塑性混凝土防滲墻在水庫防滲加固中的應用

楊世君

混凝土防滲墻是利用鉆孔、挖槽機械，在松散透水地基或壩體以泥漿固壁，挖掘槽型孔或連鎖樁住孔，在槽孔內澆筑混凝土或回填其他防滲材料筑成的具有防滲功能的地下連續墻。此項技術已在水庫防滲加固工程中得到了推廣運用。

1 工程概況

某水庫集雨面積3.92km2，總庫容176萬m3，是一宗以防洪、灌溉、供水為一體的小（1）型水庫。水庫大壩為均質土壩，最大壩高20.5m，壩頂高程1819.50m，防浪墻高0.65m，防浪墻頂高程1820.15m，大壩壩頂寬6.5m，長150m。

根據水庫大壩安全鑒定成果及現場勘察情況，水庫現存主要問題為壩體及壩基滲漏。受建壩當時條件所限，土壩壩體填筑、防滲等方面存在一定的缺陷，部分壩體滲透系數和填筑壓實度等指標達不到規范要求，對土壩滲流有不利影響。壩基為全風化及強風化砂巖，透水性強，壩基滲漏量大。下游左側壩腳反濾體失效，淘沙嚴重；下游右側消能工出口左邊墻底部有大量滲水。

為了解決水庫在運行中出現的滲漏問題，使得水庫能夠正常安全地運行，發揮其應有的經濟效益，對水庫進行防滲加固是十分必要的。

2 防滲墻設計

本工程的主要任務是解決水庫在運行中出現的滲漏問題，使得水庫能夠正常安全地運行，發揮其應有的經濟效益。本次防滲加固采用壩體塑性砼防滲墻進行防滲處理。塑性砼防滲墻具有防滲效果好、施工方法單一和施工質量易于控制等優點；帷幕灌漿具有機械設備簡單、施工技術成熟和防滲效果顯著等優點。

2.1 防滲墻布置

根據地質勘探資料及地形資料，按照大壩地質縱剖面圖和結合大壩現狀滲漏情況，確定大壩防滲范圍樁號0+000～0+180，防滲加固長度180m。

水庫壩頂凈寬5.2米，滿足砼防滲墻施工成槽機械行走寬度要求，可作砼防滲墻成槽機械行走平臺。防滲墻布置在大壩迎水側，與壩軸線平行，其中心線距壩軸線5m。防滲墻中心線長180m，墻頂高程1818.00m。根據大壩水文地質剖面圖，砼防滲墻底部至強風化砂巖頂面。根據地質鉆孔資料分析計算，防滲墻最大深度21.7m。

