水利工程中防渗墙施工技术与质量控制研究

蒋 琪

（广东水电二局股份有限公司，广东 广州 510000）

0 引言

水电工程是我国经济建设的主要内容之一，为社会提供了充足的水电资源。在工程项目建设的过程中，防渗墙是重要的组成部分之一，主要用于堤防、闸坝以及大坝等建筑物的防冲墙或截水墙，消除因渗漏破坏造成的管涌、流土和坝基渗漏等安全隐患，因此，保证防渗墙施工有序、规范地进行意义重大。

1 项目概况

下水库大坝防渗范围包括左坝肩桩号坝0-043.05 至右坝肩桩号坝0+893.2，采用C25W6 混凝土防渗墙，深至弱风化层0.5 m。防渗墙最大设计深度约27.0 m。按照6 m 槽划分，共有156 条槽，其中，左岸1~25 槽，河床段26~124 槽，右岸125~156 槽。根据超前先导孔取芯鉴定情况显示，右岸河床段大部分槽段深度较大，较原设计防渗墙深度较多，根据现场的地质条件，为满足现场施工的进度及质量要求，各方商定再81#~124#（0+438.55~坝0+726.55）槽段增加一台液压抓斗、一台双轮铣槽机保证质量加快施工进度。

2 基本施工技术

砼防渗墙施工顺序如下：首先，施工Ⅰ序槽，再进行Ⅱ序槽施工，槽段之间采用套铣法施工。如图1 所示。

图1 砼防渗墙分序图

铣槽机施工防渗墙范围桩号坝0+438.55~坝0+726.55。由于目前已有部分槽段已完成施工，根据实际情况调整，Ⅰ序槽槽段长6.0m~6.8m，Ⅱ序槽槽段长度2.8m，按上述槽段长度划分，共59 个槽段。

2.1 场地处理技术

由于铣槽机施工平台在回填基础上，底部坐落在洪冲积层上，为保证双轮铣槽机的施工，须对防渗墙施工场地进行硬化，道路硬化沿地连墙轴线四周布置，宽度10m，厚度0.3m，混凝土强度等级C30，布置单层Φ16@200mm×200mm 钢筋网片。筛分系统场地硬化面积12m×4m，厚度0.3m，混凝土强度等级C25，布置单层Φ16@200mm×200mm 钢筋网片；泥粉仓库硬化面积17m×12m、厚度为0.1m，混凝土强度等级C25。施工场地除部分混凝土硬化外，其余均采用石渣铺填压实，石渣厚度0.5m，宽度6.0m。

2.2 导墙施工技术

确定防渗墙的中心轴线尺寸，并以此为依据，绘制开挖边线，检查边线无误后，挖掘机延开挖边线开挖。该工程开挖深度1.5 m，然后开始支模板，边支边浇灌混凝土。所有钢筋全部在钢筋厂加工完成，检查合格后，通过Z50L轮式装载机运输至施工工作面，严格按照施工图纸的排距、间距，绑扎安装。挖机导槽开挖后，由工作人员修理槽底，保证槽底基本水平，以方便模板支撑。该工程模板采用钢模，支模间距为50 cm，模板支撑、固定选用木支撑。导墙施工是混凝土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、防止槽口坍塌及承重作用，根据现场地质情况，设计导墙形式如图2 所示[1]。

图2 防渗墙导墙

导墙混凝土浇注采用拌合楼搅拌，混凝土运输车运至工地，采用直接入仓的方式。墙体拆模后对局部变形墙体进行修整，以方便抓斗斗体进出槽孔。因导墙在回填区域，底部又至于洪冲积层上，铣槽机本身较重，为保证成槽施工中铣槽机施工质量，保障安全，对已完成的导墙内部采用Φ20 cm 的圆木进行对撑。

2.3 泥浆制备技术

单个槽段最大体积约250 m3，泥浆循环池容量考虑满足两幅槽段所需泥浆量。设置12m×25m×2.0m 泥浆池；该工程防渗墙采用下列材料配制护壁泥浆：新泥浆采用性能指标优良的膨润土、外加剂和自来水作原材料。泥浆配合比经试验验证后，按照性能指标配制。结合类似工程淤泥地层泥浆护壁施工经验，泥浆密度1.03~1.1，膨润土、外加剂、水的配合比根据具体试验配比确定。其性能指标见表1。泥浆搅拌前，先将水加至搅拌筒1/3 后开动搅拌机，在定量水箱不断地加水，同时加入膨润土，搅拌3 min 后，加入外加剂液继续搅拌。搅拌好的泥浆应静置24 h 后使用。

