复杂地质条件下混凝土防渗墙施工质量控制

夏成元，卜伟，邹亮

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川成都610072)

1 工程概况

鲁基厂(邓子山一级)水电站位于云南省普渡河下游河段的禄劝县则黑乡小河口村下游约1.5 km处，电站距禄劝县100 km，距昆明公路里程177 km，是《昆明市普渡河干流(岔河～金沙江汇口)水能规划》中推荐的八级开发方案中的第六级水电站。

该电站工程水库校核洪水位高程1 089.37 m，正常蓄水位高程1 090 m，设计总库容0.094 1亿m3，该工程等别属Ⅲ等，工程规模为中型。首部枢纽建筑物从左至右依次为:左岸混凝土重力坝、冲沙泄洪底孔、泄水闸、右岸混凝土重力坝和右岸土石坝连接段，大坝前缘总长235 m。

坝址两岸为不对称“V”型谷，左岸临河分布有宽约50 m的砾卵石低漫滩地，右河床为主河道，宽约25 m，上部多为崩坡积层覆盖。坝址区出露的地层有震旦系、寒武系和第四系松散堆积层。上部含泥砂砾卵石渗透性属中等～强透水，基岩相对隔水层埋深较大，坝基渗漏及渗透稳定问题较突出。坝址区分布有两条分支断层(F1、F2)，破碎带宽3～5 m，基岩以碎裂状的页岩、砂质页岩为主。受普渡河断裂带影响，节理、裂隙发育。

为解决坝基渗漏及坝肩绕渗问题，坝基采用单排悬挂式混凝土防渗墙防渗，混凝土坝段内墙厚度为0.8 m，墙体最大深度为46 m，成墙面积约8 000m2;土坝段厚度1.2m，墙体最大深度28m，成墙面积1 725 m2。

2 防渗墙施工特点

根据地层特点和现场实际情况，该工程防渗墙具有以下特点:

(1)与闸基振冲碎石桩同时施工，存在一定干扰因素;

(2)汛期施工，河床水位变化大，对槽孔稳定有较大影响;

(3)地质条件复杂，地层结构变化大，存在松散、架空块石层，造孔中漏浆现象严重;

(4)还可能存在墙底沉渣淤积太厚、墙身夹泥，一期和二期之间接头渗漏水等影响防渗墙施工质量的其它因素。

3 施工工艺流程

该工程防渗墙槽孔分两期施工。槽孔施工采用传统的“钻劈法”，先采用冲击钻机钻进主孔，然后劈副孔，采用泥浆固壁、抽砂桶除渣和清孔，泥浆下直升导管法浇筑混凝土。一、二期槽孔搭接采用“套接法”。防渗墙施工程序见图1。

4 关键工序施工方法及质量控制

4.1 特殊地层条件下的造孔技术措施

4.1.1 孔斜的预防及处理措施

由于该工程地层结构变化大，部分地层中含有大量的松散块石，架空现象严重，在钻孔过程中极易发生孔斜现象，遇到该情况时，在漂石边缘造孔采用勤提钻、轻打的方法成孔，如效果不明显，则回填强度较高的碎石，重新冲击孔段，将回填碎石和探头石一起冲击破碎，取得了良好效果。

施工中发现孔斜超标时，可在钻头上加焊耐磨块，在孔口捆绑方木进行强制性修孔。当孔斜超标较多、修孔不明显时，填石块至孔斜的高程，重新造孔。当遇大孤石严重影响孔斜时，采用爆破进行处理。

图1 防渗墙施工工艺流程图

4.1.2 块石密集层和架空层的处理

对于大块石或孤石含量多且分布较密集的范围，划片区先采用钻孔预爆的方式对直径大的块石进行分解后再继续钻进，个别部位则采取水下钻孔或聚能爆破的方式处理漂石。通过以上两种方式的运用，在该工程施工中节约了大量人工，缩短了施工周期，取得了较好的效果。

对于施工过程中遇到架空层时，采取迅速投入现场预先储备的粘土球与砂砾石掺和料至一定高度，然后用钻机进行不排渣钻进，反复多次冲击进行处理。同时，钻进中要注意观察，不可冒进处理。

