的前提下确保墙体的垂直度。目前常用挖槽工艺有钻劈法、钻抓法、抓取法和铣削法。水库防渗墙施工的造孔工艺主要采用钻劈法，即采用冲击式钻机造孔。成槽时先钻进主孔，后劈打副孔，劈打副孔时在相邻的2个主孔中放置接砂斗出渣。采用该法造孔，应注意选择合理的副孔长度，且开孔钻头直径必须大于终孔钻头直径。部分水库由于缺乏施工资料，坝下涵管弯曲不直、坝基存在断层等特殊情况未能及时发现，易出现槽孔漏浆、塌孔等异常情况。

3.2.4清孔换浆

清孔换浆，就是把槽孔里的泥浆换成满足施工要求的泥浆，否则易发生塌孔。清孔换浆前，应对造孔质量进行全面检查，检查合格方可施工。目前主要采用掏捞法进行清孔：用捞砂桶对每个槽孔进行反复掏捞换浆，直至孔底淤积厚度满足要求。清孔标准：清孔换浆结束后1 h，孔底淤积厚度不大于10 cm；使用黏土泥浆时，孔内泥浆密度不大于1.30 g/cm3，含砂量不大于10%。

II期槽孔结束前，应用钢丝刷子钻头分段清除接头混凝土孔壁上的泥皮和岩屑等，确保墙底和基岩接触带、相邻两段墙体垂直接缝以及墙体的混凝土质量。刷洗标准：刷子钻头上基本不带泥屑，孔底淤积不再增厚。

3.2.5防渗墙浇筑

混凝土浇筑采用“直升导管法”。导管组装完成后，应进行密闭承压试验，以免施工过程中发生破裂影响防渗墙浇筑。在开始浇筑后，应确保混凝土料能连续不断的进入导管漏斗，若因故中断，现场负责人员应根据具体情况及时采取应急措施进行处理。当所有的储料都顺利进入槽后，应测量槽段内混凝土的顶部高程，并及时核对混凝土分量是否与实际上升高度一致。等浇筑完成后，应及时拔出导管，并做好储料斗、导管、漏斗等浇筑设备的清理和冲洗工作，为下个槽段使用做好准备。

在浇筑过程中应及时做好各槽段的混凝土性能指标的统计和分析工作，发现存在的问题要作出调整分析意见和改进措施，并遵循下列规定[5]：导管埋入混凝土的深度不得小于1.0 m，不宜大于6.0 m；混凝土面上升速度不应小于2 m/h；混凝土面应均匀上升，各处高差应控制在0.5 m以内；至少每隔30 min测量1次槽孔内混凝土面深度，至少每隔2 h测量1次导管内混凝土面深度，并及时填绘混凝土浇筑指示图，以便核对浇筑放量；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；应防止入管的混凝土将空气压入导管内。

3.2.6墙段连接

低弹模混凝土防渗墙的墙段连接有接头管法、钻凿法和铣削法，目前采用较多的为钻凿法。这种接头法施工工艺简单，形成的接缝可靠。混凝土接头孔套打一般在I期槽段混凝土浇筑完成24 h后进行，在2段主孔位置用冲击钻再套打一整钻。套打过程中应勤放钢绳、勤抽砂、勤检查造孔质量。实践证明，接缝质量是混凝土防渗墙施工的重要环节，极易成为质量隐患。

4　防渗墙检查

低弹模混凝土防渗墙与常规混凝土防渗墙一样需进行混凝土质量检查和墙体质量检测，但在具体的检查方法上存在一定的差异。

4.1混凝土质量检查

混凝土质量检查是指对已浇筑的低弹模混凝土性能的检查，主要应包括抗压强度、渗透系数、弹性模量。由于低弹模混凝土的抗压强度低，不宜对坝体内的成墙混凝土进行钻芯取样，只能在防渗墙浇筑时，现场取样制成混凝土试块，用试块的试验结果反映防渗墙的实际性能指标。

4.2墙体质量的检查

墙体质量的检查主要是检查防渗墙的连续性和接头孔的接缝质量，判断是否存在断墙，墙体是否存在蜂窝等问题。目前常用的方法有钻孔取芯法、超声波法和地震透射层析成像(CT)法[6]。由于低弹模混凝土防渗墙的特殊性，建议采用超声波和地震透射层析成像(CT)法，以免对墙体造成损坏。

5　问题的处理

5.1孔槽的异常处理

5.1.1导墙变形

当导墙发生变形影响施工时，应对变形部位重新修筑，或者采取其他措施对施工平台进行加固。

5.1.2孔槽底部坍塌

由于水库坝体的特殊性，无法对地基土进行改良。因此，当孔槽底部发生坍塌时，应及时调整槽内泥浆配合比，避免坍塌加剧。必要时可采用黏土回填，以免影响大坝整体安全。

5.1.3地层漏浆

当地层漏浆时，应迅速投入备用黏土等堵漏材料，避免泥浆渗漏造成孔槽坍塌，必要时可回填槽孔。特别是在有坝下涵管位置不明且未封堵的水库，开槽前应找准涵管在坝中的位置并封堵，以免事故发生。

5.2防渗墙浇筑的异常处理

当导管发生堵塞、拔脱、破裂等异常情况时，应将导管全部拔出，清洗检查后重新安装下设；继续浇筑前必须检查混凝土面高程，确认导管插入混凝土深度不少于1.0 m。

5.3质量事故的处理

在混凝土浇筑过程中发生质量事故，可采取以下3种方式处理：

(1)对有质量问题的部位进行返工；

(2)在问题墙段上游补贴一段新墙进行补强；

(3)在需要处理的墙段上游面进行灌浆处理。当防渗墙底部清基不彻底，浇筑质量不满足要求时，一般采用灌浆处理。

当I、II期槽孔套接接头达不到设计要求的最小墙厚，也可采用上述方法进行处理。

6　结　语

低弹模混凝土防渗墙具有防渗性能好，施工速度快，无须放空库水施工等优点，且在坝高25 m以上的土坝加固中不易发生偏孔导致防渗体系未闭合等异常问题。近3 a来衢州市共有8座水库大坝采用低弹模混凝土防渗墙进行防渗加固，尤其是开化县等黏土缺乏的山区，具有推广价值。

[1] 中国水利水电基础工程局.SL 174—2014水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范[S].北京：中国水利水电出版社，2014.

[2]柳丹霞.衢州市水库运行管理体制现状与改革试点成效[J].大坝与安全，2014(6)：24-26.

[3]关志诚.土石坝基础混凝土防渗墙关键技术指标选择[J].水利水电技术，2009(5)：31-34.

[4]谭进轩.水库大坝混凝土防渗墙施工技术探究[J].中国水能及电气化，2015(8)：18-21.

[5]王家柱.低弹模混凝土防渗墙的设计及施工工艺[J].建筑技术开发，2013(5)：37-39.

[6]宋洪明，李东生.弹性波CT技术在低弹模混凝土防渗墙质量检测中的应用[J].水电与新能源，2013(S2)：64-67.

(责任编辑姚小槐)

2016-01-11

柳丹霞(1983-)，男，工程师，大学本科，主要从事水利工程运行管理研究工作。E-mail:9661020@qq.com

TV67

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10.13641/j.cnki.33-1162/tv.2016.03.018