某堤防加固工程中混凝土防滲墻施工技術及優化

摘要：結合某堤防加固工程中的混凝土防滲墻施工，介紹了堤防加固中的混凝土防滲墻施工技術及施工過程中所采取的優化措施，為同類型防滲墻施工提供一些參考。

關鍵詞：堤防；混凝土防滲墻；優化

1 概述

混凝土防滲墻是利用鉆孔、挖（銑）槽機械，在松散透水地基或壩（堰）體中以泥漿固壁，挖掘槽形孔或連鎖樁柱孔，在泥漿下澆筑混凝土，筑成的具有防滲性能的地下連續墻，主要分為鋼筋混凝土防滲墻和塑性混凝土防滲墻。

2 工程概況

某堤防工程位于北江中游，是某大型樞紐的重要組成部分，為4級建筑物，設計洪水標準為100年一遇（P=1%），堤頂全長3610m，保護區面積41.4平方公里，人口1.2萬人。

由于堤防在運行過程中堤后發生管涌險情，并且存在堤基抗滑穩定隱患、堤后沼澤化嚴重，部分堤身沉降及滲漏嚴重，透水層主要以沖積砂層（頂板高程0～12.2m，厚5～15m）及含泥砂卵礫石層（頂板高程6～8m，厚3～10m）為主，因此設計采用塑性混凝土防滲墻對堤基及堤身進行防滲處理，共需完成防滲墻97510m2。

3 布置形式及設計指標

防滲墻軸線位于堤下0+6.07m，設計墻頂高程28.7m，現狀堤頂高程29.2m，由于原堤頂寬度為7.0m，不能滿足混凝土防滲墻的施工作業面寬度要求，同時考慮對原有堤身進行培厚，因此設計方案將原堤身在背水側培厚8.0m，坡比為1∶2.5，堤頂寬度變為15.0m，可滿足防滲墻施工作業要求，具體布置形式如圖1所示。

本工程設計要求防滲墻墻厚60cm，墻底進入相對不透水層1.0m，墻體材料為塑性混凝土，28d的抗壓強度為1.0～5.0MPa，滲透系數變化范圍在n×10-6～n×10-8cm/s。

圖1 防滲墻布置示意圖

4 施工流程

本工程防滲墻施工時的工藝流程如圖2所示。

圖2 防滲墻施工工藝流程

5 施工方法

（1）成槽

采用“抓取法”成槽，每槽孔分三抓進行，采用上海金泰SG35型液壓抓斗施工。開抓前檢查機具設備是否狀態良好，泥漿制備是否充足，水電管路是否暢通，以確保正常工作。成槽時按測量放樣位置停好機位，調整斗體與導槽的相對位置，經測量復核滿足相應要求要求后開始抓槽，成槽順序如圖3所示。從抓槽開始至結束，導墻內的泥漿應保持在導墻面以下30～50cm。

圖3 成槽順序示意圖

在抓斗工作期間，配一臺挖土機，及時清理抓出的泥土，并裝入自卸汽車運至指定棄渣場。

在成槽過程中，機械操作要平穩，嚴格控制抓斗的垂直度及平面位置，尤其是開槽階段，仔細觀察監測系統，任意方向偏差超過允許值時，立即進行糾偏。另外針對厚砂層及卵石層易產生坍塌的情況，特制定以下措施：

① 減輕地表荷載：槽壁附近堆載不超過20kN/m2，起吊設備及載重汽車的輪緣距離槽壁不小于3.5米。

② 控制機械操作：抓斗械操作要平穩，不能猛起猛落，防止槽內形成負壓區，產生坍孔。

③ 強化泥漿工藝：采用優質膨潤土制備泥漿，并配以CMC增粘劑形成致密而有韌性的泥漿止水護壁，并以重晶石適當提高泥漿比重，保持好槽內泥漿水頭高度，并高于地下水位1米以上。

④ 縮短裸槽時間：抓好工序間的銜接，使成槽至澆灌完混凝土時間控制在24小時以內。

（2）清槽換漿

成槽以后，先用抓斗抓起槽底余土及沉渣，再用泵舉反循環吸取槽底沉渣，在灌注混凝土前，利用導管采取泵吸反循環進行二次清槽并不斷置換泥漿[2]，清槽后測定槽底以上0.5～1.5m處的泥漿比重應小于1.3，含砂率不大于8%，粘度不大于35S，槽底沉渣厚度小于100mm[1]。

（3）混凝土澆筑

混凝土從拌和樓出機后采用混凝土攪拌車直接運送至澆筑地點。防滲墻采用泥漿下導管法澆筑混凝土成墻的施工工藝，施工前導管在地面作密封性實驗，壓力控制在0.6-0.7MPa。每段設置2套導管，兩套導管間距不宜大于4m，導管距槽端頭不宜大于1.5m；導管提離槽底大約15～25cm之間；當槽孔底部高差大于25cm時，導管應布置在其控制范圍的最低處[1]。灌注前利用導管進行泵吸反循環二次清底換漿，并在槽口上設置擋板，以免混凝土落入槽內。

