某水電站圍堰水下混凝土防滲墻施工技術

魏志堅 何四平

【摘要】混凝土防滲墻施工技術在我國已經非常成熟，但仍有失敗的案例，其重點還在于依據(jù)不同的地質條件選擇最為合適的鉆孔設備，確定泥漿、混凝土澆筑等基本參數(shù)和指標，實時動態(tài)的分析地下可能出現(xiàn)的情況，提出針對性的解決辦法。

【關鍵詞】水電站；混凝土防滲墻；成槽；固壁泥漿；直升導管法

1、工程基本情況

某水電站上游圍堰堰軸線長108.25m，水上部防滲結構采用土工膜心墻，水下部防滲體型式為混凝土防滲墻；下游圍堰堰軸線長107m，全部采用混凝土防滲墻。工程區(qū)枯期常水位為541m，圍堰處河床沖積層厚約17m～25m，成分為卵、礫石混中、細砂及塊石，屬中等～強透水性層，詳見圖1。設計最大孔深26m，防滲墻厚度為0.8m，上、下游混凝土澆筑量分別為1550m3，1420 m3。按項目建設要求，圍堰水下防滲部分必須在截流前全部完成。

該工程的施工難點在于：（1）沖積層較厚，成孔后自穩(wěn)能力較差，水下施工時必須嚴格控制泥漿密度，成孔后必須盡快澆筑混凝土，以確保不塌孔；（2）覆蓋層中含有大孤石，成槽困難；（3）圍堰必須分兩期

施工，不能一次性截斷河床；（4）汛期需要繼續(xù)施工，防洪度汛壓力大；（5）圍堰施工區(qū)交通條件復雜，左岸有其它標段在附近施工，且經常有石渣從高處下落，危及人員安全，右岸有省道經過，且上壩公路邊坡也在施工，經常性中斷交通。

2、施工總體布置

結合本工程的實際情況及對施工難點的分析，考慮到上、下游圍堰相距較遠，在施工布置上將本項工作分成兩個獨立的區(qū)域，即上游圍堰區(qū)域、下游圍堰區(qū)域。圍堰分期主要考慮汛期施工導流需要及減少設施轉運難度，第一期長度約70m，泥漿處理設施（泥漿制作池、儲存池、沉淀池等）布置河中1/3處，第一期全部完成后，將所有設備放在河中平臺上，拆除河床一側40m寬防滲平臺，同時將拆除的渣料倒運至另一側，既保證過流斷面足夠，又能減少平臺填筑用料，同時可避免設備、物資從公路上再轉運，詳見圖2。

為便于施工，同時考慮其它標段對交通的影響，防滲墻施工平臺寬度既要滿足鉆具布置需要和施工交通需要，也要盡可能容納臨時房屋、材料堆放等臨建設施的布置。經綜合考慮，平臺設置寬度為15m。防滲墻平臺按10年一遇枯水期洪水防洪標準設置并適當加高，最終確定下游圍堰平臺高程為545m，平臺最大高度為5m，平臺上游側周邊設置鋼筋石籠，并準備部分粘土麻包袋以備不時之需，平臺上、下游坡比均為1：1.75。

3、主要施工技術指標確定

（1）槽段劃分

槽段的長度宜盡量加長，以減少 槽段之間接頭數(shù)目，提高墻體的整體性。但槽段過長會引起施工周期增加，造成孔壁不穩(wěn)定，同時為混凝土澆筑帶來難度。本工程施工區(qū)砂卵礫石層厚，穩(wěn)定性較差。綜合考慮地層特性、施工工期、造孔方法、混凝土澆筑強度等各種因素，其槽長定為一期槽6.8 m，二期槽6.8 m。合攏段盡量安排在槽段較淺、條件較好的部位。每個槽孔劃分為3個主孔，中心距1m，2個副孔，副孔寬1.2m，主孔采用CZ-6沖擊鉆機施工，副孔采用抓斗施工；二期槽孔的端頭孔直接由起拔接頭管形成，中間部分的成槽同于一期槽孔。施工過程中根據(jù)實際情況，在防滲墻深度較淺部位，可適當加長槽孔施工長度；防滲墻施工時，若有漏漿塌孔現(xiàn)象，可縮短槽孔施工長度。

（2）固壁泥漿

固壁泥漿主要起防止槽壁坍塌、冷卻鉆具、懸浮巖屑等作用，本工程采用膨潤土拌制護壁漿液，分散劑為就近化工廠生產的工業(yè)碳酸鈉（Na2CO3），絮凝劑選擇聚丙烯酰胺。新制泥漿配比如表1所示。

膨潤土泥漿性能控制指標如表2所示。

新制泥漿膨化24h方可使用。

泥漿池設三個，分別為制作池、存儲池和沉淀池，受地形條件限制，各池容量100m3。

（3）成槽質量標準

成槽質量標準不低于如下規(guī)范要求：孔位偏差不大于3cm；孔斜率不大于4‰，遇有含孤石、漂石的地層及基巖面傾斜度較大等特殊情況時，孔斜率應控制在6‰以內。一、二期槽孔的兩次孔中心線在任意深度的偏差值應不大于設計墻厚的1/3。

