砂砾石层中坝体工程防渗墙施工技术探析

姚中英

（喀什地区长河水利水电工程有限责任公司，新疆 喀什 844000）

在水利水电工程中，基础防渗措施是多种多样的，比如有混凝土防渗墙、高压旋喷桩、水泥搅拌桩和土工膜等。对于在深厚砂砾石层中修筑大坝，由于砂石层透水性强，所以对于防水措施要求比较严格，特别是深墙施工中，对墙体材料性能的要求更加严格。

目前墙体材料的种类主要有：普通混凝土防渗墙、粘土混凝土防渗墙、塑性混凝土防渗墙、自凝灰浆防渗墙、高强低弹混凝土防渗墙和固化灰浆防渗墙。混凝土防渗墙可以是低弹模的、塑性的或者是柔性的连续墙，并且具有防渗性能可靠、施工效率高、工期短、经济性强等优点，它还能适应各种不同的地质条件，因此它是砂砾石坝基防渗加固的主要技术手段，在水利水电工程中应用广泛。

1 混凝土防渗墙材料的选择

在深厚覆盖层中建造防渗墙，应力条件较为复杂，对于墙体的防渗要求高，所以为了使用深厚沙砾石层的地质条件，防渗墙材料的选择与组成需要认真对待。

目前,墙体材料的发展方向主要有：塑性混凝土防渗墙和高强低弹混凝土防渗墙。塑性混凝土的特点是水泥用量少,具有一定的抗压强度，抗渗性和变形性能良好。因为柔性材料用量大导致墙体弹性模量较低，与周围土体的变形模量相近, 对地层变形的适应性好, 可以减小墙体内的应力, 避免开裂,适宜作防渗墙墙体材料。

黄河上游某水利工程上游的围堰工程就是采用了塑性混凝土防渗墙,工程完工后围堰运行状况良好，塑性混凝土龄期与抗压强度关系如表1所示。

高强低弹混凝土的28天抗压强度一般大于C35，但是弹模却比普通混凝土小几倍到几十倍不等，它主要用于承受高水头、高应力条件的高坝深基础防渗墙工程。高强低弹混凝土具有较小的弹强比、良好的自流扩散能力以及耐久性好、收缩性小、粘聚性良好的特点。高强低弹混凝土必须采用高分子材料对其进行改性，这种高分子材料必须是水溶性的，与水泥等材料混合而成的复合材料。

目前用得比较多的是改性的丙烯酸乳液，使用量大概是水泥质量的10%。

表1 塑性混凝土龄期与抗压强度之间的关系

2 混凝土防渗墙主要施工工艺

我国最早运用该项技术应追溯到20世纪50年代末，随着三峡工程、冶勒工程等大型水电枢纽的建设，深厚覆盖层地基防渗技术得到了迅猛发展，作者在此简单介绍混凝土防渗墙的施工工艺。

（1）施工前准备工作：包括平整场地、施工机械、材料的准备。按照勘察资料，结合现场实际情况确定最低施工平台高程，进行场地平整及建设,为后续施工提供基础条件。

（2）测设放线：依照设计图的要求，在现场定出防渗墙的施工轴线，确定导向槽的位置。

（3）完成混凝土导向槽的修筑：根据工程的需要，确定导向槽支护的结构，再按照施工方案修筑导向槽，要确保混凝土导向槽安全牢固。

（4）划分合理的施工槽段：槽段过长易发生坍槽事故，过短则会导致接头数量多,费时费力。因此要根据工程地质情况、水文地质情况、墙体深度和厚度，以及混凝土或其他材料的浇筑速度来综合考虑，合理安排施工槽段和施工顺序。

（5）施工槽段：对于深厚沙砾石层防渗墙，其槽段之间的连接时防渗墙防渗效果的关键所在，使用钻凿法对于深墙施工而言，工效低而且成本高，因此在深墙施工中，套接钻凿法、置换法、单双反弧法及接头管等接头形式应用广泛。

3 混凝土浇筑的注意事项

要严格控制混凝土的投料、搅拌环节，保证用于浇筑的混凝土料质量指标满足要求。由于原材料、含水量、搅拌和施工组织等原因，混凝土料的坍落度、和易性二项指标难免会出现波动，但二者又是相当重要的参数，所以要特别重视。由于混凝土浇筑的关键性，并且它的质量问题不易发现，所以必须加强现场施工管理。

（1）导管埋入混凝土的深度要设置在 1～6m之间，要防止导管提出混凝土面导致短墙事故。

（2）混凝土面上升速度应大于 2m/h，一般应尽可能达到3m/h以上。

（3） 正常浇筑时，测量混凝土面的间隔时间一般为30min ，便于从浇筑指示图上观察混凝土面的上升情况。

（4）夏季施工和浇筑高标号混凝土时，要尽量少停顿，以防混凝土塌落度损失过大造成堵管事故。

4 深厚砂砾石层防渗墙槽段接头新工艺

4.1 单反弧法

单反弧法接头是在双反弧接头法的基础上演变而来的，它们的区别就在于双反弧接头法只有一个单孔，而单反弧法可以各有多个主孔和副孔，槽段的中部是按照常规的施工方法，即完成主孔施工，再采用钻劈法对副孔进行施工，直至整个槽段完成连接。

