砂礫石層中壩體工程防滲墻施工技術(shù)探析

姚中英

（喀什地區(qū)長河水利水電工程有限責(zé)任公司，新疆 喀什 844000）

在水利水電工程中，基礎(chǔ)防滲措施是多種多樣的，比如有混凝土防滲墻、高壓旋噴樁、水泥攪拌樁和土工膜等。對于在深厚砂礫石層中修筑大壩，由于砂石層透水性強，所以對于防水措施要求比較嚴(yán)格，特別是深墻施工中，對墻體材料性能的要求更加嚴(yán)格。

目前墻體材料的種類主要有：普通混凝土防滲墻、粘土混凝土防滲墻、塑性混凝土防滲墻、自凝灰漿防滲墻、高強低彈混凝土防滲墻和固化灰漿防滲墻。混凝土防滲墻可以是低彈模的、塑性的或者是柔性的連續(xù)墻，并且具有防滲性能可靠、施工效率高、工期短、經(jīng)濟性強等優(yōu)點，它還能適應(yīng)各種不同的地質(zhì)條件，因此它是砂礫石壩基防滲加固的主要技術(shù)手段，在水利水電工程中應(yīng)用廣泛。

1 混凝土防滲墻材料的選擇

在深厚覆蓋層中建造防滲墻，應(yīng)力條件較為復(fù)雜，對于墻體的防滲要求高，所以為了使用深厚沙礫石層的地質(zhì)條件，防滲墻材料的選擇與組成需要認(rèn)真對待。

目前,墻體材料的發(fā)展方向主要有：塑性混凝土防滲墻和高強低彈混凝土防滲墻。塑性混凝土的特點是水泥用量少,具有一定的抗壓強度，抗?jié)B性和變形性能良好。因為柔性材料用量大導(dǎo)致墻體彈性模量較低，與周圍土體的變形模量相近, 對地層變形的適應(yīng)性好, 可以減小墻體內(nèi)的應(yīng)力, 避免開裂,適宜作防滲墻墻體材料。

黃河上游某水利工程上游的圍堰工程就是采用了塑性混凝土防滲墻,工程完工后圍堰運行狀況良好，塑性混凝土齡期與抗壓強度關(guān)系如表1所示。

高強低彈混凝土的28天抗壓強度一般大于C35，但是彈模卻比普通混凝土小幾倍到幾十倍不等，它主要用于承受高水頭、高應(yīng)力條件的高壩深基礎(chǔ)防滲墻工程。高強低彈混凝土具有較小的彈強比、良好的自流擴散能力以及耐久性好、收縮性小、粘聚性良好的特點。高強低彈混凝土必須采用高分子材料對其進行改性，這種高分子材料必須是水溶性的，與水泥等材料混合而成的復(fù)合材料。

目前用得比較多的是改性的丙烯酸乳液，使用量大概是水泥質(zhì)量的10%。

表1 塑性混凝土齡期與抗壓強度之間的關(guān)系

2 混凝土防滲墻主要施工工藝

我國最早運用該項技術(shù)應(yīng)追溯到20世紀(jì)50年代末，隨著三峽工程、冶勒工程等大型水電樞紐的建設(shè)，深厚覆蓋層地基防滲技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，作者在此簡單介紹混凝土防滲墻的施工工藝。

（1）施工前準(zhǔn)備工作：包括平整場地、施工機械、材料的準(zhǔn)備。按照勘察資料，結(jié)合現(xiàn)場實際情況確定最低施工平臺高程，進行場地平整及建設(shè),為后續(xù)施工提供基礎(chǔ)條件。

（2）測設(shè)放線：依照設(shè)計圖的要求，在現(xiàn)場定出防滲墻的施工軸線，確定導(dǎo)向槽的位置。

（3）完成混凝土導(dǎo)向槽的修筑：根據(jù)工程的需要，確定導(dǎo)向槽支護的結(jié)構(gòu)，再按照施工方案修筑導(dǎo)向槽，要確保混凝土導(dǎo)向槽安全牢固。

