深厚覆盖层枢纽混凝土阻渗墙的施工技术研究

汪国喜、方斌

（江西省路港工程有限公司，江西南昌 330000）

0 引言

水利枢纽坝址区是水压力最集中的区域，在防渗透上对技术和质量要求特别高。如果坝址区河槽又具有深厚覆盖层，其防渗处置技术愈发关键重要。案例为一处坝址区具有深厚覆盖层的大型水利枢纽工程，工程在采取“先筑阻渗墙，再筑坝”工艺中，面临填筑坝体时河槽向上游压挤，而蓄水后又要面临向下游回压变形的双重考验。为保证在后期变形中混凝土阻渗墙不因过度应力集中而遭受结构损坏，工程采取了合理的槽段划分、合适的阻渗墙段连接、特别配制的固壁浆液、强透漏岩土层成槽等施工技术，圆满完成了混凝土阻渗墙和枢纽坝体建设任务。梳理介绍相关施工技术要点，对深厚覆盖层枢纽混凝土阻渗墙的施工应用，有技术参考意义[1]。

1 工程概况

该水利枢纽位于昆仑山西部叶尔羌河中游，是该地区规模最大的水利工程之一，属于Ⅰ类大型工程。坝址区覆盖层的厚度最深93.90m，坝高165.00m；挡水坝系混凝土面板砂石坝，河床覆盖层趾板与阻渗墙采取柔性连接，墙宽1.20m，墙深最大90.00m。为保证阻渗墙的质量，采用C30W12 混凝土，并在上部10.00m 处使用钢筋混凝土。同时，认识到坝区岩土层十分复杂，除寒武系、二叠系和三叠系岩土层外，其他岩土层代表各个时期均有露出，需谨慎处理。坝址选在相对稳定的铁克里克断块，而且坝区河床基岩面多呈现U 形，普遍比较宽。有关详情如图1 所示。

图1 坝址区河槽盖覆层状态

河床覆盖层从河岸向河道中央逐渐增厚。槽底坡岸的坡率约16°。在右岸河临近床存在一条切入很深的古河道，其底部宽约15m。覆盖层可以整体分为全新统冲积层（Q4），包括漂石、砂卵石和卵石，位于河床上部；还有中更新统冲积层（Q2），也是由砂卵石和卵石组成，位于河床下部。这两个岩层之间分隔的是砂卵石型的胶结层。

这一全新的岩层被称为冲积岩（Qal4），由卵石和漂石为主体组成，局部含有夹杂砂岩透镜体。厚度在4.70～17.00m 之间，其中卵石含量约为29.70%，漂石含量约为8.80%，砾石含量为41.30%，平均砂率为17.96%，以中细砂为主，曲率系数Cc 为19.70，不均质性系数Cu 为335.30，粒径分布不良。该处岩土层的自然干密度在2.21～2.26g/cm3，相对密度在0.74～0.88，呈现紧密状态。在饱和状态下，该层具有内摩擦角40.00～42.50°的抗剪强度，咬合力处于16.00～52.00kPa，渗透渗系数在（1.00～7.80）×10-3cm/s之间。

更新统冲积砂砾卵石层（Qal2），位于河床覆盖层的下方。主要由砂砾石组成，但局域有透镜体夹砂层存在。其厚度在5.00～93.90m，卵石量约占26.30%，漂石量约为1.20%，砾石量约为51.00%，含砂率均值为20.47%，以中细砂为主。颗粒级配不连续，曲率系数为35.70，级配不均匀，不均匀系数为368.00。在自然干燥下，该岩层的密度范围为2.23～2.26g/cm3，相对密度范围为0.84～0.93。在饱和状态下，该岩层的抗剪内摩擦角范围为41.51～42.00°，该岩层的咬合力在14.00kPa，渗透系数则在2.81×10-3cm/s～3.50×10-3cm/s 之间。该层中夹杂着多层缺少细粒填充物的卵砾石层，主要由砾径为2.00～5.00cm 的砾石组成，砾石约占75.00%，卵石约占19.60%。该深槽具有以下特点：首先，覆盖层自河岸向中央逐渐加厚分布；其次，基底岸坡的坡度约为16°。而在右岸河床中心附近，可以看到一条下切很深的古河槽，底部宽度大约为15.00m[2]。