2.2 防滲墻厚度確定

參考《塑性混凝土防滲墻》，根據防滲墻破壞時的水力梯度和安全系數來就算防滲墻的厚度B，即

B=H/Jp

式中：H——防滲墻承受的最大水頭，本工程為校核水位與下游河道底之差，為18.45m；

Jp——防滲墻的允許水力梯度，我國已建大部分塑性混凝土防滲墻的允許水力梯度均小于60，參考水庫施工技術水平及本工程安全運行，本工程取60×70%=42。

故B=H/Jp=18.45/42=0.44m，則防滲墻厚度取為0.6m。

2.3 防滲墻塑性混凝土主要設計指標

本次設計配合比參數參考類似水庫塑性砼防滲墻配合比參數。塑性砼防滲墻砼的主要技術指標為：

（1） 混凝土入孔坍落度（18～22）cm，擴散度（34～40）cm。坍落度保持在15cm以上的時間不小于1.5h；

（2） 初凝時間不小于6h，終凝時間不大于24h；

（3） 抗壓強度R28≥3MPa；

（4） 滲透系數K20≤1.0×10-6cm/s；

（5） 粗骨料粒徑10～30mm。

3 防滲墻施工技術要點

3.1 造孔成槽

3.1.1布置施工平臺

水庫壩頂凈寬5.2米，滿足砼防滲墻施工成槽機械行走4.5m寬度要求，可作砼防滲墻成槽機械行走平臺。

3.1.2修筑導向槽

導向槽是在地層表面沿地下連繼防滲墻軸線方向設置的臨時構筑物。導向槽起著標定防滲墻位置、成槽導向、鎖固槽口；保持泥漿液面；槽孔上部孔壁保護、外部荷載支撐的作用。導向槽的穩定是混凝土防滲墻安全施工的關鍵。本工程導向槽兩側墻體采用倒L型斷面，現澆C10混凝土構筑，槽內凈寬80cm。

3.1.3抓斗成槽

土石壩防滲墻開槽施工工藝主要鋸槽法和挖掘法。鋸槽法主要有往履射流式開槽、鏈斗式開槽、液壓式開槽；挖掘法主要有沖擊鉆法、抓斗法、沖抓結合法。根據本工程地質條件及生產性試驗確定采用挖掘法中抓斗法，并制定了“三抓法”的施工方案，即采用液壓抓斗機先抓取槽段的主孔再抓取中間的副孔成槽。

（1）槽段劃分

槽段劃分為Ⅰ、Ⅱ序槽段，根據設備及地質條件確定Ⅰ、Ⅱ序槽段開挖長度同為7.5m，每個槽段分為兩個主孔及一個副孔，先施工Ⅰ序槽段，后施工Ⅱ序槽段。 本工程滲墻軸線長180m，共劃分為24個槽段。

（2）槽段成槽

槽段成槽采用“三抓法”，在導向槽上放樣標識孔位，將抓斗對正孔位后進行垂直造孔。首先施工槽段兩端2.8m的主孔，主孔完成后再抓中部1.9m的副孔。主、副孔完工即該施工槽段成槽完工，經監理確定巖層巖性，并最終確定該施工槽段成槽深度。

3.2 護壁泥漿

泥漿在造孔成槽過程中起固壁、懸浮、攜渣、冷卻鉆具和潤滑的作用，成墻后還可增加墻體的抗滲性能，本工程泥漿采用膨潤土拌制，泥漿配合比為：水1000kg、膨潤土50kg 、Na2CO31 kg；固壁泥漿性能指標：密度<1.1g/cm3、馬氏漏斗粘度>25s、含砂量<3%。

新制泥漿經過24h膨化后，利用供漿管輸送至槽孔內使用，成槽及槽段澆筑過程中回收的泥漿，經凈化后可重復使用。槽孔孔口泥漿面在成槽過程中保持在導向槽頂面以下30～50cm范圍內。

3.3 防滲墻體灌筑

塑性混凝土防滲墻是在泥漿下灌筑塑性混凝土，本工程是采用剛性導管法進行墻壁體灌注，塑性混凝土豎向順導管下落，利用導管隔離泥漿，使其不與塑性混凝土接觸，導管內塑性混凝土依靠自重壓擠下部管口的混凝土，并在已灌入的塑性混凝土體內流動、擴散上升，最終置換出泥漿，保證塑性混凝土的整體性。endprint

3.3.1清孔換漿

槽段終孔驗收合格后進行清孔，清孔采用抓斗抓取淤泥，利用下設潛水排污泵抽漿，并及時用新鮮泥漿補充。清孔換漿結束1h后，達到下列標準： ①孔底淤積厚度不大于10cm； ② 泥漿參數為：槽內泥漿比重不大于1.1g/cm3，粘度不大于35s，含砂量不大于3%。清孔換漿工作可以結束。

槽段清孔換漿結束前將鋼絲刷子安裝在抓斗斗體上，緊貼一、二期混凝土結合面，分段上下反復提動，達到刷子上不帶泥屑，孔底淤積不再增加，即接頭面清洗合格。

3.3.2槽段塑性混凝土灌注

（1）清孔換漿結束后，下設塑性混凝土灌注導管，導管內徑為200mm。一期槽段長度為7.5m，下設三套導管，兩側導管距槽端1～1.5m；二期槽段由于套抓接頭，槽段長度為8.2m，下設三套導管，兩側導管距孔端1.0m；同時，槽段內導管間距不大于3.5m。導管底部距槽孔底板不大于25cm，當槽底高差大于25cm時將導管置于控制范圍的最低處。

