某水电站围堰水下混凝土防渗墙施工技术

魏志坚 何四平

【摘要】混凝土防渗墙施工技术在我国已经非常成熟，但仍有失败的案例，其重点还在于依据不同的地质条件选择最为合适的钻孔设备，确定泥浆、混凝土浇筑等基本参数和指标，实时动态的分析地下可能出现的情况，提出针对性的解决办法。

【关键词】水电站；混凝土防渗墙；成槽；固壁泥浆；直升导管法

1、工程基本情况

某水电站上游围堰堰轴线长108.25m，水上部防渗结构采用土工膜心墙，水下部防渗体型式为混凝土防渗墙；下游围堰堰轴线长107m，全部采用混凝土防渗墙。工程区枯期常水位为541m，围堰处河床冲积层厚约17m～25m，成分为卵、砾石混中、细砂及块石，属中等～强透水性层，详见图1。设计最大孔深26m，防渗墙厚度为0.8m，上、下游混凝土浇筑量分别为1550m3，1420 m3。按项目建设要求，围堰水下防渗部分必须在截流前全部完成。

该工程的施工难点在于：（1）冲积层较厚，成孔后自稳能力较差，水下施工时必须严格控制泥浆密度，成孔后必须尽快浇筑混凝土，以确保不塌孔；（2）覆盖层中含有大孤石，成槽困难；（3）围堰必须分两期

施工，不能一次性截断河床；（4）汛期需要继续施工，防洪度汛压力大；（5）围堰施工区交通条件复杂，左岸有其它标段在附近施工，且经常有石渣从高处下落，危及人员安全，右岸有省道经过，且上坝公路边坡也在施工，经常性中断交通。

2、施工总体布置

结合本工程的实际情况及对施工难点的分析，考虑到上、下游围堰相距较远，在施工布置上将本项工作分成两个独立的区域，即上游围堰区域、下游围堰区域。围堰分期主要考虑汛期施工导流需要及减少设施转运难度，第一期长度约70m，泥浆处理设施（泥浆制作池、储存池、沉淀池等）布置河中1/3处，第一期全部完成后，将所有设备放在河中平台上，拆除河床一侧40m宽防渗平台，同时将拆除的渣料倒运至另一侧，既保证过流断面足够，又能减少平台填筑用料，同时可避免设备、物资从公路上再转运，详见图2。

为便于施工，同时考虑其它标段对交通的影响，防渗墙施工平台宽度既要满足钻具布置需要和施工交通需要，也要尽可能容纳临时房屋、材料堆放等临建设施的布置。经综合考虑，平台设置宽度为15m。防渗墙平台按10年一遇枯水期洪水防洪标准设置并适当加高，最终确定下游围堰平台高程为545m，平台最大高度为5m，平台上游侧周边设置钢筋石笼，并准备部分粘土麻包袋以备不时之需，平台上、下游坡比均为1：1.75。

3、主要施工技术指标确定

（1）槽段划分

槽段的长度宜尽量加长，以减少 槽段之间接头数目，提高墙体的整体性。但槽段过长会引起施工周期增加，造成孔壁不稳定，同时为混凝土浇筑带来难度。本工程施工区砂卵砾石层厚，稳定性较差。综合考虑地层特性、施工工期、造孔方法、混凝土浇筑强度等各种因素，其槽长定为一期槽6.8 m，二期槽6.8 m。合拢段尽量安排在槽段较浅、条件较好的部位。每个槽孔划分为3个主孔，中心距1m，2个副孔，副孔宽1.2m，主孔采用CZ-6冲击钻机施工，副孔采用抓斗施工；二期槽孔的端头孔直接由起拔接头管形成，中间部分的成槽同于一期槽孔。施工过程中根据实际情况，在防渗墙深度较浅部位，可适当加长槽孔施工长度；防渗墙施工时，若有漏浆塌孔现象，可缩短槽孔施工长度。

（2）固壁泥浆

固壁泥浆主要起防止槽壁坍塌、冷却钻具、悬浮岩屑等作用，本工程采用膨润土拌制护壁浆液，分散剂为就近化工厂生产的工业碳酸钠（Na2CO3），絮凝剂选择聚丙烯酰胺。新制泥浆配比如表1所示。

