塑性混凝土防滲墻若干施工改進措施及事故處理

貢介全　郝松臣

【摘要】混凝土防滲墻廣泛應用于土石壩除險加固工程中，是病危水庫除險加固的一種比較常見、有效的方法。本文對施工中的導向槽設計、特殊地層鉆孔技術、卡鉆處理做了論述。

【關鍵詞】 混凝土防滲墻；導向槽；鉆孔技術；槽段坍塌；卡鉆處理

【Abstract】The concrete defend a Shen wall extensive application at the ground dam in addition to the insurance reinforce engineering in， is to be critically ill reservoir in addition to insurance reinforce of a kind of more familiar， valid of method.This text rightness is under construction of direction slot design， the special geologic strata drilled a hole a technique， card to drill processing to do discuss.

【Key words】The concrete defend a Shen wall；Direction slot；Drill a hole a technique；The slot segment collapse to fall；The card drill a processing

塑性混凝土防滲墻具有變形模量低、可在與周圍土體變形保持基本協調的情況下而不開裂、以及防滲性能有保證等相對于剛性混凝土及其他混凝土防滲墻所不具備的良好特性，是水庫大壩基礎防滲處理的一種常見方法。通過對若干水庫混凝土防滲墻等工程的實踐，對提高防滲墻施工技術作了一些嘗試性改進，在導向槽制作、特殊地層鉆孔技術、槽段坍塌、卡鉆處理等方面具有一定的先進性。

1. 常用的導向槽結構形式

按照目前的混凝土防滲墻的施工工藝，為了保持槽口的穩定，導向槽是必須的臨時設施，其安全性是追求的目標，是保證工程順利進行和施工企業取得經濟效益的先決條件。

1.1 目前常用的導向槽結構。為適應不同的地質條件，導向槽結構有多種形式，但一般情況下均采用“┓┏”形式的鋼筋混凝土連續梁結構，與其它結構形式相比，它具有結構簡單、施工方便、開挖和回填工程量小等優點。為了保持槽口穩定，在導向槽設計時同時采取其他配套措施：

1.1.1 鋼筋混凝土梁埋深1m，梁高0.7～0.8m，梁上架設定制鋼槽板，鋼槽板的上口用拉筋加以固定。

1.1.2 當地層為河床砂卵石或人工填筑的強透水層時，為防止在鉆孔時因漏漿引起坍塌，防滲墻軸線兩側各2m范圍用粘土加以置換，置換深度一般為3m左右，粘土分層夯填密實。粘土回填至梁上口高程時，采用兩次開挖的方式立模澆灌混凝土連續梁。

1.1.3 在配筋時，按簡支梁計算，計算長度為槽段長度加2m，荷載取最不利工況下的荷載，即梁上部地層的靜荷載、設備自重、施工時設備的動荷載、其他非正常的荷載（如卡鉆時反沖鉆頭的附加荷載）的組合。不計地基反力，按施工槽段梁以下全部坍塌考慮。

這種結構形式，在浙江地區奉化橫山水庫、樂清淡溪水庫混凝土防滲墻工程中得到了應用，實踐證明是安全可靠的。

1.2 導向槽結構的改進設計。導向槽一般結構形式雖然安全可靠，但尚不經濟，有較大的改進余地。

1.2.1 在梁的斷面設計時應充分利用地基的承載力。按照上述做法進行，梁的斷面積大、配筋率高，因而制作成本高，同時拆除費用也大。

在實際施工過程中，當槽口不出現坍塌時，梁的豎向承載力是次要的，地基的承載力起主要作用，梁主要承受側向壓力。雖然也存在梁以下地層嚴重坍塌這種最不利狀況，但極少出現，只要在鉆孔時措施恰當，是可以避免的。況且，當出現這種不利工況時，即便梁可以承受上部荷載，同時采用一些措施可以勉強成槽，但由于澆筑的水下混凝土面積過大，也不符合結構設計的要求，所以當出現槽口嚴重坍塌這種情況時，應進行處理以后才能繼續施工，在梁的斷面計算時可以不考慮這種工況。