2 枢纽阻渗墙施工技术

2.1 合理实施槽段划分

在深覆盖层条件下，面板堆石坝阻渗墙在水平载荷影响下的受力机理类似于板桩。与覆盖层相比，阻渗墙有更大的压缩性与刚度。在填筑坝体过程中，随着填筑高度的增加，覆盖层与阻渗墙接触面的相对移位逐步增大，导致阻渗墙侧墙摩擦力中性点的位置逐渐下移。相关研究显示，阻渗墙的力学特性还与河槽截面划分和施工工艺有关。基岩深度不同、覆盖层较浅时，阻渗墙类似于端承桩。而河道截面越宽，阻渗墙的受力均匀性整体越好。在覆盖层比较深的区域，阻渗墙类似于摩擦桩。此时河槽越窄，则中性点上移越好。根据覆盖层的特性、坝基深厚和阻渗墙的应力形变特征，可以进一步研究和优化面板堆石坝的设计和施工方法，以提高阻渗墙的性能和稳定性[3]。综合施工设备、操作难度、岩土层的复杂性等条件，阻渗墙槽段分为＜70m 的一般槽段和≥70m 的超深槽段两种形式，更方便施工组织（见图2、图3）。

图2 深于70.00m 的阻渗墙槽段划分（单位：m）

图3 浅于70.00m 的阻渗墙槽段划分（单位：m）

深槽位于桩号0+152.00m—0+218.00m 段处，轴长约66.00m，分为6 个槽孔。深槽段的一期槽长采取4.60m，按2 个主孔和1 个辅助孔成槽，主孔1.20m，采取CZ-6A 冲击钻打孔；副孔2.20m，使用重型液压抓斗和机械抓斗直接抓孔。二期槽长采取7.80m，槽孔分3 个主孔和2 个辅助孔，两侧主孔直接由下接管形成，而中间的主孔则采取冲击钻钻成；副孔2.10m，采取抓孔作业。

槽段轴线长度约为236.00m，槽孔数量为33 个。一、二期槽段都采取7.20m 的槽长，其中主孔为1.20m，副孔为1.80m。

2.2 阻渗墙段的连接技术

由于阻渗墙最深处超过90.00m，墙体选用高强C30 混凝土，在经过双反弧桩柱法、钻凿法、接头管法等几种连接方法比较后，决定采取接头管连接法。该技术不仅具有优良的质量，而且能够有效节约钻孔和浇筑时间，从而有助于缩短工期。此外，因为各槽段的壁间泥皮较薄，该方法还能改善壁面的受力状况。

然而，因为拔管技术的限制，该方法在阻渗墙施工中效果不够显著。但随着工程拔管设备的发展和施工技术的提高，该方法在深覆盖层类阻渗墙施工中的应用也获得突破，拔管深度达到了新的高度。为保证阻渗墙的浇筑质量，在进行混凝土浇筑速度控制和拔管操作时，务必严格按设计状态进行。

关键是准确控制拔管时间和拔管力。在拔管力设计过程中，需要认真考虑混凝土对接管的黏结力、接管与混凝土之间的摩擦以及接合管的自重等因素。管壁处理可以改善接管与混凝土之间的摩擦，拔管时间可以控制接管与混凝土的黏附。可以采取以下措施来改善接管与混凝土之间的摩擦力。

第一，严格控制孔位的倾斜度，确保其下接管的垂直度。第二，严格控制混凝土的浇筑速度，以减少对接管的侧向压挤，从而避免孔斜。研究表明，当孔斜达到0.08%时，拔管力将增加近1 倍；而当孔斜达到0.50%时，拔管力将增加至13 倍。第三，在连接管之间严格控制连接方式，采用分段连接，并确保连接垂直居中。可以有效地避免连接管之间的偏移，保证管道的稳定性和安全性。

2.3 固壁浆液的配比与应用

成槽质量是阻渗墙施工质量的关键所在。特别是在深厚砾石岩土层，浆液护壁对于成槽的质量是至关重要的保障。案例工程针对覆盖层特性和阻渗墙功效要求，进行了试验室调试和验证，并最终确定采用正电MMH 胶、优质钙基膨润土、羧甲基纤维素钠、烧碱、纯碱等多项技术手段。以上改进措施能够有效地提高成槽的质量和阻渗墙的施工质量。配制复合正电胶浆液进行护壁固定。与以往的固壁浆液相比，该浆液具有独特的流变性、较高的携岩率和防漏效果。高密度的正电荷可以有效地减弱黏土的水化反应和分散作用。在井壁上形成一个凝胶状的停滞带，从而达到抑制水化膨胀的目的，利于稳定井壁和隔离流体对井壁的侵蚀。该浆液结构降低了流动阻力，利于浆液具有较好的流动性。