澆筑混凝土時，以充氣球膽作為隔水栓，混凝土攪拌車直接把混凝土卸到導管上的漏斗內，并確保首批混凝土灌入后埋管深度不小于1.0m，后續灌注速度控制在4～5m/h。灌注時各導管處要同步進行，保持混凝土面呈水平狀態上升，其混凝土面高差不得大于500mm。灌注過程中，要勤測量混凝土面上升高度，控制導管埋深在2～3米之間，灌注過程要連續進行，中斷時間不得超過40分鐘，灌到墻頂位置要超灌0.5米。

6 針對透水層的成槽措施

在堤基透水層成槽時，泥漿往往會大量滲漏，造成泥漿面迅速下降，甚至引起槽孔坍塌，為防止上述現像發生，成槽時采取了以下措施：

1、準備足夠的堵漏材料和設備，例如粘土、水泥、水玻璃、灌漿設備。

2、縮短槽段長度，采用間隔（2-3個槽段）施工，逐漸合攏的施工方法。

3、采用粘度高、造壁性好、比重小的膨潤土泥漿，并適當加入堵漏劑。

4、在挖槽過程中，出現漏漿時，向槽內投放粘土球、風化砂、小石、膨潤土粉、膨脹劑、鋸末等，使其在抓斗沖擊擠壓下（如果一次投放不能堵漏，則反復進行數次），堵住漏漿通道。必要時可投入一定數量的水泥，使泥漿迅速變稠，降低流動性。

7 施工過程中的優化措施

本工程的防滲墻要求在2015年的3月31日前完工，由于防滲墻施工前要先進行堤身培厚，為防滲墻提供作業平臺，導致防滲墻于2014年11月底才開始施工，同時去除春節影響，有效的施工時間只有100天時間，在此期間內要完成97510m2的防滲墻施工，施工強度非常高。經過認真研究，在施工過程中對原方案中的槽段長度、接頭處理兩個方面進行了如下優化：

（1）槽段長度

原設計方案中的一個槽段劃分為6.0m長，總計劃分了602槽段，而本工程選用了上海金泰的SG35型液壓抓斗，抓斗最大抓取寬度為2.7m，按每槽三抓計算，抓槽的有效長度可以達到7.0m，但考慮每槽段灌注混凝土時架設兩套導管，因此單槽長度控制在6.5m比較合適，如此一來，總計劃分556槽，較原設計方案少了46槽，且同樣按三抓成槽，即提高了單槽施工效率也減小了槽數，縮短了工期。最后經研究決定按每槽6.5m長，且分三抓進行施工。

（2）接頭處理

原方案中防滲墻一、二期槽段接頭采用“接頭管”法進行施工，這種方法在灌注一序槽的混凝土前需進行埋管，同時還要根據混凝土的凝結情況及時拔管，這兩個工序要動用汽車起重機、液壓拔管機，經過測算每個一序槽的接頭處理需要消耗近5個小時的時間，不能滿足本工程如此高強度的作業要求。因此經過多次試驗后決定，在抓二序槽第一、第二抓的同時，利用抓斗斗體兩側的切土刀直接切削一序槽端部的方式來處理一、二序槽段的接頭，這樣可以在挖槽的同時將一序槽端部混有泥漿的混凝土切除，即保證了接頭質量也節省了接頭處理的時間。

通過上述兩方面的優化，使防滲墻的施工速度大大提高，在2015年3月22日圓滿地完成了防滲墻施工任務，而且比原計劃提前10天。

8 效果檢查

根據規范要求，本工程的防滲墻采用注水試驗檢查防滲效果，每20個槽段[1]做一次注水試驗，共鉆注水孔28個，鉆孔位置在墻段內或墻段接頭處。經檢測，滲透系數K均在n×10-6～n×10-8cm/s范圍內，滿足設計要求。

9 總結與體會

（1）在易產生塌孔的地層中施工混凝土防滲墻時應提前做好應對措施，特別是在成槽過程中要注意成槽深度增大的速度，如果突然深度增大緩慢，此時應考慮有塌孔情況發生，及時采取相應措施。

（2）在透水地層中成槽時，也應提前做好應對措施，同時要多注意觀察迎水面一側水體的顏色，如果水體突然變渾說明已經發生漏漿，要及時采取措施。

（3）通過對槽段劃分長度的調整可以證明，合適的槽段長度是充分發揮機械設備效率的一個主要因素，在同類工程中應予以重視。

（4）本工程所采用的接頭處理方式省時省力，但為確保接頭質量，必須控制好一、二序槽的垂直度。

10 結束語

混凝土防滲墻施工在我國已經較為普遍，但如何在復雜且特殊的地層中優質、高效地完成施工任務，值得我們去探索。本工程通過采取了一些特殊地層的應對措施，同時優化了槽段劃分及接頭處理方式，在工期如此緊張的情況下，按要求完成了防滲墻施工任務，其中一些做法值得在同類防滲墻施工中大力推廣。

參考文獻：

[1]《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規范》SL174-2014.北京：中國水利水電出版社，2014年

[2]水利水電工程施工手冊編委會編《水利水電工程施工手冊（第1卷地基與基礎工程）》.北京：中國電力出版社，2004年

作者簡介：

季驊：男，（1984-）工程師，從事水利水電工程施工管理工作。