混凝土重力坝电站塑性混凝土防渗墙施工工艺

余丰，王宝

（中国水利水电第十二工程局有限公司，杭州 310000）

1 引言

堤基防渗是水利工程中的重点施工内容， 提高堤基防渗水平可在一定程度上避免堤基渗漏导致的结构失稳、 安全事故等各类异常状况。 在堤基防渗施工中，塑性混凝土防渗墙属于颇具代表性的施工工艺，若施工方法得当，可有效提高堤基防渗水平。 为此，有必要围绕塑性混凝土防渗墙施工工艺展开探讨。

2 工程概况

某工地水电站的选址位于河流下游部位， 总装机容量为2×3 000 kW，其地势、地形条件比较平稳。 在左、右岸坝段以及溢流坝段采用混凝土重力坝，具体的施工范围中，左岸坝段的长度为64.75 m，右岸坝段长度75.69 m。 工程上下游土石围堰的防渗墙最大深度约16 m，施工平台高程取409.7 m，采用塑性混凝土防渗墙，厚度60 cm。

3 塑性混凝土防渗墙施工准备

3.1 施工平台及导墙的建设

结构形式均为钢筋混凝土结构，按照开挖后随即立模、浇筑的方法施作矩形断面的导墙。 具体结构如图1 所示。

图1 施工平台及导墙结构示意图

3.2 先导孔施工

在防渗墙施工前需进行地质复勘工作，沿混凝土防渗墙轴线每隔50~100 m 布设一个先导孔。钻孔采用XY-2 地质钻机，搭配合金钻头。 以回转钻进的方式钻孔，转速不超过200 r/min。钻孔过程中， 视孔深范围内的地层特性灵活优化钻孔方法，例如，钻孔发生在饱和地层时，用膨润土泥浆护壁[1]，避免塌孔；钻孔发生在地下水以上的软土层时，干法钻进。 孔位误差不超过10 cm，孔径70~110 mm，孔的偏斜率不大于1%。 钻孔期间，取芯样进行编录， 根据芯样检测结果判断防渗墙槽位的地质条件，重点考虑钻孔范围内是否分布大孤石、基岩陡坡等，发现此类特殊地质后优化钻进方法，保证钻进的有效性。

4 塑性混凝土防渗墙施工工艺

以 “三钻两抓法” 的工艺施工防渗墙，作业设备以CZ-30型冲击钻机和SG35 型液压抓斗为主，联合作业。Ⅰ、Ⅱ期槽长均为6.8 m，主孔0.6 m，共3 个，副孔2.5 m，共2 个；混凝土按需生产，按照预设的配合比在搅拌站精准称量原材料，集中拌和，用混凝土拌和车运输至现场；各槽段通过 “接头管法” 连接。

4.1 钻进成槽

遵循因地制宜的原则，根据现场地质条件、槽深规格等选择钻进成槽施工方法。 经分析，拟采用 “三钻两抓法”，思路是：冲击钻机钻凿主孔和基岩，副孔上部覆盖层由抓斗抓取，随后用冲击钻机进行副孔所在部位基岩的钻凿，形成副孔（见图2）。以 “三钻两抓法” 施工后，突破硬岩地质条件下成槽难度大的局限性，发挥抓斗成槽高效性的优势，成型钻孔可作为副孔钻进时的导向孔，有利于保证钻进成槽质量及提高施工效率。

图2 “三钻两抓法”示意图

4.2 槽段划分

Ⅰ、Ⅱ期槽，各自包含3 个0.6 m 的主孔和2 个2.5 m 的副孔，槽长均为6.8 m。 槽孔划分如图3 所示。

图3 槽孔划分示意图（单位：mm）

在槽孔两端设测量标桩，以此为基准测放槽孔中心线，并在后续的施工中用该中心线检验成墙体的中心线， 判断成墙精度。 各方向的孔位偏差均不超过3 cm，否则及时调整。 墙的厚度受钻头直径和抓斗宽度的影响，为保证墙厚度的合理性，要求终孔时钻头直径和抓斗宽度均不小于墙体设计厚度，同时满足钻头可顺畅下放至槽孔内并自由横向移动的要求。

4.3 清孔换浆和接头孔的清理

4.3.1 清孔换浆

清孔换浆在槽孔终孔后进行，采用泵吸反循环法，将排碴管下放入孔，管底口与孔底的距离保持在50~100 cm，排碴管下放到位后，启动砂石泵，将堆积在孔底的浆碴泵吸至泥浆净化系统，于系统内做净化处理后，泥浆回流至槽孔，并在此期间持续将适量的新鲜泥浆补充至槽内。 考虑到全面清理沉碴的要求，清孔时下入钻头进行搅动，松动孔底相对稳固的沉积物，以便将此部分泵吸至泥浆净化系统。 清孔作业逐步进行，每结束一孔的清孔后， 将钻机及排碴管移动至下一孔位进行清孔，以此类推。

清孔过程中，持续向槽内补充新鲜浆液，目的在于维持孔内浆液性能的良好性以及为后续的混凝土浇筑创设良好条件。 补入的新鲜泥浆的各项性能指标均合格，补入量视孔内泥浆量而定，通常根据槽内总浆量的1/3 左右控制。

4.3.2 接头孔的清理

接头孔用圆形钢丝刷子清理[2]，清理过程中灵活调整钢丝绳的位置，从而对接头孔施加不同程度的压力，有效清孔。 钻机带动刷子从孔底至孔口往返运动，做全方位的清理。 若刷子钻头基本不带泥屑，可结束接头孔的清理作业。