4.1.3 漏失地层的处理

在施工过程中，特别是一期混凝土防渗墙施工过程中遇到漏浆情况较多，地层松散，大空隙、架空层是漏浆的主要原因。为防止泥浆发生大量漏失，在施工现场预先准备了足够数量的粘土、水泥、锯末、膨胀粉等堵漏材料。发生漏失时，按照以下方法和原则进行了处理:

①在一般漏失地层中造孔时，适当提高泥浆粘度，向孔内间断投入粘土，并随时注意浆面变化，及时补充泥浆。

②在强漏失地层中造孔时，向槽孔内分层(0.5～1 m)投入粘土、锯末、水泥或膨胀粉等堵漏材料，用重凿冲击挤密改变地层结构以改善漏失情况，而后再行钻进。

③堵漏要及时，一旦发现槽内浆面快速下降，发生漏浆时应立即停止钻进，及时进行处理，以防槽内浆液大量漏失后发生更严重的事故。

④在槽孔上部开孔时，要控制钻进速度，进尺不要过快。主要挤压孔壁，以利保持上部孔口的稳定。

⑤舍弃不符合泥浆指标的泥浆，严格控制回收泥浆的质量，确保孔内泥浆的技术指标符合造孔要求。

⑥造孔完成后，做好后续工序的衔接和统筹安排，尽快浇筑混凝土，以减少槽孔空置时间。

⑦尽量控制孔口清水的使用量，以免稀释泥浆。

4.1.4 塌孔的处理

该工程复杂的地质条件决定了冲击钻成孔必然会出现很多问题，塌孔现象在成孔过程中时有发生，个别槽孔在成孔后还出现了大面积塌孔，导致测量孔深时与设计孔深相差较大，处理方法是在成槽后并经检测判断是塌孔时，采取回填粘土，重新钻进，成槽后尽快浇筑混凝土的措施。虽因塌孔致浇筑方量增大，但槽孔质量得到了保证。

在造孔过程中或槽孔完成后应注意观察槽孔内的泥浆液面，塌孔的前期征兆往往会出现冒气泡，浆位突然升高，此时就应停止造孔，检查判断是否可能塌孔，早发现，早处理，可以将出现重大事故的概率降到最低。

4.2 清孔和孔底淤积控制

槽孔钻掘完成后，泥浆中的钻渣都沉淀在槽底，沉渣如果埋置在防渗墙底部，将影响接触部位的防渗能力，在高水头作用下将可能产生集中渗流;沉渣过多还会增大墙体的沉陷变形，沉渣在泥浆中会不断沉积在混凝土表面，甚至会裹入混凝土内，形成墙体中的薄弱部分，沉积在混凝土表面的沉渣会降低混凝土的流动性，使混凝土表面不良部分加厚。

在该工程施工过程中，前期主要采取抽筒抽砂的方法进行清渣，该法操作简便，但效率低，泥浆损耗较大，操作过程中应多上下提动抽筒，将孔底沉渣搅动，再将砂抽至干净为止。但由于此方法清渣的局限性，清孔时间不仅长，而且还不易达到合格标准，后逐步改为气举反循环法清孔，这种方法清孔结束后1 h，在距孔底0.5～1 m处，通过对槽孔内的泥浆进行取样检查，结果完全达到合格标准。

4.3 接头孔的处理

各单元墙段由接头连接整体，墙段间的接缝是薄弱环节，如果施工质量不好，有可能在某些接头缝处产生集中渗漏，严重者会引起墙后地基土的流失，造成塌陷。

在该工程施工中采用的是钻凿法连接，这是国内广泛采用的一种接头方法，其优点在于工艺简单，不需要专门的设备，形成的接缝可靠;缺点是损耗10%左右的墙体材料和部分工时。

钻凿法的施工质量主要取决于以下两个方面:一是接头孔的造孔质量，接头孔的空间位置要尽量与一期槽孔原主孔的位置保持一致;二是二期槽孔施工时清孔泥浆对一期槽孔端面的刷洗质量，如果泥浆黏度太小，悬浮力差，含砂量过多，沉积的泥沙会挤到端头接缝;如果刷洗不完全，则会形成接缝夹泥，所以，在施工中采用优质泥浆，接头刷洗次数足够才能保证形成连续的墙壁体。

