塑性混凝土防滲墻墻下帷幕灌漿預埋管技術研究

張 宗 福， 楊 雪 梅， 舒 媛

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

銀江水電站位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段上，是金沙江中游水電開發的最后一個梯級，其施工導流采用三期導流方式。一期圍堰采用塑性混凝土防滲墻作為防滲體系，防滲墻入巖1 m，墻厚0.6 m。防滲墻施工軸線長度為407.3 m，其中樁號K0+56～K0+95.8范圍要求在防滲墻內預埋帷幕灌漿管，以便于工程后期帷幕灌漿的施工，減少混凝土的鉆孔時間。該段總共需要埋設26根預埋管。

銀江水電站防滲墻工程屬于嵌巖式，防滲墻在成槽過程中見基巖面后入巖部分的成槽采用沖擊鉆機鉆劈法施工，其防滲墻與基巖的接合面部分可能存在破碎的基巖，將會形成防滲的薄弱環節[1]。同時，在設計階段，該部位地勘資料顯示基巖段裂隙相對發育且巖體強度較高。為了保證該部分的有效防滲，滿足基坑下挖深度要求，對該段設計采用墻底帷幕灌漿，通過帷幕灌漿實現混凝土防滲墻以下的防滲。

預埋管下設質量的好壞對于后續施工的進度及施工難度影響很大。因此，如何采取有效措施提高預埋管的質量至關重要。依托該工程防滲墻下預埋管施工，研究了預埋管施工技術，從而即經濟、又合理地完成了預埋管作業。

2 預埋管施工技術方案

該項目防滲墻采用塑性混凝土，設計終凝強度僅為5 MPa，強度較低且因墻體上不宜實施鉆孔，故其墻下的帷幕漿灌需要依靠預埋灌漿實現，即在防滲墻施工完成后通過預埋的灌漿管直接對墻下基巖部分進行帷幕灌漿鉆灌施工，從而避免了在塑性混凝土防滲墻上進行鉆孔施工對原本強度較低的墻體產生破壞，降低了墻體損壞帶來的質量風險。

2.1 工程難點

2.1.1 墻體較薄，個別預埋管桁架內需下設澆筑導管

由于帷幕灌漿孔間距為1.5 m，防滲墻單元長度為6.2 m，因此，Ⅱ期槽整槽不可避免地均需下設預埋管，同時，由于墻厚只有60 cm，桁架除去保護層及角鋼的寬度，其內側間距只有40 cm左右。而澆筑導管接頭部位的直徑可達30 cm，極易造成導管掛在預埋管桁架上而導致鑄管或拔出預埋管桁架。

2.1.2 地質情況復雜，孔斜率較難控制

一期圍堰防滲墻預埋管的施工部位自上而下分別由回填層、沖積卵石、粉細砂、粉質黏土、卵礫石層及黑云母閃長巖(基巖)構成?；靥顚哟嬖谳^大孤石，其硬度高、粒徑大且較松散，易漏漿塌孔；砂卵石層也存在較大孤石，一般粒徑不大于30 cm，主要是回填層和砂卵石層的孔斜較難控制。為保證桁架下設，要求垂直度必須高于設計要求，進而增加了施工難度。

2.2 預埋管施工工藝

2.2.1 設計原理

為了消除因管體自身的垂直度及混凝土澆筑時混凝土的沖擊力作用對管體定位的影響，不能采用“單根鋼管埋設法”，而需采用各根鋼管焊接成一整體桁架的“組合式直接預埋鋼管法”[2]。采用角鋼制作專門用于支撐、定位預埋管的骨架，并將預埋鋼管焊接固定在骨架中間。預埋管對口焊接處采用鋼筋箍焊加固的方式進行連接，并需保證預埋管的整體垂直度，使其滿足帷幕灌漿鉆孔施工孔斜的要求。鑒于桁架懼怕受壓變形，桁架結構的設計及起吊方案等需要考慮避免桁架受壓。

2.2.2 預埋管的選擇

帷幕灌漿先導孔鉆孔孔徑為75 mm，生產孔的鉆孔孔徑為56 mm，最終項目部選擇了φ91 mm無縫鋼管，壁厚3.5 mm，理論重量為7.38 kg/m，單槽最大埋管長約80 m，重約0.6 t。

預埋管內徑為84 mm，大于先導孔孔徑要求，其壁厚主要考慮預埋管需要具有一定的抗彎強度，能夠防止受混凝土擠壓變形。

2.2.3 桁架設計

灌漿預埋管定位架應根據每個槽段的尺寸及槽段內灌漿孔的設計位置制作[3]，根據帷幕灌漿孔的間距為1.5 m，槽段長6.2 m的實際情況，需綜合考慮導管、接頭孔等，經初步預計，一個槽段可埋設3～5個帷幕灌漿孔支架。若預埋管和導管等重合或鄰近，在設計允許的范圍內可適當調整導管和預埋管的位置。17號槽段的定位架平面圖見圖1。

圖1 定位架典型平面圖

水平定位架寬度均為50 cm，兩側各留5 cm保護層厚度，其長度根據預埋管的數量、接頭孔位置及導管位置進行調整，但需保證槽與槽之間的預埋管間距在設計及規范允許的范圍內。

