水利工程建设中塑性混凝土防渗墙的应用

冯展平

（中国水利水电第十二工程局有限公司，杭州 310000）

1 引言

对于水利工程来说，堤基防渗施工是其重点组成部分，其施工质量直接影响整个水利工程的质量与运营安全。相较于普通混凝土或黏土混凝土防渗墙，塑性混凝土防渗墙优势突出，具有弹性模量小、适应性强及经济性好等优势，在建筑领域得到了广泛的应用。随着科学技术的发展，塑性混凝土防渗墙在水利工程的堤基防渗施工中也得到了良好的推广。为保证施工质量，充分发挥塑性混凝土防渗墙的优势，就必须加强对其施工工艺的研究，对施工重难点进行系统分析，并提出相应的质量控制措施。

2 工程概况

某水利枢纽由挡水建筑物、泄水建筑物、泵站电站建筑物和过鱼建筑物等组成，主要建筑物级别为1 级，次要建筑物为2 级，临时建筑物为5 级。水库正常蓄水位为450 m，相应库容2.21 亿m3。工程二期下游土石围堰堰顶高程428.5 m，堰顶宽度10 m，堰顶长度155 m，二期上下游土石围堰防渗形式采用60 cm 厚塑性混凝土防渗墙。

3 导墙及施工平台

根据施工方案，导墙采用底宽1.5 m、槽口宽0.9 m、高1.2 m、厚0.45 m 的C25 钢筋混凝土结构，为背向双倒“L”形。在导墙下游侧修筑排水沟和沉淀池，在导墙上游侧建造钻机移动平台。为保证钻机平台稳定性，应先对场地碾压密实，再铺设级配碎石形成垫层，垫层厚度为20 cm，最后在垫层上敷设方木和轻轨。

做好准备工作，严格按照工程规范进行地质复勘，沿设计好的混凝土防渗墙轴线钻设先导孔。先导孔孔径为70～110 mm，间距为50～100 m，注意先导孔孔位误差最大允许范围不得大于10 cm，偏斜率不得大于1%。采用XY-2 地质钻机，配合使用合金钻头，回转钻进，注意钻机钻速不得超过200 r/min。如若是在地下水以下的软土地层实施钻进作业，则需要采用干法钻进，回钻进施工效果不佳。如若是在饱和地层中开展钻孔作业，则要运用膨润土泥浆护壁。分析钻孔取芯要求，并编录芯样，结合地质勘探资料以及现场施工条件，评估防渗墙槽位的地形、地质条件，根据工程施工要求，着重研究现场是否存在基岩陡坡和大孤石，如存在则要进一步分析其分布特征，还要确定钻进工作难易程度，鉴定基岩面具体情况[1]。

4 塑性混凝土防渗墙施工工艺

4.1 钻孔成槽

配置2 台CZ-20 钢丝绳冲击钻机完成钻孔作业，具体配合圆形钻头使用，采用钻劈法钻进成孔成槽。根据该工程塑性混凝土防渗墙施工设计，明确槽段长度，将槽段分为一、二期槽孔。综合考虑墙顶高程、墙深等因素，确定槽孔长度约为5.6～8.8 m，槽孔主、副孔长度相同，均为0.8 m。钻孔成槽的施工流程为2 台CZ-20 钢丝绳冲击钻机同时作业，共同钻凿1个槽孔，一般先钻进主孔，后劈打副孔，主副孔相连成为一个槽孔。在槽孔建造过程中，要始终保持槽孔平整垂直，深入钻进黏土层，钻进黏土层的深度不得小于2 m，严格控制孔位偏差和孔斜率，孔位最大偏差不得超过5 cm，孔斜率不得超过0.4%，加强质量检查与控制，预防槽孔任意高程水平断面上质量问题。另外，还要在槽孔两端设置测量标桩，两端连接形成槽孔中心线，并将其作为校验墙体中心线的参考。

4.2 清孔换浆和接头孔的刷洗

4.2.1 清孔换浆

终孔后，应及时开展清孔换浆作业，注意Ⅱ期槽终孔后需要增加接头孔刷洗内容。综合比较几种清孔方案，本工程拟采用泵吸反循环法来完成清孔。

清孔换浆的流程为：（1）下放排碴管；（2）检查排碴管下放程度，排碴管底口与槽孔底部距离宜控制在50～100 cm；（3）启动砂石泵，将槽孔内的浆碴泵吸到泥浆净化系统；（4）泥浆净化系统净化泥浆，并持续向内输送新鲜泥浆。下设预埋管的槽孔，净化泥浆的补充数量要达到槽内总浆量的1/3；（5）泵吸循环清孔过程中，可以间隔下放钻头搅动孔底沉积物，以提高清渣效率[2]。

单孔清孔换浆结束后，应及时移动钻机、排碴管，逐一清孔，直至完成所有槽孔的清理工作。泵吸反循环清孔换浆法具有清孔效率高、清孔效果好等突出优势，并且孔外净化的泥浆可长时间存放，即使是长时间静置存放后仍然具有清洁度较高的优点。

4.2.2 接头孔洗刷

选择接头孔洗刷时，应优先选择自重较大的圆形钢丝刷。洗刷时，可调整钢丝绳的位置，使圆形钢丝刷刷洗到接头孔孔壁，也可以借助钻机反复提升压下刷子来刷洗槽孔孔壁。接头孔洗刷钻头不带泥屑、孔底淤积停止后，则可视为清理到位。