（2）灌注前導管內置入可浮起的隔離塞球，灌注時先注入水泥砂漿，隨即注入足夠的塑性混凝土，擠出塞球并埋住導管底端，避免塑性混凝土與泥漿混合。

混凝土面上升情況，決定導管的提升長度。導管在混凝土內的埋深最小不得小于1.0m，最大不得大于6.0m，在保證埋深的前提下，隨著混凝土面的上升，用吊車提升導管，并將頂部的部分導管拆除。

（4）槽孔內混凝土面上升至槽口時，采用泥漿泵抽出濃漿，并提升導管，減小埋深，增加混凝土的沖擊力，直至混凝土頂面超出設計墻頂標高0.5m，即可停止澆筑，拔出導管。

3.4槽段接頭處理

相鄰槽段的銜接部分即為接頭，本工程采用鉆鑿法進行接頭連接，即一期槽段澆筑完畢后12小時后，視混凝土強度進行二期槽段造孔時，將一期槽段混凝土套抓35cm，以保證接頭質量。

4 塑性混凝土防滲墻成墻技術應用常出現的問題

4.1 坍塌、漏漿

槽段在成槽過中會出現局部坍塌和大面積坍塌，當出現局部坍塌時加大泥漿密度，出現大面積塌孔時用優質粘土（摻入20%水泥）回填到坍塌處以上1～2m，待沉積密實后再進行施工，同時在相應地段減小了槽段開挖長度。

槽段成槽開挖過程中，有時會出現的漏漿現象，出現漏漿現象常采用處理措施有（1）平拋粘土，加大泥漿比重或拋入鋸末進行堵漏；（2）松散地層，造孔應循序漸進，預防在先，穩中求快；（3）證泥漿供應強度和質量，發現漏漿及時補充；（4）對漏失嚴重的地層用速凝水泥等特殊材料處理，必要時還應對槽孔進行回填。

4.2 導管堵塞

成墻灌注塑性混凝土過程中有時會出導管堵塞，針對導管堵塞采用搗、頓方法疏通，如果無效將導管全部拔出、沖洗、并重新下設，用泥漿泵抽凈導管內泥漿后繼續澆筑，同時還要核對混凝土面高程及導管長度，確認導管的埋入深度。

5 塑性混凝土防滲墻成墻技術應用應注意的問題

5.1 控制好抓接頭的時間

抓接頭時間太短塑性混凝土沒有凝固，時間太長混凝土強度太高，抓接頭適宜的時間為墻體澆筑后12小時，最遲不超過24小時，抓斗抓取時斗體一側為混凝土另一側為土，斗體受力分布不均勻，容易造成槽孔沿軸線方向偏移，導致接頭質量無法保證，同時嚴重影響造孔成槽進度，撐握好抓接頭的時間是成槽進度快慢的關鍵環節。

5.2 吊裝設備的配置和保養

本工程的混凝土運輸采用3臺1m3自卸汽車運輸混凝土，1臺12t吊車吊臥罐的較為經濟的設備組合。吊車配置偏少，在施工中吊車一旦出現機械故障，短時間內如無法修好將造成很大的經濟損失及工程質量問題。

5.3 成墻塑性混凝土灌筑應注意的問題

塑性混凝土導管下設過程中檢驗螺絲緊固程度，確保導管間連接可靠。塑性混凝土灌筑具有相當高的連續性，因故中斷不得超過40min。同時，槽內混凝土上升速度不得小于2m/h，各灌筑導管均勻放料，保證混凝土面均勻上升，使其高差不超過0.5m。澆筑時槽口要設置蓋板，防止雜物落入槽內。endprint