水平定位架根據最淺孔深確定個數，并需保證各層定位架之間的間距≤5 m。例如17號槽，其最小孔深為19.1 m，布置有5層定位架。定位架在四個側面加設“十字”斜撐以確保桁架剛度、增加桁架的抗壓能力；該槽段可以埋設4跟預埋管，故定位架內側的間距約為4.6 m，外側寬50 cm，順槽方向兩側均勻布置高5 cm的耳朵，Φ16 mm螺紋鋼，梅花形布置以確保保護層的厚度。

由于防滲墻底部基巖面具有一定的坡度，故對其下部需準確測量各孔位的深度，將異型段做成與基巖面吻合的臺階型斷面以保證桁架的穩定。桁架豎向結構見圖2。

預埋管的單根長度若小于槽深，則需采用焊接的方式連接預埋管。由于管壁較薄，為防止焊穿預埋管，在單根鋼管的接口處焊接了三根長度為30 cm，Φ16 mm的豎向螺紋鋼筋，以方便鋼管焊接對位并確保接口處的強度。同時，預埋管接頭應緊密接觸并滿焊，防止混凝土內的砂漿、水泥漿流入預埋管內，造成預埋管堵塞。預埋管底部需采用薄鐵皮“封底”，防止澆筑過程中混凝土進入管內。預埋管施工完畢，對其管口進行封閉防護處理，孔口封閉采用管內填塞編織袋或焊薄鐵板的方法，防上異物落入管內，避免增加帷幕鉆孔的難度。

預埋管桁架的水平方向主要承受壓力，應防止桁架扭曲變形。在預埋管桁架豎直方向下設過程中主要承受拉力，澆筑過程中可能逐漸變為壓力(主要受導管埋深及混凝土流動性影響)。澆筑過程中，應主要防止桁架受浮力影響導致的桁架變形，即控制兩側的澆筑速度要均勻，及時拆管，嚴格把控混凝土質量。

桁架采用焊接的方式連接，一定要保證各節點焊接牢靠，無脫焊、虛焊。

2.2.4 桁架材料的選擇

目前常用的桁架材料有鋼筋和角鋼2種，40 mm×40 mm×4 mm的角鋼每m重2.422 kg，相當于Φ20 mm鋼筋單m的重量。角鋼相對于鋼筋來說，其抗彎性能優于鋼筋，而其抗彎性能是預埋管桁架不發生變形的重要前提，但相對于鋼筋而言，澆筑過程中角鋼受到的浮力更大，澆筑過程中更容易“浮籠”，因此，混凝土澆筑前需對孔口采取一定的措施預防浮籠。

2.2.5 防滲墻的成槽要求

防滲墻成槽過程中，一定要嚴格控制孔斜，將整槽孔斜率一定要控制在3‰以內、高于設計及技術規范要求4‰。一定要防止在下設過程中預埋管桁架頂在孔壁上造成下設困難、甚至破壞預埋管桁架或卡在槽孔內無法提出而導致需要重新焊接預埋管桁架或重新造孔清槽的情況發生，既增加成本，又延誤工期。若埋設深度增大，對防滲墻成槽孔斜率的要求應相應提高。

另外，還需保證垂直方向的孔斜方向一致，防止形成“破浪墻”。按照18 m孔深計算，孔斜率為3‰，孔底偏差約5.4 cm；若垂直墻身方向一前一后、孔底偏差達到11 cm左右，也會造成預埋管桁架下設困難等問題。

2.2.6 預埋管的制作及下設

(1)施工測量。根據設計要求及槽段劃分情況確定預埋管桁架的兩端位置。

(2)預埋管桁架的加工。槽段開始施工后，同步加工該槽段預埋管桁架，每個槽段因孔位及孔數不同，其桁架結構圖應單獨設計以確保在孔位偏差滿足要求的情況下盡量避開接頭孔、導管等位置。

按照設計圖紙下料，焊接預埋管桁架，桁架的焊接場地應平整以保證桁架的垂直度。

(3)預埋管的下設及保護。待槽孔驗收合格后方可下設預埋管。下設前，先按照既定的孔位做好記號，將加工好的桁架先檢查一遍，看其是否有脫焊或漏焊，灌漿管布置的是否合理以及垂直度符合要求否，防止預埋管吊裝時現場接頭焊接不平直形成“硬彎”[4]。然后采用25 t吊車在現場起吊，使桁架預埋管中心與孔位相對應、誤差小于技術要求的允許值。下設到位后需對孔口進行妥善保護，防止混凝土進入預埋管內。

該工程預埋管的最大深度為19.5 m，故桁架采用一次性加工成型、整體起吊的方式下設。預埋管吊點選擇在桁架上方兩端及下方中間，桁架上方兩端的2個吊點為主吊點(兩個主吊點一定要中心對稱，防止桁架偏心受力導致變形)，下方為輔吊點，輔助主吊點將桁架由水平狀態調整為懸垂狀態，入槽前將輔吊取下來，由上方2個主吊點慢慢將桁架下設到指定位置。下設到指定位置后，在槽孔內用2～3根槽鋼橫跨導向槽將桁架放置在槽鋼上，保持桁架呈懸垂狀態，其垂直方向不承受壓力，防止桁架變形。