4.3.3 清孔换浆结束标准

若满足如下条件，可结束清孔换浆：槽孔内淤积厚度不超过10 cm；泥浆黏度＜（35±5 m）Pa·s；泥浆密度＜1.10 g/cm3；含砂量＜3%。

4.4 槽段连接

以 “接头管法” 连接槽段，按此方法施工后的接头孔孔壁光滑、孔形良好，孔端不易出现过厚的泥皮；不留死角，易清理接头，保证清理效果；在下设接头管后，无须套打接头混凝土，减少工作量，提高施工效率；接头的接缝稳定可靠。考虑到本工程防渗墙深度较浅的特点，用汽车吊进行接头管的起拔作业。

4.5 接头管下设

经过全面检查后，若无误可下设接头管，检查内容为：管底淤积泥沙是否被清理干净； 接头管底阀开闭状态是否正常；接头的卡块、盖是否配置齐全；接头管外表是否涂抹润滑油等。

接头管下设采用50 t 吊车，首先吊装底节接头管，经过调整后，使其对准端孔中心，缓慢下放至φ120 mm 销孔处，用壁厚18 mm 的φ108 mm 钢管对孔插入接头管， 进一步将管下放，直至钢管担在拔管机抱紧圈处；确认钢管下放到位后，松开公接头保护帽固定螺钉，吊装保护帽至指定区域进行存放，将接头配合面的杂物清理干净，涂抹润滑油；进行第二节接头管的吊装， 将母接头保护帽卸下， 清理接头内圈结合面的杂物，恢复干净后对准公接头插入，插入应精准且缓慢地进行，接头间不可出现碰撞，否则将导致接头唇部形态发生变化，进而引起难以正常连接的问题；吊起接头管后，下放至第二节接头管销孔，插入φ108 mm 钢管。 按前述方法依次施工，完成后续各节管的安装作业。 每结束一节接头管的安装后，检查安装质量，若有问题及时处理，不可对后续施工乃至整体施工效果产生不良影响。

4.6 接头管起拔注意事项

接头管偏斜问题较为普遍，主要原因在于：（1）端孔造孔时未严格控制孔形，施工成型的孔呈不规则形，若向此类孔中下设接头管，容易出现偏斜现象；（2）混凝土浇筑过程中存在过强的侧向挤压作用，在力的作用下，接头管发生偏斜。

无论何种原因引起接头管偏斜问题，均要采取纠偏措施，即通过垂向的起拔力重塑孔形， 调整接头管后， 使其保持垂直。 为降低纠偏难度及保证纠偏的有效性， 纠偏必须及时进行，即在混凝土尚未凝结前完成。

4.7 混凝土浇筑

4.7.1 浇筑导管的配置

混凝土浇捣时，将φ250 mm 的钢管作为导管，各节段导管用快速丝扣连接成严密、稳定的完整导管。 分别在各导管的上部和底节管以上设长度为0.3~1.0 m 的短管，以满足混凝土浇筑对导管长度的要求。 用于混凝土浇筑的导管必须通过质量检验，例如，调直检查、圆度检验、压水试验、焊接检验，各项检验结果均达到要求后，在合格的导管上设置醒目的标识。

导管在孔口的支撑架以型钢为原材料制作成型，根据 “混凝土充满导管时总重量的2.5 倍以上” 的要求设计支撑架的承载力，保证支撑架稳定可靠。

混凝土浇筑时，加强对浇筑柱状图的分析，据此判断接头管的埋深和混凝土面的上升速度，根据实际状况动态管控，避免异常状况。

混凝土强度的增长速度快，随着强度的提高，与管壁的黏结力增强，起拔力加大。 为此，必须准确确定混凝土初凝和终凝的时间，提高原材料称量的精准性，减小配料误差。 随着混凝土浇筑的持续进行，分阶段制作试件并进行试验检测，精准判断混凝土的凝结时间。

4.7.2 导管下设

按配管图下设导管，基本要求是：各槽段的导管数量控制在2~3 根，Ⅰ、Ⅱ期槽端距离导管分别不超过1.5 m、1.0 m，相邻2 根导管的距离不超过4 m； 布设到位的导管应位置准确、稳定可靠。

4.7.3 混凝土开浇及入仓

以压球法开浇混凝土，分别为各导管下入隔离塞球。 为将导管底端埋入混凝土内，在混凝土开浇前，向导管内注入适量水泥砂浆，并拌制足量质量达标的混凝土，确保导管底端在塞球被挤出后可有效埋至混凝土中。 混凝土浇筑遵循连续性原则，非必要不中断[3]。 槽孔中混凝土的上升速度稳定在3~5 m/h，有条不紊地进行浇筑。

4.7.4 浇筑期间的控制措施

1） 严格控制导管的埋深， 混凝土浇筑全过程中需稳定在1~6 m，否则将由于导管埋深异常而出现泥浆进入导管的情况。

2）槽孔混凝土面的高差需在0.5 m 内，严格控制混凝土浇筑量和浇筑速度，保证混凝土面均匀上升。

3）混凝土浇筑期间，每30 min 测一次混凝土面，根据测量结果采取控制措施。 开浇和即将结束时增加测量次数，确定每次测量时混凝土面的上升量。 测量数据以及各项浇筑数据均要进行全面的记录，根据实测数据绘制浇筑指标图，以此为参考，于合适的时间以科学的方法拆卸导管。

4）为避免混凝土散落至槽孔内，混凝土浇筑时在孔口设置盖板。 若槽孔底部缺乏平整性，首先浇筑最低部位，整体均匀后协同浇筑。 混凝土浇筑结束后，混凝土顶面略高于设计高程50 cm。

5 结语

综上所述， 塑性混凝土防渗墙是堤防防渗领域的重要工艺，此项施工工艺的细节多、专业性强，对施工人员的技术水平提出较高的要求。 经过本文的分析后，提出塑性混凝土防渗墙施工工艺流程及具体要点，最终取得了良好的施工效果。