在很大程度上，复合正电胶浆液的性能取决于混合程序和时间，在配制过程中需要严格控制。在浆液调制中，有两种混合方式：分组搅拌和全组分调拌。为了保证混合均匀，混合时间宜控制在5min。在配制过程中，应严格按照配合比执行，以防止组分材料的用量误差。为了提高浆液的使用效果，可以先配制具有一定浓度的水溶液。

表1 复合正电胶浆液配合比

表2 复合正电胶浆液的功效指标

为了确保浆液中各项指标的均匀性，应经常调拌储浆罐中的浆液，防止浆液沉淀或离析。新配制的浆液应该静置24h，以保证各组分有时间充分水化溶胀和复合。在钻孔过程中，频繁循环使用浆液，会逐渐降低其性能指标，应注意定期对循环浆液进行取样检测，若超标应及时处理。为了节省投资，往往提纯后再利用，如果膨润土的黏度和含砂量达不到要求，应该考虑更换符合要求的膨润土。在施工过程中，发现复合正电胶浆液能够有效解决深厚砾石覆盖层形成槽固壁的问题，从而确保阻渗墙的质量。

2.4 强透漏岩土层的成槽技术

根据地质资料显示，坝基内的Ⅱ岩组存在多层卵砾石，具有强渗透性，成为重要的渗透通道。在挖掘过程中，会产生大量浆液透漏，如果处理不恰当，可能导致槽洞坍塌，进而危及设备和人员安全。因此，在阻渗墙施工前，应注意做好以下处理：

一是准备堵漏材料。在开始进行槽孔作业前，应事先准备堵漏材料，如水泥、碎石土、黏土、锯末等，并进行堵漏人员培训和交底工作。在施工过程中，若发现大量漏浆情况，要及时反馈给技术人员并迅速进行堵漏操作，以避免发生塌罐事故。二是在选择堵漏材料时，建议采用单向压力密封剂。该材料能够快速封堵微裂缝和孔隙，且具有良好的封堵效果，防止工作流体侵入井壁岩层破坏岩层；它能在不影响浆液流变性的情况下，显著降低流失量，并具有优异的耐温性能；不受电解液污染，无害、无毒。三是浓浆预灌。造孔前，根据强渗漏层的划分布置浆液灌注孔。为了确保孔洞制作的安全性，常使用注入水泥黏土砂浆或水泥黏土浆的方法，以封住渗透通道。同时，可以结合预测技术预先注入稠浆的方法进行，从而更加精准地控制制孔过程[4]。

3 阻渗墙质量检测

为了验证案例枢纽工程中阻渗墙的浇筑质量，根据《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》（SL 174—2014）的相关要求，沿轴线布置3 个检测孔，采取注水测试、取芯检测、混凝土墙体强度测试等。

3.1 孔内注水测试

向3 个检测孔注水，观察24h 内注水下落速度。案例检测，孔内水位24h 下降2.00～5.00cm，符合设计要求。

3.2 进行取芯检测

对3 个检测孔，按93.30%～93.80% 的采取率取芯，岩芯柱状，状态均匀，不存在混浆或夹泥现象，混凝土实密、岩心中有直径约1.00～3.00mm 的小孔隙。

3.3 混凝土墙体强度测试

抗渗混凝土设计强度级别为C30W12，通过随机抽样测试，经过试验和检测，得出以下结论：混凝土的抗压强度在34.70～37.00MPa，抗渗透级别低于W12。通过对阻渗墙施工质量的检测数据进行分析，可以确认其符合规范和设计要求。

4 结语

在深厚覆盖层枢纽混凝土阻渗墙的施工技术中，通过合理的规划和实施，取得了显著的成果。这种阻渗墙在工程中具有极其重要的作用，可以防止水分渗透，确保结构的稳定性和耐久性。未来，对于类似工程，还需进一步分析工程的施工标准，注重渗漏区域的分析，制订针对性的施工方案与采取科学的技术手段，保证工程病害得到有效解决。