預埋管桁架相當于重量小的鋼筋籠，需采取有效措施防止桁架上浮，如保證混凝土的流動性，控制澆筑速度、減少導管埋深及孔口增加固定措施等。

預埋管在完成下設定位后，最具有難度的是混凝土澆筑過程對其帶來的擾動，尤其是混凝土澆筑至鋼筋籠區域時對鋼筋籠產生的上浮或下沉，將導致其發生位移或偏斜、甚至斷裂。為了保證預埋管在槽孔內擾動最小，施工時必須控制混凝土質量及澆筑速度，保證混凝土塌落度為20～24 cm，擴散度不小于340～400 mm且和易性良好?；炷撩鎰偟借旒艿赘叨葧r，一定要控制好澆筑速度，將速度控制在2～3 m/h，及時拆管，導管埋深不大于4 m。

(4)檢查預埋管。預埋灌漿管在完成埋設后及防滲墻混凝土澆筑完成時，需要對預埋管進行質量檢查。為了準確地測出其垂直度，一般采用“測斜儀”以 5 m 為一段對整孔進行檢測并記錄詳細數據，之后對孔口做好保護，避免雜物掉入。同時，還要檢查預埋管間距(主要是槽與槽之間、預埋管之間的間距是否滿足要求)。

對于預埋管損壞或間距大于設計值的情況，預埋管是無法進行彌補的，如果影響到灌漿質量，可以選擇在墻體鉆孔以實施墻下的帷幕灌漿用于保證基礎防滲；也可以在該孔位的上下游進行加密或補強灌漿進行處理，直至達到設計要求的防滲標準。

(5)預埋管方案的優化。根據現場實際情況，項目部對原設計方案進行了優化，以達到降低施工難度、降低施工成本的目的。

①考慮到豎向所受壓力較小，取消了桁架順墻身方向側面的角鋼斜撐，保留了垂直墻身方向及水平方向的斜撐，減少了加工難度，節約了成本；

②水平定位架將“十字”交叉斜撐改成“八”字型，方便了導管的下設及拆除，同時避免了導管掛桁架造成鑄管或預埋桁架上浮報廢。

2.2.7 應用效果

銀江水電站一期圍堰防滲墻工程軸線長407.3 m，壁厚0.6 m，樁號K0+56～K0+95.8范圍要求預埋帷幕灌漿管，累計埋設預埋管26根，7個預埋管桁架，最大預埋深度為19.5 m，目前該段已完成帷幕灌漿施工，預埋管成功率為100%。如果直接在墻體內鉆孔，鉆孔偏斜過大會鉆穿墻體，對防滲墻墻體造成破壞，進而影響到防滲效果[5]。采用預埋灌漿管技術避免了該段帷幕灌漿穿墻鉆孔的難題，縮短了工期，降低了施工成本，創造了巨大的間接經濟效益，所取得的經驗值得在同類工程中推廣應用。

2.2.8 小結

(1)采用角鋼制作預埋管桁架，可以有效地保證預埋管桁架的穩定性，桁架發生變形的概率較?。?/p>

(2)若埋設深度小于10 m，角鋼的規格可適當減小，桁架的水平定位架間距可以適當的增加以降低成本；

(3)若預埋管深度增加，則需考慮增大角鋼規格及順墻方向的斜撐，以保證桁架的穩定。

(4)桁架自身結構設計主要是防止桁架受壓發生形變，水平方向由于起吊肯定受壓，因此必須設置斜撐以增加其穩定性；豎直方向在正常情況下主要受自重產生的拉力，澆筑過程中受到混凝土的浮力、摩擦力等可能也會產生一定的壓力，因此需要控制水平定位架間距以避免桁架變形。

3 社會與經濟效益

通過“預埋管法”進行防滲墻下帷幕灌漿施工技術研究，結合銀江水電站圍堰防滲墻下帷幕灌漿工程的施工實踐，不斷調整、優化預埋管施工工藝，確保了依托工程施工的安全和質量，經過工程應用和施工實踐，取得了以下幾方面效益：

3.1 工期效益

此次帷幕灌漿預埋管的成功實施，有效地減少了該段墻下帷幕在墻內造孔的時間，有效地避免了造孔破壞墻體的風險，按照墻內造孔一次性成孔計算預計節約工期約10 d。

3.2 社會效益

相對于墻內造孔的方式，采用預埋管成孔可以減少因帷幕灌漿造孔對墻體造成的損傷，有利于保證防滲墻的防滲效果，減少后期基坑經常性抽排水的費用，樹立良好的企業形象；同時，該項技術可在類似采用“墻幕”結合防滲的工程中推廣應用。

4 結 語

此次研究僅對預埋灌漿管的工藝在理論分析和生產實踐中進行了多方面的試驗與總結。整個研究取得了理想的效果，但仍存在很大的改進和提高空間，希望該研究成果能夠對類似工程提供一定的參考和思路。