（4）劃分合理的施工槽段：槽段過長易發(fā)生坍槽事故，過短則會導(dǎo)致接頭數(shù)量多,費時費力。因此要根據(jù)工程地質(zhì)情況、水文地質(zhì)情況、墻體深度和厚度，以及混凝土或其他材料的澆筑速度來綜合考慮，合理安排施工槽段和施工順序。

（5）施工槽段：對于深厚沙礫石層防滲墻，其槽段之間的連接時防滲墻防滲效果的關(guān)鍵所在，使用鉆鑿法對于深墻施工而言，工效低而且成本高，因此在深墻施工中，套接鉆鑿法、置換法、單雙反弧法及接頭管等接頭形式應(yīng)用廣泛。

3 混凝土澆筑的注意事項

要嚴(yán)格控制混凝土的投料、攪拌環(huán)節(jié)，保證用于澆筑的混凝土料質(zhì)量指標(biāo)滿足要求。由于原材料、含水量、攪拌和施工組織等原因，混凝土料的坍落度、和易性二項指標(biāo)難免會出現(xiàn)波動，但二者又是相當(dāng)重要的參數(shù)，所以要特別重視。由于混凝土澆筑的關(guān)鍵性，并且它的質(zhì)量問題不易發(fā)現(xiàn)，所以必須加強現(xiàn)場施工管理。

（1）導(dǎo)管埋入混凝土的深度要設(shè)置在 1～6m之間，要防止導(dǎo)管提出混凝土面導(dǎo)致短墻事故。

（2）混凝土面上升速度應(yīng)大于 2m/h，一般應(yīng)盡可能達(dá)到3m/h以上。

（3） 正常澆筑時，測量混凝土面的間隔時間一般為30min ，便于從澆筑指示圖上觀察混凝土面的上升情況。

（4）夏季施工和澆筑高標(biāo)號混凝土?xí)r，要盡量少停頓，以防混凝土塌落度損失過大造成堵管事故。

4 深厚砂礫石層防滲墻槽段接頭新工藝

4.1 單反弧法

單反弧法接頭是在雙反弧接頭法的基礎(chǔ)上演變而來的，它們的區(qū)別就在于雙反弧接頭法只有一個單孔，而單反弧法可以各有多個主孔和副孔，槽段的中部是按照常規(guī)的施工方法，即完成主孔施工，再采用鉆劈法對副孔進行施工，直至整個槽段完成連接。

單反弧法的優(yōu)點是減少了接頭數(shù)量、縮短了施工工期。導(dǎo)向孔施工是單反弧發(fā)的關(guān)鍵，它直接影響到單反弧法的整體質(zhì)量。因為導(dǎo)向孔一旦出現(xiàn)偏差則將導(dǎo)致接頭質(zhì)量下降，所以必須保證造孔孔斜質(zhì)量，導(dǎo)向孔不合格則不能施工單反弧擴孔。當(dāng)使用單反弧擴孔時，要輕打輕放，穩(wěn)扎穩(wěn)打，并且注意觀察鋼絲繩的跳動情況，發(fā)現(xiàn)問題要及時解決。

以某大型水利工程為例，該工程防滲墻的單元槽段長度是 7～9m，絕大部分采用“三主兩副”方式，其中一期槽長 7.5m，二期槽長 9m，副孔長度在2m左右，這樣的設(shè)置方法可以使用3臺鉆機同時施工主孔，又可以使用沖擊反循環(huán)鉆機進行副孔的鉆進，合理安排機械施工調(diào)配，大大提高了使用率和施工效率。

4.2 拔管法

拔管成孔施工需要有較高的技術(shù)能力、管理水平來支持，還需要大量的實踐經(jīng)驗加以指導(dǎo)。拔管法施工要點如下。

（1）在防滲墻一期槽孔驗收合格后，配制好拔管架、液壓站和接頭管，檢查接頭管和拔管機，接頭管不得出現(xiàn)嚴(yán)重的變形和堵塞的情況。

（2）在槽孔清孔驗收合格后，進行拔管架、液壓站暗設(shè)和接頭管下設(shè)，拔管架暗設(shè)必須保證其中心與接頭孔中心一致，接頭管下設(shè)時要保持管面圓整。

