水利工程塑性混凝土防渗墙施工技术及质量控制探讨

彭丽英

（牟定县水务局，云南 牟定 675500）

0 引言

牟定县中屯水库属金沙江水系二级支流古岩河上游，位于牟定县与姚安县交界的牟元、姚南两条公路21 km处，坝址位于刘凹子村，径流面积47.5 km2，水库设计总库容1100万m3，为完全年调节水库，是一座集灌溉、供水、防洪综合利用的中型水库。

根据设计图纸，对大坝除险加固措施为：大坝的防渗漏处理使用浇筑塑性混凝土防渗墙，并对两坝肩实行帷幕灌浆。防渗墙造孔成槽采用冲击反循环钻机钻凿施工：槽段长6 m，混凝土防渗墙厚度为0.8 m，墙长为208.8 m，截水面积为9236.5 m2，河床段伸入强风化基岩为1.0 m，钢筋混凝土导墙高程为1993.6 m，防渗墙顶高程为1993.3 m。防渗墙底界最低点高程为1936.9 m，墙体最大浇筑深度为56.4 m。

防渗墙施工及两坝肩的帷幕灌浆轴线均位于心墙轴线偏上游0.7 m，左岸延伸至牟元、姚南公路边，右岸由于山坡陡峭，综合考虑施工难度等问题，右岸采用开挖50 m长廊道进行灌浆的施工方法。

1 塑性混凝土防渗墙施工工艺及质量控制

1.1 施工平台及导墙

由于防渗墙施工工艺需备有一定宽度的施工平台以便于施工机械的操作，故需将坝顶高程1994.5 m开挖至1993.3 m的基础上，分别向上下游填土，并在上下游两侧用浆砌石砌筑临时挡墙，将开挖的土部分填筑在其内，使1993.3 m高程处形成一个宽度为13 m的施工平台。另外，开挖及回填后的平台基础施工过程中易凹陷聚水，为使施工车辆能正常运行，需铺垫4.78 m宽、0.3 m厚的石渣垫层路面，此时施工平台高程1993.6 m（也就是导墙槽孔高程），待混凝土防渗墙施工结束后予以清除，重新回填风化泥岩至坝顶1994.2 m高程，再浇20 cm厚C20混凝土至坝顶1994.5 m高程，防渗墙1993.3 m高程以上现浇接长，以混凝土防渗墙同标号浇筑混凝土至1993.6 m高程。

导向槽采用人工配合1 m3单斗挖掘机开挖，其结构尺寸设计为L型（高1.65 m，宽1.3 m），导向槽宽为0.85 m，使用C20钢筋混凝土进行浇筑，导向槽轴线与混凝土防渗墙轴线须重合。导向槽机械开挖至设计高程0.2 m时，人工清理基底及修整侧向垂直边坡至设计高程和要求。

1.2 混凝土防渗墙的施工方法

大坝混凝土防渗墙施工时，水库水位必须保持在死水位附近，以确保施工质量和大坝安全。

采用分槽段施工的原则，先偶数槽段施工，后奇数槽段施工，槽段与槽段之间用反弧钻头钻孔（钻凿法）浇筑混凝土连接。

1.3 混凝土防渗墙的造孔成槽

混凝土防渗墙采用钻劈法成槽，即用冲击钻回转钻机钻主孔和劈打副孔。主孔采用冲击钻机施工，冲击钻机通过卷扬机悬吊提升扁形钻头的高度，靠钻头自重正下落，往复冲击，将土层或岩层破碎成槽孔。冲击过程中，须依靠泥浆循环，将碎渣或岩屑带出槽孔外，完成冲切成槽。冲击钻施工至要求的高程后停止钻进。副孔使用冲击钻劈打形成，而后自卸汽车运输弃渣，堆放至弃渣场，冲击成槽时须及时对槽壁进行泥浆护壁，泥浆液面保持在导墙顶面以下30~50 cm。槽孔余留下的残余部分，采用冲击钻从上至下将其劈掉，由此可形成一个完整的、等厚度的槽孔。

槽孔质量控制应按照设计要求：槽孔深度满足所要求的深度，采用悬吊钻头测斜法测量孔斜和孔底偏差。

（1）造孔成槽采用冲击钻成槽，开孔和终孔直径均为0.8 m。

（2）导槽孔采用冲击钻，泥浆不循环，抽筒出碴，先钻导孔，钻劈成槽，孔深进入弱风化基岩1.0 m。

（3）槽孔孔斜率不得超过4‰，孤石和基岩陡坡孔斜率控制在6‰以内，孔位偏差不得大于3 cm，槽孔孔壁必须平整垂直，孔位中心偏差不大于±3%，不能有梅花孔，槽孔深度须满足设计要求，采用悬吊钻头测斜法测量孔斜和孔底偏差[1]。