单反弧法的优点是减少了接头数量、缩短了施工工期。导向孔施工是单反弧发的关键，它直接影响到单反弧法的整体质量。因为导向孔一旦出现偏差则将导致接头质量下降，所以必须保证造孔孔斜质量，导向孔不合格则不能施工单反弧扩孔。当使用单反弧扩孔时，要轻打轻放，稳扎稳打，并且注意观察钢丝绳的跳动情况，发现问题要及时解决。

以某大型水利工程为例，该工程防渗墙的单元槽段长度是 7～9m，绝大部分采用“三主两副”方式，其中一期槽长 7.5m，二期槽长 9m，副孔长度在2m左右，这样的设置方法可以使用3台钻机同时施工主孔，又可以使用冲击反循环钻机进行副孔的钻进，合理安排机械施工调配，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较高的技术能力、管理水平来支持，还需要大量的实践经验加以指导。拔管法施工要点如下。

（1）在防渗墙一期槽孔验收合格后，配制好拔管架、液压站和接头管，检查接头管和拔管机，接头管不得出现严重的变形和堵塞的情况。

（2）在槽孔清孔验收合格后，进行拔管架、液压站暗设和接头管下设，拔管架暗设必须保证其中心与接头孔中心一致，接头管下设时要保持管面圆整。

（3）固定接头管，两接头管对接定位时，接头插销插入销孔要到位，严禁销头暴露在外，避免销头卡于孔内。

（4）浇筑混凝土的速度不能太快，要与拔管施工相配合，控制在 4m/h左右，与此同时拔管机微动，以破除混凝土与接头管壁的粘结力。

（5）拔管要在孔低混凝土达到预定脱管龄期后才能正式起拔，拔管时要主要观察压力表和管内浆面是否下降，如出现问题要适当调整拔管速度。

拔管法是否成功主要取决于是否正确选择并控制混凝土的脱管龄期，因为过早拔管则导致混凝土孔壁坍塌，拔晚了就会出现铸管事故。一般来说防渗墙混凝土能成孔的最小脱管龄期为 5～8h，这个必须通过试验来确定。

5 墙体施工质量检测

对混凝土防渗墙施工质量检测的普遍方法有钻孔取芯法、超声波和地震透层析成像法。但是单一的检测方法和模式要么太贵，要么有损害，所以有必要采取无损检测方法和钻孔取芯、压水试验等方法相结合，这样的检测方式是较为合理的。尽管现在的无损检测手段还不是非常可靠，但它可以弥补传统检测手段的不足，从而有效减少质量检测的工作量，产生经济效益。

5.1 钻孔取芯法

钻孔取芯法是通过有无夹泥和水平冷缝、混凝土密实程度、与基岩面接触情况、墙底沉渣深度等现象来了解墙体混凝土的施工质量。

芯样需要进行试验的3个项目为抗压强度、弹性模量及渗透系数。这种方法直观明确，但是需要一定的专业技术水平，成本较高。另外钻孔会对墙体产生一定的破坏作用。

当混凝土强度等级低于C10或强度虽高但是龄期低的结构，均不宜采用这种方法进行监测，钻孔取芯测试得到的混凝土强度只能是作为了解混凝土防渗墙整体质量的参考，而能作为评价墙体强度是否合格的标准。有时候为了提高钻孔取芯的完整性，宜使用反循环供水方式进行钻孔施工。

5.2 超声波法

超声波法是利用墙体各部分的纵波波速来判断整个墙体混凝土的强度和均匀性，测试首先需要在墙体中埋设多根垂直测管，然后在相邻的管内作跨孔声波测试，通过获得的波速来反推墙体混凝土的密实度。

5.3 地震透射层析成像技术

地震透射层析成像（CT）技术是一种快速有效、科学合理的检测方法，它是通过激发地震波对被测剖面进行透射，然后利用各个方向上的投影值来重构剖面物性图。CT技术是将测试对象划分为等面积的单元，通过射线的照射获得单元波速值，如果有大于2倍单元尺寸或波速大于5%的地方，一般可判定为异常。

例如西藏某水电站防渗墙施工检测中，图像显示出了波速的低速区、中速区和高速区，得到了墙体中不均匀的分布情况，后于与钻孔取芯法检测结果相比较，二者情况基本一致，这说明CT技术用于检验防渗墙的施工质量是可行的。

6 结 语

综上所述，深厚砂砾石层防渗墙施工技术复杂、难度大、工艺要求高，如有疏忽和延误，就可能造成质量事故和重大经济损失。

目前我们继续解决的问题有寻求性能高的造孔成槽设备和质量优良的防渗墙接头方式等等，这其中有很多难题有待我们去解决，相信随着工程实践经验的积累和科研投入的增加，这些难题都将迎刃而解。

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