表1 泥浆性能指标

2.4 成槽施工技术

计划配备1 台液压抓斗式成槽机和1 台双轮铣施工，岩层以上采用液压抓斗成槽，成槽速度为6m/h；进入强风化及强度较高的岩层后，采用双轮铣进行成槽，包括以下3 步：①土层成槽施工。在开挖过程中，需要向槽内持续注入浆液，泥浆面与导墙顶面相距30cm，同时又要在地下水位以上50cm。对泥浆的质量进行动态监管，发现泥浆指标与施工需求不符就应该及时进行调整。雨天时，补充地下水后水位会上升且地面径流也会对土质产生影响，降雨较强时应暂停开挖并且对已经完成或尚未完成的槽口采取封闭保护措施。检查槽内泥浆面情况，若液面高度或浆液浓度出现明显变化，就应及时检查时槽内是否受到地下水或地表水的影响，发现原因及时处理纠正。②岩层成槽施工。岩层采用双轮铣成槽施工，双轮铣采用切割轮内的切齿切削岩石，并使其与膨润土悬浮液相混合，利用切齿可以将岩石碴土切割成70mm~80mm 或更小的碎块，利用紧挨切割轮的离心泵将碎块悬浮液一同抽吸出开挖槽[2]。③砂砾石层、孤石施工。河床段原地层上部为5m 左右的洪冲积层，部分槽段存在孤石的情况，铣槽机成槽效率较低，施工难度较大，对这类地层，通过冲击钻机配合施工，冲击钻机凿除孤石后再进行铣槽机施工。要求为垂直度不大于1/300H；槽深允许误差为+100mm；施工时槽内泥浆面应高于地下水位0.5m 以上且不低于导墙顶面0.3m。

2.5 套铣接头技术

地连墙接头形式采用“铣接法”，即在2 个I 序槽中间进行II 序槽成槽施工时，铣掉I 序槽端头的部分混凝土，II 序槽混凝土浇筑后与I 序槽混凝土结合形成一道水密性较好的接头[3]。一、二期槽段通过双轮铣槽机旋转的铣轮，以铣轮上的合金齿将先行形成的一期槽段接缝面砼铣削成锯齿状，起到类似于新旧砼施工缝中所应用到的凿毛作用，使后浇筑的二期槽段砼与一期槽段砼在接缝处形成良好的咬合作用，是目前世界上最先进的一种地连墙接头形式。如图3 所示。

图3 套铣接头施工示意图

2.6 二次清孔技术

如果槽内下设预埋件太多，不能在4 h 内开浇混凝土，就在混凝土开浇前就必须进行二次清孔，二次清孔采用循环法，使孔底淤积厚度不大于设计要求，将送浆管下入槽内，送浆管底口距离孔底50 cm~100 cm，启动泥浆泵，通过泥浆泵将泥浆源源不断地送入槽底，同时将下部密度较大的泥浆冲至上部。在清孔的同时，在槽段上部不断抽走翻上来的浆液，通过泥浆净化系统处理抽上来的泥浆，补充泥浆的数量以槽内泥浆各项性能指标符合设计标准为止。

2.7 墙体混凝土浇注技术

防渗墙混凝土采用强度C25 混凝土浇筑，混凝土塌落度180 mm ~220 mm，缓凝时间为6 h~8 h。

经过研究，采用直升导管法在泥浆下浇筑混凝土。使用直径为220 mm 的导管进行操作，受槽段长度的限制，单槽浇筑必须使用两套导管才能完成施工作业。槽孔中导管间距离控制在4 m 以内，导管中心与槽端位置距离控制为1 m~1.5 m，如果该距离不利于现场施工，可进行适当调整，如果孔底高差过大（＞25 cm），为保证导管设置的有效性，应将导管置于区域最低位置。浇筑前，使导管的口底与槽底间距保持在15 cm~25 cm，每个导管中都应放置木制的可上浮球塞，初浇阶段储料斗的容量选定1.5 m³。当混凝土浇筑时，须先准备好相应的材料和辅助设备，对导管进行操作前检查，确认可供操作后先在导管中加入一定量的水泥砂浆，确保导管中的隔离球塞在脱离导管的同时，导管能够完全埋到底部的混凝土中，如果槽孔底部高低悬殊明显，则优先在最低或较低的区域开始浇筑。