（4）造孔结束后，进行全面检查造孔质量，经检查合格后，方可进行清孔换浆，清孔换浆采用泵吸法，孔底淤积厚度不大于10 cm，二期槽孔清孔换浆结束前须对接头处混凝土孔壁上的泥皮用刷子清除。判断标准为：以刷子上不带泥屑为合格。

（5）造孔时若出现漏浆现象时，加入块状黏土用冲击钻堵漏。

1.4 混凝土防渗墙的泥浆护壁

在防渗墙施工过程中避免槽孔坍塌，确保槽壁的稳定，须及时对槽壁进行泥浆护壁。为保证泥浆质量，贮浆池内的泥浆要经常搅动，在人工搅动的同时，压缩空气辅助搅拌，保证泥浆均匀，避免泥浆离析或沉淀。在钻劈槽孔的过程中，槽孔内的泥浆由于杂质岩屑、混入及其他处理剂的消耗，泥浆性能会逐渐降低，因此必须及时处理上述问题以确保泥浆质量[2]，如表1所示。

表1 防渗墙槽内护壁泥浆的性能指标控制标准

1.5 混凝土防渗墙的清孔换浆

槽孔终孔后，就要开始组织进行清孔换浆工作，采用泵吸式反循环法清孔。清孔时，启动砂石泵，将排渣管送入孔内，排渣管底距离孔底50～100 cm，孔底浆渣被砂石泵吸出孔外至泥浆净化系统，净化后的泥浆流回槽孔内。与此同时，向槽内补充新鲜泥浆。清孔时钻头下入过程中不停地搅动孔底沉积物，以便彻底清除孔底沉渣。等前一个单孔清孔完毕，再移动钻机及排渣管，进行下一个单孔清孔。

采用具有一定重量的圆形钢丝刷子刷洗接头孔，通过调整钢丝绳位置使刷子对接头孔壁进行施压，待刷子钻头基本不带泥屑时即接头孔壁洗刷结束，并且孔底淤积不再增加。清孔换浆结束1 h后进行检验，检验合格以后，方可进行下一道工序。

1.6 混凝土防渗墙的混凝土浇筑

（1）墙体材料。墙体混凝土为塑性混凝土，28 d抗压强度3 MPa~5 MPa，弹性模量500 MPa~2000 MPa，渗透系数小于1×10-6cm/s。

（2）塑性混凝土配合比。混凝土防渗墙的抗渗等级为S6，初拟防渗墙工程的混凝土配合比（每立方混凝土的材料用量），水320 kg、水泥210 kg、黏土40 kg、山砂800 kg、碎石700 kg、外加剂3.12 kg、膨润土80 kg，此配合比仅供参考，实际配合比要根据当地原材料情况。通过现场配比实验得出参数，所得到的参数达到设计要求方可用于现场施工。

（3）对原材料的质量要求：①水泥品种优先选用硅酸盐大坝水泥或普通硅酸盐水泥，水泥标号应与混凝土设计标号相适应，运输和保管过程中不得受潮，先到的水泥应先用，水泥细度模数、初凝、终凝、稳定性须达到设计要求；②碎石粒径不大于40 mm；③砂料应质地坚硬、清洁、级配良好，天然砂中含泥量应小于5%，云母含量应小于2%；④混凝土入仓前，做好原材料见证取样和记录。

（4）成墙施工。①浇筑导管。混凝土浇筑导管采用预埋内径φ110 mm的PVC塑料管，预埋管的单根长度以9～10 m为宜，具体长度应根据各个墙段的深度确定。埋设塑料管时，为了提高其抗弯能力须内置直径100 mm的钢管，待浇筑完成后拔出内置钢管。安装时，弯曲率应小于1%，一次性吊装到位，其长度高出导墙标高30 cm。在导管使用前应做圆度检验、调直检查、磨损度检验和焊接检验；导管在孔口的支撑架采用型钢制作，其承载力应大于混凝土充满导管时总重量的2.5倍以上。②导管下设。在导管下设前须做配管图后进行配管，如果一个槽孔使用两套以上导管浇筑时，导管中心距应小于或等于4 m。导管中心至接头管避面或槽孔端部的距离为1～1.5 m，二期槽端的导管距孔端为1.0 m，当槽孔底部高差大于250 mm时，导管应布置在其浇筑范围的最低处，并从最低处开始浇筑[3]。

（5）混凝土浇筑及入仓。①混凝土浇筑必须是在槽孔全面检查合格后才能进行，二期槽孔还包括接头的钻进和清洗。②混凝土浇筑采用直升导管法，导管内径以110 mm为宜。使用混凝土泵运混凝土进入槽口储料罐，再分流到各溜槽然后进入导管。混凝土开始浇筑时采用压球法开浇，每个导管均放入隔离塞。开始浇筑混凝土前，先在导管内注入适量的水泥砂浆，同时准备足够数量的混凝土，使隔离塞被挤出后，能将导管底端埋入混凝土内。③导管埋入混凝土的最小深度不宜小于1 m，最大深度不超过6 m，在混凝土面上升较快时，可适当加大导管深度，但不宜超过8 m；当混凝土顶面接近孔口或防渗墙顶高程时，为便于混凝土流动，可适当减小导管埋深，但深度不宜小于1 m。混凝土面应均匀上升，但上升速度不小于2 m/h。各处高差应控制在500 mm以内，相邻导管底部高差不宜超过3 m。

