塑性混凝土防渗墙在水库防渗加固中的应用

杨世君

混凝土防渗墙是利用钻孔、挖槽机械，在松散透水地基或坝体以泥浆固壁，挖掘槽型孔或连锁桩住孔，在槽孔内浇筑混凝土或回填其他防渗材料筑成的具有防渗功能的地下连续墙。此项技术已在水库防渗加固工程中得到了推广运用。

1 工程概况

某水库集雨面积3.92km2，总库容176万m3，是一宗以防洪、灌溉、供水为一体的小（1）型水库。水库大坝为均质土坝，最大坝高20.5m，坝顶高程1819.50m，防浪墙高0.65m，防浪墙顶高程1820.15m，大坝坝顶宽6.5m，长150m。

根据水库大坝安全鉴定成果及现场勘察情况，水库现存主要问题为坝体及坝基渗漏。受建坝当时条件所限，土坝坝体填筑、防渗等方面存在一定的缺陷，部分坝体渗透系数和填筑压实度等指标达不到规范要求，对土坝渗流有不利影响。坝基为全风化及强风化砂岩，透水性强，坝基渗漏量大。下游左侧坝脚反滤体失效，淘沙严重；下游右侧消能工出口左边墙底部有大量渗水。

为了解决水库在运行中出现的渗漏问题，使得水库能够正常安全地运行，发挥其应有的经济效益，对水库进行防渗加固是十分必要的。

2 防渗墙设计

本工程的主要任务是解决水库在运行中出现的渗漏问题，使得水库能够正常安全地运行，发挥其应有的经济效益。本次防渗加固采用坝体塑性砼防渗墙进行防渗处理。塑性砼防渗墙具有防渗效果好、施工方法单一和施工质量易于控制等优点；帷幕灌浆具有机械设备简单、施工技术成熟和防渗效果显著等优点。

2.1 防渗墙布置

根据地质勘探资料及地形资料，按照大坝地质纵剖面图和结合大坝现状渗漏情况，确定大坝防渗范围桩号0+000～0+180，防渗加固长度180m。

水库坝顶净宽5.2米，满足砼防渗墙施工成槽机械行走宽度要求，可作砼防渗墙成槽机械行走平台。防渗墙布置在大坝迎水侧，与坝轴线平行，其中心线距坝轴线5m。防渗墙中心线长180m，墙顶高程1818.00m。根据大坝水文地质剖面图，砼防渗墙底部至强风化砂岩顶面。根据地质钻孔资料分析计算，防渗墙最大深度21.7m。

2.2 防渗墙厚度确定

参考《塑性混凝土防渗墙》，根据防渗墙破坏时的水力梯度和安全系数来就算防渗墙的厚度B，即

B=H/Jp

式中：H——防渗墙承受的最大水头，本工程为校核水位与下游河道底之差，为18.45m；

Jp——防渗墙的允许水力梯度，我国已建大部分塑性混凝土防渗墙的允许水力梯度均小于60，参考水库施工技术水平及本工程安全运行，本工程取60×70%=42。

故B=H/Jp=18.45/42=0.44m，则防渗墙厚度取为0.6m。

2.3 防渗墙塑性混凝土主要设计指标

本次设计配合比参数参考类似水库塑性砼防渗墙配合比参数。塑性砼防渗墙砼的主要技术指标为：

（1） 混凝土入孔坍落度（18～22）cm，扩散度（34～40）cm。坍落度保持在15cm以上的时间不小于1.5h；

（2） 初凝时间不小于6h，终凝时间不大于24h；

（3） 抗压强度R28≥3MPa；

（4） 渗透系数K20≤1.0×10-6cm/s；

（5） 粗骨料粒径10～30mm。

3 防渗墙施工技术要点

3.1 造孔成槽

3.1.1布置施工平台

水库坝顶净宽5.2米，满足砼防渗墙施工成槽机械行走4.5m宽度要求，可作砼防渗墙成槽机械行走平台。

3.1.2修筑导向槽

导向槽是在地层表面沿地下连继防渗墙轴线方向设置的临时构筑物。导向槽起着标定防渗墙位置、成槽导向、锁固槽口；保持泥浆液面；槽孔上部孔壁保护、外部荷载支撑的作用。导向槽的稳定是混凝土防渗墙安全施工的关键。本工程导向槽两侧墙体采用倒L型断面，现浇C10混凝土构筑，槽内净宽80cm。

3.1.3抓斗成槽

土石坝防渗墙开槽施工工艺主要锯槽法和挖掘法。锯槽法主要有往履射流式开槽、链斗式开槽、液压式开槽；挖掘法主要有冲击钻法、抓斗法、冲抓结合法。根据本工程地质条件及生产性试验确定采用挖掘法中抓斗法，并制定了“三抓法”的施工方案，即采用液压抓斗机先抓取槽段的主孔再抓取中间的副孔成槽。

（1）槽段划分

槽段划分为Ⅰ、Ⅱ序槽段，根据设备及地质条件确定Ⅰ、Ⅱ序槽段开挖长度同为7.5m，每个槽段分为两个主孔及一个副孔，先施工Ⅰ序槽段，后施工Ⅱ序槽段。 本工程渗墙轴线长180m，共划分为24个槽段。

（2）槽段成槽

槽段成槽采用“三抓法”，在导向槽上放样标识孔位，将抓斗对正孔位后进行垂直造孔。首先施工槽段两端2.8m的主孔，主孔完成后再抓中部1.9m的副孔。主、副孔完工即该施工槽段成槽完工，经监理确定岩层岩性，并最终确定该施工槽段成槽深度。