4.2.3 清孔换浆结束标准

计算清孔换浆作业的结束时间，待结束时间达到1 h 后，在槽孔底部0.5 m 处取样，进行泥浆试验，若满足如下要求，可结束清孔换浆：槽孔内泥浆的含砂量＜3%、密度＜1.10 g/cm3、黏度＜（35±5）s，淤积厚度≤10 cm。

4.3 槽段连接

本工程槽段连接采用接头管法。接头管连接方式能够有效保证接头孔的成型质量，不仅可以使孔壁维持光滑状态，以防孔段泥皮的堆积，而且孔形质量好，圆弧规范，利于接头孔刷洗作业。同时，因为下设接头管，直接省去了套打接头混凝土的时间，能够在保证接缝质量的基础上缩短工期，有利于提高施工效率和节约工程投资。

4.4 接头管下设

在接头管下设开工前，施工人员应做好施工检查和准备，主要为：检查卡块、卡盖是否配置齐全；锁块是否可正常活动；接头管底阀开闭程度；底管淤积泥沙是否被清理干净。经检查，确认各方面均无误后，在接头管外表面涂刷润滑油。

在做好现场检查和前期准备工作后，按照如下流程下设接头管：（1）采用50 t 吊车吊起接头管，先吊装底节，使其对准端孔，平稳、缓慢地下放至φ120 mm 销孔处，将壁厚为18 mm的φ108 mm 钢管对孔插入接头管，吊起保护帽，清理附着在接头上的杂物，此部位保持干净后，均匀涂抹润滑油；（2）底节接头管吊装到位后，起吊第二节，清理接头内圈结合面，对准公接头插入，旋入卡块用于锁定第二节接头管；（3）吊起接头管，抽出φ108 mm 钢管，以底节管的位置为准，调节第二节接头管，使两个管节准确对接，将第二节管下放至管销孔处，插入φ108 mm 钢管，稳固管节，再继续吊装第三节接头管；（4）按照前述提及的流程，依次将各节接头管下放到位，控制好相邻两节管的位置关系，将所有管节精准下放到位[3]。

4.5 混凝土浇筑

4.5.1 浇筑导管

浇筑导管采用φ250 mm 钢管，管节采用快速丝扣连接，保证管道的严密性。在接头管底管以上部位和浇筑导管的上部设置短管，长度0.3～1.0 m 不等。根用于混凝土浇筑作业的导管必须进行调直检查和质量试验，质量试验的内容主要包括压水、圆度、磨损度及焊缝检查，符合浇筑要求的浇筑导管应设计醒目标识。孔口支撑架由型钢制作而成，承载力高于混凝土充满导管时总重的2.5 倍。

4.5.2 导管下设

以导管配管方案和配管图为准，有序下设各节导管。单个槽段的导管数量为2～3 根，依次下设，直至完成所有导管的布设。规范安装导管，严格控制导管与导管间、导管与槽端间的距离，导管与导管间的距离不得超过4 m，导管与一期槽端的距离不得超过1.5 m，与二期槽端的距离不得超过1.0 m。加强导管中心控制，孔底高差达到25 m 以上时，导管中心应在控制范围的最深处。

4.5.3 混凝土浇筑

以施工现场的混凝土用量要求为准，由拌和站集中拌制足量的混凝土，泵送至进料槽口储料罐，再通过溜槽流向各导管进行浇筑。混凝土浇筑采用压球法，在各导管下放入隔离塞球，此装置将由于导管内充入混凝土而被挤出，顺畅浇筑。在整个浇筑过程中，导管底端始终位于混凝土内。

4.5.4 浇筑过程的控制

全过程动态控制混凝土浇筑作业，控制导管埋深，宜保持在1～6 m。不平整的槽孔要从低处底部浇起，并要在孔口设置盖板。浇筑过程中，每30 min 测量一次混凝土面，浇筑初期、末期以及现场施工条件特殊时均可增加测量频率。工作人员要如实记录测量结果，仔细填写浇筑记录，并根据测量结果制作浇筑指标图，检查复核混凝土浇筑量。槽孔内的混凝土面应呈稳定上升的状态，且最后混凝土顶面与设计高程的差值不得超出0.5 m。

5 检测结果分析

5.1 现场注水试验

试验对象为龄期达到28 d 的槽段，共计5 个，实测渗透系数最大值为7.95×10-8cm/s，平均值为5.84×10-8cm/s。防渗墙注水试验检测结果如图1 所示。

图1 防渗墙注水试验检测结果

5.2 防渗墙塑性混凝土内部应变监测

选择5 个塑性混凝土防渗墙代表性槽段，在不同高程位置预埋应变计，共计30 支，监测时段为2020 年1 月～2021 年12 月，根据监测结果判断在此过程中防渗墙塑性混凝土内部应变的变化规律，结果如表1 所示。根据监测结果可以得知，防渗墙塑性内部应变具有阶段性的变化规律，在混凝土硬化前，存在较为明显的应变变化现象，此后，内部应变变化幅度随着混凝土龄期的增加而逐步减小，最终保持相对稳定的状态。在整个监测过程中，各槽段的应变值均符合拉压应变控制要求[4]。

表1 塑性混凝土防渗墙内部应变监测结果

6 结语

为了促进社会经济的发展和满足人们的生产生活需求，我国的水利工程建设数量正在不断增加，塑性防渗墙在水利工程中的应用越来越广，发挥的作用也越来越重要。本文基于工程实例，分析了塑性混凝土防渗墙重点施工工艺，并就其施工效果进行了检测验算，希望所提内容能够为类似工程提供参考。