（3）固定接頭管，兩接頭管對接定位時，接頭插銷插入銷孔要到位，嚴(yán)禁銷頭暴露在外，避免銷頭卡于孔內(nèi)。

（4）澆筑混凝土的速度不能太快，要與拔管施工相配合，控制在 4m/h左右，與此同時拔管機微動，以破除混凝土與接頭管壁的粘結(jié)力。

（5）拔管要在孔低混凝土達(dá)到預(yù)定脫管齡期后才能正式起拔，拔管時要主要觀察壓力表和管內(nèi)漿面是否下降，如出現(xiàn)問題要適當(dāng)調(diào)整拔管速度。

拔管法是否成功主要取決于是否正確選擇并控制混凝土的脫管齡期，因為過早拔管則導(dǎo)致混凝土孔壁坍塌，拔晚了就會出現(xiàn)鑄管事故。一般來說防滲墻混凝土能成孔的最小脫管齡期為 5～8h，這個必須通過試驗來確定。

5 墻體施工質(zhì)量檢測

對混凝土防滲墻施工質(zhì)量檢測的普遍方法有鉆孔取芯法、超聲波和地震透層析成像法。但是單一的檢測方法和模式要么太貴，要么有損害，所以有必要采取無損檢測方法和鉆孔取芯、壓水試驗等方法相結(jié)合，這樣的檢測方式是較為合理的。盡管現(xiàn)在的無損檢測手段還不是非常可靠，但它可以彌補傳統(tǒng)檢測手段的不足，從而有效減少質(zhì)量檢測的工作量，產(chǎn)生經(jīng)濟效益。

5.1 鉆孔取芯法

鉆孔取芯法是通過有無夾泥和水平冷縫、混凝土密實程度、與基巖面接觸情況、墻底沉渣深度等現(xiàn)象來了解墻體混凝土的施工質(zhì)量。

芯樣需要進行試驗的3個項目為抗壓強度、彈性模量及滲透系數(shù)。這種方法直觀明確，但是需要一定的專業(yè)技術(shù)水平，成本較高。另外鉆孔會對墻體產(chǎn)生一定的破壞作用。

當(dāng)混凝土強度等級低于C10或強度雖高但是齡期低的結(jié)構(gòu)，均不宜采用這種方法進行監(jiān)測，鉆孔取芯測試得到的混凝土強度只能是作為了解混凝土防滲墻整體質(zhì)量的參考，而能作為評價墻體強度是否合格的標(biāo)準(zhǔn)。有時候為了提高鉆孔取芯的完整性，宜使用反循環(huán)供水方式進行鉆孔施工。

5.2 超聲波法

超聲波法是利用墻體各部分的縱波波速來判斷整個墻體混凝土的強度和均勻性，測試首先需要在墻體中埋設(shè)多根垂直測管，然后在相鄰的管內(nèi)作跨孔聲波測試，通過獲得的波速來反推墻體混凝土的密實度。

5.3 地震透射層析成像技術(shù)

地震透射層析成像（CT）技術(shù)是一種快速有效、科學(xué)合理的檢測方法，它是通過激發(fā)地震波對被測剖面進行透射，然后利用各個方向上的投影值來重構(gòu)剖面物性圖。CT技術(shù)是將測試對象劃分為等面積的單元，通過射線的照射獲得單元波速值，如果有大于2倍單元尺寸或波速大于5%的地方，一般可判定為異常。

例如西藏某水電站防滲墻施工檢測中，圖像顯示出了波速的低速區(qū)、中速區(qū)和高速區(qū)，得到了墻體中不均勻的分布情況，后于與鉆孔取芯法檢測結(jié)果相比較，二者情況基本一致，這說明CT技術(shù)用于檢驗防滲墻的施工質(zhì)量是可行的。

6 結(jié) 語

綜上所述，深厚砂礫石層防滲墻施工技術(shù)復(fù)雜、難度大、工藝要求高，如有疏忽和延誤，就可能造成質(zhì)量事故和重大經(jīng)濟損失。

目前我們繼續(xù)解決的問題有尋求性能高的造孔成槽設(shè)備和質(zhì)量優(yōu)良的防滲墻接頭方式等等，這其中有很多難題有待我們?nèi)ソ鉀Q，相信隨著工程實踐經(jīng)驗的積累和科研投入的增加，這些難題都將迎刃而解。

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