1.2.2 取消梁上架設的鋼槽板，采用適當增加梁的高度的辦法同樣可以增強槽口松散地層的穩定性。當鉆孔過程中出現嚴重坍塌時，鋼槽板后面的填筑料也將坍塌，槽板將失穩。為降低工程成本，連續梁采用薄壁鋼筋混凝土結構，壁厚為20～25cm。

1.2.3 遇強透水層時，不必用粘土進行置換。需要用粘土進行置換的原因是強透水層由于結構松散，極易因漏漿引起坍孔，但采用粘土置換也有其特點，（1）在開挖土料時易引起土地資源的破壞；（2）在填筑時往往由于工期和雨季等原因，填筑質量得不到保證，在鉆孔過程中容易坍塌。所以正確的思路應該是在鉆孔過程中采取適當措施，保持孔壁穩定。

1.2.4 鑒于以上分析，在浙江地區如諸暨石壁水庫、浦江通濟橋水庫等混凝土防滲墻工程施工中采用了上面的設計方法，大幅度減少了導向槽的制作工程量，縮短了施工準備時間，在整個施工過程中，結構安全穩定，取得了明顯的經濟效益。

2. 特殊地層鉆孔技術

2.1 強透水層。在混凝土防滲墻施工過程中經常遇到的強透水層一般有兩種情況：河床淺層砂卵石地層；人工填筑的強透水層（如采用砂卵石填筑的施工圍堰等）。在鉆孔時，由于其結構松散、強透水性的特點，易引起孔內泥漿大量流失，導致坍孔。

為維持孔壁穩定，可采用以下常規措施以及在鉆孔工藝上進行一些改進，以取得較好的效果。

2.1.1 宜選用帶側刃的大刃腳十字形沖擊鉆頭，鉆頭重量要大，沖程要高。

2.1.2 使用粘性大、塑性指數高的粘性土制作泥漿。

2.1.3 保持孔內有足夠的水頭高度，不斷向孔內補充泥漿，保持一定壓力防止因漏漿過量而坍孔。

2.1.4 在大塊石層中鉆進時，要注意控制沖程和鋼絲繩的松緊，防止孔斜。

2.1.5 直接向孔內投放粘土，利用鉆機沖擊時鉆頭對孔壁的擠壓作用，把孔內砂卵石夾粘性土擠進孔壁，達到密實孔壁、封閉滲漏通道的效果，增強孔壁的穩定性。

2.1.6 采用層削法成槽。若主孔一次性鉆進至設計深度后再施工副孔，由于地層松散，加上其兩側土體臨空狀態，在沖擊時，孔內砂卵石將迅速崩塌，新增加了大面積滲漏通道，致使槽段內的泥漿可能迅速流失，導致坍孔事故。有的工程中雖采用了液壓抓斗等先進機械設備成槽施工，減少了對孔壁的擾動，但也存在同樣的缺點，若存在不良地層和不利地下水位等因素，也極易導致坍孔，采用層削法施工則可有效防止以上情況的發生。層削法是一種主孔鉆進領先，副孔和小墻緊跟的成槽方法，它有利于孔壁密實和穩定，延長了泥漿和粘土填充孔壁空隙的時間，縮小了集中滲漏的面積。這樣，即使存在滲漏通道，成孔過程有足夠的時間采取措施加以處理，有效防止坍孔事故的發生。

2.2 粘性土層。在以粘土心墻作為防滲體系的土石壩的除險加固工程中，往往需要在粘土心墻中修建混凝土防滲墻，針對這種特殊的地質情況，采用Y.K.C沖擊鉆機和GPS-10型回旋鉆機聯合施工是一種縮短工期、提高經濟效益的有效方法。粘土層中，主孔和副孔采用回旋鉆機成孔，小墻采用沖擊鉆機修整成槽；基巖采用沖擊鉆機施工。兩種不同機型聯合施工，起到了取長補短的作用，既發揮了它們的長處，又避開了它們的缺點。這項施工技術曾在奉化橫山水庫混凝土防滲墻工程施工中得到了成功應用。