墙体浇筑的基本施工工艺要求：必须确保导管完全埋入混凝土中且埋入深度在1 m~6 m，太浅或太深均会影响施工操作；混凝土面的上升速度必须控制在2 m/h 以上，保证混凝土凝固的效果且现场必须观测和控制混凝土表面，保证混凝土面处于均匀上升的状态；为充分掌握和控制浇筑情况，应对混凝土面进行定时测量，测量频率为20 min/次~30 min/次，做好测量记录，并及时制作浇筑指示材料，对浇筑的放量进行核实；槽孔口处应采取遮蔽措施，避免杂物、异物落入槽孔内，浇筑时须对混凝土材料进行二次检查，确认合格后才可以注入槽孔中，浇筑完毕后必须保证浇筑上平面与导墙顶部在统一水平面上。在整个浇筑过程中，除了要做好观测、测量和相关记录工作外，还要以100 m³的范围为单位进行抗压强度测试，至少制作单位体积范围内试件1 组，每组试件不少于3 个，各个槽段单元同时制作·组试件用于抗压试验，每三个槽段制作一组（每个槽段至少1 个）抗渗试件，每十个槽段制作1 组（至少4 个）弹性模量试件。各组试件取样均采取随机模式。

3 防渗墙施工重点与应对措施

3.1 槽壁稳定

采用优质泥浆护壁，并提高泥浆液面高度，使形成的泥皮达到有效护壁要求。提高泥浆密度，提高泥浆液面：根据以往的施工经验，泥浆对提高地下墙槽壁的稳定性起到了重要的作用，所以在合理的范围内提高泥浆的密度，将提高槽壁的稳定性，同时在施工过程中一定要保持泥浆液面的高度，通过控制泥浆浆液与地下水的压力差来保持槽壁稳定，在成槽过程中安排专人看守，对泥浆液面进行全程监控。加强施工过程管理：在成槽开挖过程中，禁止在槽段周边堆放土方、钢筋等重物。

3.2 垂直度控制

双轮铣和成槽机自身均带有垂直度检测及纠偏装置。根据安装在铣体上的探头，驾驶员观测和分析电脑中显示的方向动态信息，根据偏斜的情况和操作的需要启动液压推板，对地下墙的垂直精度进行纠偏。X轴方向纠偏可通过调整两个铣轮的转速及两侧4 块侧纠偏板，保证X轴向槽段的垂直度。Y轴方向纠偏，通过调整前后4 块纠偏板及铣轮的摆动角度，保证槽壁垂直度。

4 施工质量管控

4.1 工序时间控制

成槽：抓斗土层8m/h，全风化岩层4m/h~6m/h；双轮铣强风化岩层1m/h~3m/h，弱风化岩层0.6m/h~1.5m/h；钢筋笼加工：I 序槽1 幅/1 天，II 序槽2 幅/1 天；刷壁1~2h；清孔换浆1~2h；钢筋笼吊装对接1~3h；混凝土浇筑台和导管安装1~2h；混凝土浇筑：I 序槽5~6h，II 序槽2~3h。计划铣槽机施工开始，根据施工功效，I 序槽1 槽/1~1.5天；II 序槽1 槽/1 天，大约需要60 天。

4.2 成墙质量检查

混凝土防渗墙成墙后，将全套施工资料报监理单位审核并由监理工程师根据施工资料指定检查的具体方案。

检查的方法主要包括随机取样法、钻孔取芯法、钻孔注水法以及芯样实验室力学试验检查等。必要时由其他第三方质量检测单位采用探地雷达、断面CT 扫描等方法进行检测。检查在防渗墙成墙28 d 以后进行。混凝土出机口或槽口取样试验数量与常规混凝土试验要求相同。钻孔为沿轴线平均每40 m 左右一孔；检查孔孔深不小于防渗墙设计深度或按监理工程师指定的深度，检查孔直径不小于110 mm。每孔均做压（注）水试验，钻孔全孔取芯，每孔取3 组试样进行。在实验室内进行力学试验，试验的具体内容经设计要求或监理工程师设定。指标要求如下：混凝土力学强度、抗渗性能符合设计要求，90%以上检验合格，剩余不合格的受检品，其力学强度及抗渗性能不能低于设计标准的70%且不合格试件不能来自于相邻的槽段，试件钻孔注水试验中渗透系数为K＜1×10-6cm/s。钻孔检查以后采用机械压浆的办法进行孔洞封填，封孔所用水泥砂浆中泥沙比为1 ∶1.3。经试验和检查发现不合格且必须处理的部分，根据监理工程师的意见进行处理，直到合格。

5 结语

在水利水电建筑工程中，采用混凝土防渗墙技术在防渗效果、质量等方面有明显的优势，但是对施工的连续性以及各道工序之间的衔接效果有很高的要求。在具体施工中，需要结合水利水电建筑工程的特点，严格控制每道工序的质量，才能提升混凝土防渗墙技术的应用效果，更好地保证水利水电建筑工程的防渗性能。