膨润土泥浆性能控制指标如表2所示。

新制泥浆膨化24h方可使用。

泥浆池设三个，分别为制作池、存储池和沉淀池，受地形条件限制，各池容量100m3。

（3）成槽质量标准

成槽质量标准不低于如下规范要求：孔位偏差不大于3cm；孔斜率不大于4‰，遇有含孤石、漂石的地层及基岩面倾斜度较大等特殊情况时，孔斜率应控制在6‰以内。一、二期槽孔的两次孔中心线在任意深度的偏差值应不大于设计墙厚的1/3。

（4）清孔换浆标准

槽孔清孔换浆结束后1h，达到下列标准： 1）孔底淤积厚度不大于10cm；（2）使用膨润土泥浆，孔内泥浆密度不大于1.15g/cm3，粘度不大于40s，含砂量不大于5%。

（5）墻体混凝土浇筑指标

混凝土标号为C20，入槽坍落度18～22cm，保持15cm以上时间应不小于1h；入槽扩散度34～40cm；熟料初凝时间应不小于6h，终凝时间不宜大于24h。混凝土施工主要指标控制如表3所示：

4、主要施工技术与管理

（1）设备选型

根据河床地层特性，选择CZ-6冲击钻机，一期布置7台，SG-46A液压抓斗1台；泥浆净化机选择ZX-200，制浆机选择ZJ1500，储浆搅拌机ZL-2×200；拔管机选择YBJ-1000；同时在平台上布置1台反铲挖掘机、1台装载机和2辆自卸汽车，斗容均不需要太大，主要用于倒料和短距离运输。

（2）导墙施工

导墙施工是防渗墙施工的关键环节，其主要作用为成槽导向，控制标高，槽段定位，防止槽口坍塌及承重，根据选用的机械形式和现场布置，导墙断面形式采用钢筋砼倒“L”型断面。导墙里侧净宽度0.8m，导墙混凝土强度等级为C20。导墙施工时，导墙壁轴线放样必须准确，误差不大于10mm，导墙壁施工平直，内墙墙面平整度偏差不大于3mm，垂直度不大于0.5%，导墙顶面平整度为5mm。导墙顶面宜略高于施工地面100～150mm，每个槽段内的导墙上至少应设有一个溢浆孔。导墙基底与土面密贴。

（3）成槽施工

本工程主要采用“钻抓法”进行成槽施工：一期槽段先使用冲击钻机钻进主孔至设计孔深，然后用抓斗抓取副孔。到致密覆盖层或基岩地层抓取困难时，可以由冲击钻机辅助破碎。当抓斗不能施工时或工效显著降低时，由冲击钻机采用“钻劈法”施工。

本工程防渗墙终孔要求的嵌岩深度为0.5m。为此，孔底基岩鉴定十分重要，要准确地鉴定基岩面，严格区分基岩取样时与基岩岩性相同的砂卵石、块石、漂石的岩样，防止对基岩的误判。往往越接近孔底，越要慎重。必要时采用岩芯钻进行钻孔取样，以判断是否真正进入基岩。且取芯钻孔入岩的深度一般不小于5m。

（4）墙段连接

本工程施工的墙段连接采用“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，混凝土浇筑过程中及浇筑完成一定时段之内，根据槽内混凝土初凝情况，使用拔管机逐渐起拔接头管，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。在深槽孔防渗墙施工中，使用接头管法进行墙段连接，要求具有较高的技术水平和管理水平，接头管的起拔时机非常关键，起拔过早或过晚都将失败，将导致成不了接头孔或酿成铸管事故。

（5）混凝土浇筑

混凝土采用泥浆下直升导管法灌注施工，选用φ250mm的圆形螺旋快速接头导管，其上端接二级分料漏斗，并由钻机吊住导管，以便灌注及起拔时，导管可作上下垂直移动。导管布置参数严格按表3所示控制。在每根导管开浇前，预备好足够的砂浆（考虑导管内容积及封埋导管的方量），一次性对导管进行封堵。开浇前，导管内放置略小于导管内径的隔离塞球作为隔离体，隔离泥浆与砂浆。先灌注一定量的水泥砂浆，随即浇入足够量的混凝土，挤出塞球并埋住导管底端。混凝土面上升速度控制在2m/h以上，并保证其均匀上升，同时有效控制好各处高差。每隔30min或每浇筑2～3车混凝土测量一次槽孔内混凝土面深度，并及时填绘混凝土浇筑指示图及混凝土浇筑量随深度的理论变化曲线，指导导管的拆卸工作。当浇筑方量与混凝土顶面位置不相符时，应及时分析，找出问题所在，及时处理。