3.2 护壁泥浆

泥浆在造孔成槽过程中起固壁、悬浮、携渣、冷却钻具和润滑的作用，成墙后还可增加墙体的抗渗性能，本工程泥漿采用膨润土拌制，泥浆配合比为：水1000kg、膨润土50kg 、Na2CO31 kg；固壁泥浆性能指标：密度<1.1g/cm3、马氏漏斗粘度>25s、含砂量<3%。

新制泥浆经过24h膨化后，利用供浆管输送至槽孔内使用，成槽及槽段浇筑过程中回收的泥浆，经净化后可重复使用。槽孔孔口泥浆面在成槽过程中保持在导向槽顶面以下30～50cm范围内。

3.3 防渗墙体灌筑

塑性混凝土防渗墙是在泥浆下灌筑塑性混凝土，本工程是采用刚性导管法进行墙壁体灌注，塑性混凝土竖向顺导管下落，利用导管隔离泥浆，使其不与塑性混凝土接触，导管内塑性混凝土依靠自重压挤下部管口的混凝土，并在已灌入的塑性混凝土体内流动、扩散上升，最终置换出泥浆，保证塑性混凝土的整体性。endprint

3.3.1清孔换浆

槽段终孔验收合格后进行清孔，清孔采用抓斗抓取淤泥，利用下设潜水排污泵抽浆，并及时用新鲜泥浆补充。清孔换浆结束1h后，达到下列标准： ①孔底淤积厚度不大于10cm； ② 泥浆参数为：槽内泥浆比重不大于1.1g/cm3，粘度不大于35s，含砂量不大于3%。清孔换浆工作可以结束。

槽段清孔换浆结束前将钢丝刷子安装在抓斗斗体上，紧贴一、二期混凝土结合面，分段上下反复提动，达到刷子上不带泥屑，孔底淤积不再增加，即接头面清洗合格。

3.3.2槽段塑性混凝土灌注

（1）清孔换浆结束后，下设塑性混凝土灌注导管，导管内径为200mm。一期槽段长度为7.5m，下设三套导管，两侧导管距槽端1～1.5m；二期槽段由于套抓接头，槽段长度为8.2m，下设三套导管，两侧导管距孔端1.0m；同时，槽段内导管间距不大于3.5m。导管底部距槽孔底板不大于25cm，当槽底高差大于25cm时将导管置于控制范围的最低处。

（2）灌注前导管内置入可浮起的隔离塞球，灌注时先注入水泥砂浆，随即注入足够的塑性混凝土，挤出塞球并埋住导管底端，避免塑性混凝土与泥浆混合。

混凝土面上升情况，决定导管的提升长度。导管在混凝土内的埋深最小不得小于1.0m，最大不得大于6.0m，在保证埋深的前提下，随着混凝土面的上升，用吊车提升导管，并将顶部的部分导管拆除。

（4）槽孔内混凝土面上升至槽口时，采用泥浆泵抽出浓浆，并提升导管，减小埋深，增加混凝土的冲击力，直至混凝土顶面超出设计墙顶标高0.5m，即可停止浇筑，拔出导管。

3.4槽段接头处理

相邻槽段的衔接部分即为接头，本工程采用钻凿法进行接头连接，即一期槽段浇筑完毕后12小时后，视混凝土强度进行二期槽段造孔时，将一期槽段混凝土套抓35cm，以保证接头质量。

4 塑性混凝土防渗墙成墙技术应用常出现的问题

4.1 坍塌、漏浆

槽段在成槽过中会出现局部坍塌和大面积坍塌，当出现局部坍塌时加大泥浆密度，出现大面积塌孔时用优质粘土（掺入20%水泥）回填到坍塌处以上1～2m，待沉积密实后再进行施工，同时在相应地段减小了槽段开挖长度。

槽段成槽开挖过程中，有时会出现的漏浆现象，出现漏浆现象常采用处理措施有（1）平抛粘土，加大泥浆比重或抛入锯末进行堵漏；（2）松散地层，造孔应循序渐进，预防在先，稳中求快；（3）证泥浆供应强度和质量，发现漏浆及时补充；（4）对漏失严重的地层用速凝水泥等特殊材料处理，必要时还应对槽孔进行回填。

4.2 导管堵塞

成墙灌注塑性混凝土过程中有时会出导管堵塞，针对导管堵塞采用捣、顿方法疏通，如果无效将导管全部拔出、冲洗、并重新下设，用泥浆泵抽净导管内泥浆后继续浇筑，同时还要核对混凝土面高程及導管长度，确认导管的埋入深度。

5 塑性混凝土防渗墙成墙技术应用应注意的问题

5.1 控制好抓接头的时间

抓接头时间太短塑性混凝土没有凝固，时间太长混凝土强度太高，抓接头适宜的时间为墙体浇筑后12小时，最迟不超过24小时，抓斗抓取时斗体一侧为混凝土另一侧为土，斗体受力分布不均匀，容易造成槽孔沿轴线方向偏移，导致接头质量无法保证，同时严重影响造孔成槽进度，撑握好抓接头的时间是成槽进度快慢的关键环节。

5.2 吊装设备的配置和保养

本工程的混凝土运输采用3台1m3自卸汽车运输混凝土，1台12t吊车吊卧罐的较为经济的设备组合。吊车配置偏少，在施工中吊车一旦出现机械故障，短时间内如无法修好将造成很大的经济损失及工程质量问题。

5.3 成墙塑性混凝土灌筑应注意的问题

塑性混凝土导管下设过程中检验螺丝紧固程度，确保导管间连接可靠。塑性混凝土灌筑具有相当高的连续性，因故中断不得超过40min。同时，槽内混凝土上升速度不得小于2m/h，各灌筑导管均匀放料，保证混凝土面均匀上升，使其高差不超过0.5m。浇筑时槽口要设置盖板，防止杂物落入槽内。endprint