4.4 混凝土浇筑

4.4.1 导管的选择和下设

(1)在槽孔浇筑之前，应根据槽孔的深度，认真合理地进行浇筑用导管的搭配，一般要求所选用的导管内壁应光滑圆顺，内径一致且接口严密。

(2)在导管下设时，应根据浇筑槽段的长度，对导管下设的套数及导管在槽孔内下设的位置做出准确的判断。当槽孔内使用两套以上导管时，中心距不得大于4 m，当采用一级配混凝土浇筑时，导管中心距也不得大于5 m。槽端的导管距孔端或接头管宜为1～1.5 m，二期槽端的导管距孔端宜为1 m。当槽底高差大于25 cm时，导管应布置在其控制范围的最低处。在导管的下设过程中，应按一短一长的要求下设，在漏斗下及底管上应主要下设长度为0.5～1 m的浇筑导管，避免在浇筑过程中当浇筑无法进行时，能够在保证导管埋深的前提下进行导管的拆除。同时，在导管的下设过程中，应该认真检查每根下设导管的密封性能，查看导管的接头处是否都有橡胶圈密封防水，做好每根下设导管的编号工作并进行记录，便于浇筑过程中控制导管的拆除速度。导管下设结束后，导管距孔底的距离应控制在15～25 cm范围内。

4.4.2 浇筑用混凝土的质量控制

浇筑开始时，应根据浇筑槽段长度、浇筑槽段各孔孔深情况及槽孔淤积情况，在浇筑开始时，向浇筑槽孔内注入一定量的砂浆，冲散或稀释导管底部的淤积。浇筑用的混凝土应具有良好的和易性、塌落度及扩散度，且严格按照混凝土配合比进行浇筑用混凝土的拌制。当在夏季或者雨季进行浇筑时，应根据现场的实际情况，由试验室人员对混凝土配合比进行适当的更改，以避免在浇筑过程中出现堵管等事故。混凝土在入孔时的塌落度应保证在180～220 mm，扩散度应保证在340～400 mm，同时塌落度保持在150 mm以上的时间应不小于1 h。

4.4.3 浇筑过程中的质量控制

在浇筑过程中，应严格控制各导管混凝土的入孔速度，至少每隔30 min测量一次孔内混凝土面的深度，每隔2 h测量一次导管内混凝土面的深度，以保证将各导管的混凝土面高差控制在50 cm以内，避免因混凝土浇筑时高差过大、墙体出现局部夹泥的质量问题。槽孔浇筑时，必须控制好导管的拆卸速度和埋设深度，且混凝土的初存量应满足首批混凝土入孔后导管埋入混凝土中的深度不小于1 m，并不宜大于6 m，避免导管提脱，防止墙体混凝土出现骨料集中和断墙的现象。在槽孔接近浇筑结束的时候，应增加导管提升的频率，使得墙体上部的混凝土更加密实，同时，在槽段的浇筑过程中，槽孔孔口应设置盖板，避免混凝土散落在槽孔内，导致孔内盖重过大，给混凝土浇筑带来困难。

5 结语

(1)鲁基厂水电站坝基混凝土防渗墙完工后，采用了局部范围墙体开挖、钻孔取混凝土芯样并做注水试验等方法进行墙体质量检查，检查结果均满足设计技术要求。该水电站于2010年竣工投产，坝址区埋设的渗流监测仪器读数表明，坝基渗流量完全控制在设计允许范围之内。实践检验证明该工程的混凝土防渗墙质量控制和防渗效果良好。

(2)鲁基厂水电站坝址区地质条件复杂，防渗墙施工难度大，特别是一期混凝土防渗墙施工过程中出现的问题更多，不仅遇到的地质条件复杂多变，使造孔过程中出现了大范围塌孔、严重漏失、槽孔偏斜等特殊情况，且还存在与振冲施工相互干扰、施工场地受限，先进的施工机械设备(如抓斗)无法使用等客观条件的限制，但通过前期周密策划和精心组织，各种技术难题均得到有效解决，影响防渗墙质量的干扰因素也被逐一排除，按照业主要求的工期目标圆满地完成了防渗墙施工，在技术、经济和管理等方面取得了较好的成绩，可为今后类似复杂地层的混凝土防渗墙施工提供一定参考。