（6）防渗墙墙段连接。本工程墙段通过接头管连接，因此在浇筑过程中必须及时微动接头管以防止筑死，浇筑完毕后拔管前每隔1 h转动一次，拔管时间为混凝土初凝前，采用吊车起拔。拔管过程中，及时向孔内注入泥浆，并注意观察有无异常涌浆现象，发现异常立即停止拔管，并采取措施进行处理。

（7）混凝土浇筑过程控制。①混凝土搅拌与运输。混凝土搅拌前，应按混凝土配合比进行称量配料，搅拌好的混凝土要达到设计要求的坍落度、扩散度，并具有良好的和易性，离析的混凝土和超径的石块、混凝土不得浇入槽孔。每个槽孔浇筑混凝土时，随机取样两组，进行成型、养护，用于室内抗压、弹模、抗渗试验。②导管的埋深。在浇筑混凝土过程中，严禁将导管拔出混凝土顶面，要始终将导管埋入混凝土且深度不得小于1.0 m。③浇筑速度。混凝土浇筑时间越长，混凝土坍落度越大，易造成堵管事故，因此，要保持槽孔内混凝土浇筑速度均匀提高。对病险水库大坝来说，有些大坝已出现裂缝，混凝土浇筑速度较快，压力大，会使裂缝加大或产生新的裂缝，因此混凝土浇筑速度既不能太慢也不能太快，浇筑速度要适中。④槽孔中混凝土顶面测量。为了掌握混凝土的浇筑速度、控制混凝土在槽孔中均匀上升和指导拆卸导管，应经常测定槽孔中混凝土顶面的深度。测点布置在槽孔的两端和导管中间。在每次浇筑完一定量的混凝土后，都要测量混凝土顶面的上升高度，以便复核槽孔断面尺寸，查明异常情况；向各导管均衡下料，使槽孔内的混凝土面均匀上升；指导拆卸导管，保持导管底口埋入混凝土中且深度不小于1 m，不宜大于6 m。⑤终端浇筑高程。由于泥浆下浇筑的混凝土表面有很多沉渣，其质量很差，因此应使混凝土终端浇筑高程高出设计高程至少0.5 m以上。⑥当全部混凝土浇筑完28 d后，铲除混凝土表面沉积泥渣，用防渗墙同标号混凝土回填浇至导墙顶，导墙顶以上回填黏土至设计坝顶高程。⑦当全部混凝土浇筑完成28 d标准养护期后进行上下游坝坡整形回填。

2 塑性混凝土防渗墙质量检查

2.1 防渗墙混凝土检查

防渗墙混凝土检查是指对浇筑的混凝土物理力学指标的检查，内容包括：混凝土28 d抗压强度、渗透系数、弹性模量。由于塑性混凝土强度低，不适宜对墙体钻芯取样进行检测，而是在浇筑现场取样做试件，待试件养护后，用试件检测结果来代替防渗墙的实际性能指标[4]。

2.2 防渗墙墙体质量检查

混凝土防渗墙墙体检测，目前最常用的3种方法：钻孔取芯法、超声波法、地震透射层析成像法。钻孔取芯法易破坏防渗墙的完整性，一般情况下很少采用此种方法，为确保防渗墙墙体质量检测实现无损检测，通常采用超声波法、地震透射层析成像法。如，牟定县中屯水库防渗墙的质量检测采用超声波法进行检测，通过检测，防渗墙墙体整体密实程度、均匀性较好，墙体底部淤积少。

对防渗墙接头处检测，把大坝防渗墙划分3个部位检测，即：大坝中段、两岸进行，在左岸1#槽段与2#槽段、中间18#槽段与19#槽段、右岸33#槽段与34#槽段结合部表层开挖深探坑进行表观质量检测，接头缝结合良好，无泥浆夹层，墙面无裂隙均匀。

3 结语

通过对牟定县中屯水库除险加固工程措施中坝体防渗采用塑性混凝土防渗墙施工艺及质量控制进行分析，防渗墙防渗效果好，表现为下游坡面无裂缝、滑动、隆起、塌坑、散浸等现象；基础排水系统运行正常，渗漏水量、颜色无异常；坝面与岸坡结合部无裂缝、错动、渗漏等现象。在今后的水库除险加固工程措施尤其是坝体的渗漏措施中大力推广应用此施工技术，只是在组织施工设计时，应进一步优化施工工艺，科学制定施工方案，确保塑性混凝土防渗墙施工质量，增强防渗墙的防渗效果。