5、施工过程中主要出现的问题及处理措施

（1）漏漿

在上游围堰防渗墙钻6#孔至3m左右深度时发生大量漏浆问题，施工平台下游侧可见浆液漏出。分析原因，是防渗墙施工平台施工过程中没有很好的碾压，填筑料存在架空现象，形成渗漏通道。为此，将附近平台先下挖至一定高度后重新碾压，之后回填槽孔，待沉淀和稳定一定时间后重新造孔。严禁一边漏浆，一边强行钻进。同时堵漏采取加大泥浆浓度、投入粘性土块及粘土泥球，以及在泥浆内渗水泥、砂或碎石等材料等方式。

（2）遇到大孤石

施工中遇到粒径过大的块球体，可以采取爆破法进行地下障碍清除。爆破法一般有以下三种：

1）钻孔预爆

在经先导孔查明的块石、块球体密集带施工前布设爆破孔，孔距1m左右，采用液压工程钻机跟管钻进，在套管内对块石、块球体和硬岩部位分别下置爆破筒启爆。该方法爆破效果好，不危及槽孔安全，但钻孔工程量大，与防渗墙施工干扰大。

2）槽内爆破

在防渗墙造孔中遇块球体和硬岩时，可采用液压工程钻机跟管钻进，在槽内下置定位器进行钻孔，钻到规定深度后，提出钻具，放入爆破筒，提起套管，引爆。爆破后块球体或硬岩被破碎，从而制服了拦路虎，加快了钻进速度。爆破筒内装药量按岩石段长2～3kg/m，如系多个爆破筒则安设毫秒雷管分段爆破，以避免危及槽孔安全。

3）聚能爆破

在块石、块球体或硬岩表面下置聚能爆破筒进行爆破，爆破筒聚能穴锥角为55～60°，装药量控制在3～6kg，最大为8kg。在二期槽孔内则采用减震爆破筒，即在爆破筒外而加设一个屏蔽筒，以减轻冲击波对墙体的作用。槽内聚能爆破方法简便易行，与防渗墙施工干扰很小，有时还用于修正孔斜处理故障等，故应用很多。

（3） 混凝土浇筑堵管

混凝土的浇筑质量是防渗墙施工成败的关键环节，有效地控制混凝土的搅拌质量及按规定掌握导管的埋深，是避免发生堵管的关键措施。

一旦发生堵管，可利用吊车上下反复提升导管进行抖动，疏通导管，如果无效，可在导管埋深允许的高度下提升导管，利用混凝土的压力差，降低混凝土的流出阻力，达到疏通导管的目的。

当各种方法无效时，可考虑重新下设另一套导管，新下设的导管底中应完全插入混凝土面以下，然后用小抽筒将导管内的泥浆抽吸干净，方可继续进行混凝土的浇筑。

（4）汛期水下施工

汛期在主河道内施工风险系数非常大，一方面洪水随时有可能淹没施工平台，另一方面洪水上涨也会增加孔壁的水压力，容易塌孔。为此，需要尽可能加高施工平台，同时依据上游的水情测报系统，随时做好人员撤离的准备；及时调整泥浆浓度或掺入物，确保孔壁稳。在实施过程中，确实也发生了洪水淹没平台的情况，洪水过后，发现已成孔的槽段内充满了异物，需要重新造孔，但通过水情预报，人员及设备均已提前撤离，没有造成大的损失。

6、结语

混凝土防渗墙施工技术在我国已经非常成熟，但在应用过程中仍会经常出现塌孔、防渗不达标甚至漏水的情况，其主要问题还是没有针对项目特点和遇到的实际问题进行认真研究对策措施。对于这类隐蔽性工程，必须先对工程地质条件进行分析研究，分析可能出现的问题，选择最为合适的钻孔设备，确定泥浆、混凝土浇筑的基本参数，实时动态的分析地下可能出现的情况，及时调整施工方案，或缓或急，才能避免出现错误决策。

参考文献：

[1] 崔强，《刍议混凝土防渗墙施工工艺》，黑龙江水利科技，2013年第2期，120-123

[2]中国水利水电基础工程局 LS174-96，水利水电工程混凝土防渗墙施工规范，北京：中国水利水电工程出版社，1996。

作者简介：魏志坚（1978～），女，汉族，湖南长沙人，高级工程师，硕士研究生，主要从事水利水电工程设计及EPC总承包工作。