與沖擊鉆機相比，粘性土層中采用回旋鉆機鉆孔具有十分明顯的優勢：

2.2.1 工效高。可提高工效的3～4倍。

2.2.2 孔型規則。由于對孔壁的擾動小，孔壁穩定，大幅度降低了混凝土澆灌的充盈系數。

2.2.3 成本低。（1）設備本身的成本較低；（2）回旋鉆機在鉆孔過程中就地造漿，減少了泥漿制備費用；（3）減少了勞動力，降低了勞動強度。

2.2.4 回旋鉆機用于防滲墻鉆孔，在性能上須作改進的是：（1）改變原有的行走系統，使之在Y.K.C沖擊鉆機軌道上移動方便，提高工效；（2）須提高鉆具穩定性，可以通過兩個途徑來解決：一是提高機架的剛度；二是通過增加鉆頭重量等措施提高鉆具在高速運轉時的穩定性。

3. 事故處理

3.1 槽段坍塌。在地層松散、孔隙率大、護壁泥漿指標不夠及成槽工藝或方法不合理等情況下施工，易發生槽段坍塌。發生槽段坍塌后，可采用加大護壁泥漿的比重、粘稠度或向孔內直接投放粘土，增加槽孔泥漿面的高度等；坍孔嚴重時采用粘土或低標號混凝土回填，待坍孔地段穩定后再重新成槽。

3.2 卡鉆。Y.K.C沖擊鉆機在砂卵石或基巖中鉆孔，易發生因孔壁掉塊或操作不當等原因造成卡鉆事故。出現卡鉆事故時，應立即摸清卡鉆原因，及時加以處理；當簡易方法處理無效時，不應盲目處理，人為

增加后續處理難度，此時采用帶專用鉆頭的回旋鉆機處理是一種比較有效的方法。利用回旋鉆機剔凈卡鉆部位的石塊及沉渣，然后采用專用卡具把被卡鉆頭取出。鉆頭采用普通鋼板彎制，做成喇叭形狀，喇叭口的直徑以不超過孔徑為原則，并鑲合金刀片。施鉆前，鉆機須對中，使喇叭口套住整個被卡鉆頭，施鉆時，采用優質泥漿清除巖渣，當鉆至被卡鉆頭的底部深度后，移掉回旋鉆機，用專用的卡具把被卡鉆頭取出，卡具采用雙開式抓斗的原理定制而成。

3.3 采用上面這種方法處理的是鉆頭呈直立狀態下的卡鉆事故，鉆頭處于其他狀態時可能不適用。但出現卡鉆事故時，若非處理不當，絕大多數情況下，鉆頭總是處于直立狀態，所以這種處理方法帶有普遍的實用效果。

4. 結語

在以塑性混凝土防滲墻為抗滲體的大中型土石壩水庫的除險加固工程中，隨著塑性混凝土防滲墻技術的廣泛應用，以及人們對混凝土防滲技術的不斷改進，其施工技術將越發成熟，相信在不久的將來其技術應用水平必將得到更大的提高。

參考文獻

[1] 高鐘璞等編著.大壩基礎防滲墻.北京：中國電力出版社，2000

[2] 白永年等編著.中國堤壩防滲加固新技術. 北京：中國水利水電出版社，2001

[3] 顧曉魯等編著.地基與基礎.中國建筑工業出版社，2004

[文章編號]1619-2737（2015）09-16-132

[作者簡介]貢介全 （1973-），男，學歷：大學本科，職稱：高級工程師、國家一級注冊結構師，國家注冊監理工程師，主要從事建筑、水利結構設計及監理工作。