（4）清孔換漿標準

槽孔清孔換漿結束后1h，達到下列標準： 1）孔底淤積厚度不大于10cm；（2）使用膨潤土泥漿，孔內泥漿密度不大于1.15g/cm3，粘度不大于40s，含砂量不大于5%。

（5）墻體混凝土澆筑指標

混凝土標號為C20，入槽坍落度18～22cm，保持15cm以上時間應不小于1h；入槽擴散度34～40cm；熟料初凝時間應不小于6h，終凝時間不宜大于24h。混凝土施工主要指標控制如表3所示：

4、主要施工技術與管理

（1）設備選型

根據(jù)河床地層特性，選擇CZ-6沖擊鉆機，一期布置7臺，SG-46A液壓抓斗1臺；泥漿凈化機選擇ZX-200，制漿機選擇ZJ1500，儲漿攪拌機ZL-2×200；拔管機選擇YBJ-1000；同時在平臺上布置1臺反鏟挖掘機、1臺裝載機和2輛自卸汽車，斗容均不需要太大，主要用于倒料和短距離運輸。

（2）導墻施工

導墻施工是防滲墻施工的關鍵環(huán)節(jié)，其主要作用為成槽導向，控制標高，槽段定位，防止槽口坍塌及承重，根據(jù)選用的機械形式和現(xiàn)場布置，導墻斷面形式采用鋼筋砼倒“L”型斷面。導墻里側凈寬度0.8m，導墻混凝土強度等級為C20。導墻施工時，導墻壁軸線放樣必須準確，誤差不大于10mm，導墻壁施工平直，內墻墻面平整度偏差不大于3mm，垂直度不大于0.5%，導墻頂面平整度為5mm。導墻頂面宜略高于施工地面100～150mm，每個槽段內的導墻上至少應設有一個溢漿孔。導墻基底與土面密貼。

（3）成槽施工

本工程主要采用“鉆抓法”進行成槽施工：一期槽段先使用沖擊鉆機鉆進主孔至設計孔深，然后用抓斗抓取副孔。到致密覆蓋層或基巖地層抓取困難時，可以由沖擊鉆機輔助破碎。當抓斗不能施工時或工效顯著降低時，由沖擊鉆機采用“鉆劈法”施工。

本工程防滲墻終孔要求的嵌巖深度為0.5m。為此，孔底基巖鑒定十分重要，要準確地鑒定基巖面，嚴格區(qū)分基巖取樣時與基巖巖性相同的砂卵石、塊石、漂石的巖樣，防止對基巖的誤判。往往越接近孔底，越要慎重。必要時采用巖芯鉆進行鉆孔取樣，以判斷是否真正進入基巖。且取芯鉆孔入巖的深度一般不小于5m。

（4）墻段連接

本工程施工的墻段連接采用“接頭管法”，一期槽孔清孔換漿結束后，在槽孔端頭下設接頭管，混凝土澆筑過程中及澆筑完成一定時段之內，根據(jù)槽內混凝土初凝情況，使用拔管機逐漸起拔接頭管，在一期槽孔端頭形成接頭孔。二期槽孔澆筑混凝土時，接頭孔靠近一期槽孔的側壁形成圓弧形接頭，墻段形成有效連接。在深槽孔防滲墻施工中，使用接頭管法進行墻段連接，要求具有較高的技術水平和管理水平，接頭管的起拔時機非常關鍵，起拔過早或過晚都將失敗，將導致成不了接頭孔或釀成鑄管事故。

（5）混凝土澆筑

混凝土采用泥漿下直升導管法灌注施工，選用φ250mm的圓形螺旋快速接頭導管，其上端接二級分料漏斗，并由鉆機吊住導管，以便灌注及起拔時，導管可作上下垂直移動。導管布置參數(shù)嚴格按表3所示控制。在每根導管開澆前，預備好足夠的砂漿（考慮導管內容積及封埋導管的方量），一次性對導管進行封堵。開澆前，導管內放置略小于導管內徑的隔離塞球作為隔離體，隔離泥漿與砂漿。先灌注一定量的水泥砂漿，隨即澆入足夠量的混凝土，擠出塞球并埋住導管底端?；炷撩嫔仙俣瓤刂圃?m/h以上，并保證其均勻上升，同時有效控制好各處高差。每隔30min或每澆筑2～3車混凝土測量一次槽孔內混凝土面深度，并及時填繪混凝土澆筑指示圖及混凝土澆筑量隨深度的理論變化曲線，指導導管的拆卸工作。當澆筑方量與混凝土頂面位置不相符時，應及時分析，找出問題所在，及時處理。

5、施工過程中主要出現(xiàn)的問題及處理措施

（1）漏漿

在上游圍堰防滲墻鉆6#孔至3m左右深度時發(fā)生大量漏漿問題，施工平臺下游側可見漿液漏出。分析原因，是防滲墻施工平臺施工過程中沒有很好的碾壓，填筑料存在架空現(xiàn)象，形成滲漏通道。為此，將附近平臺先下挖至一定高度后重新碾壓，之后回填槽孔，待沉淀和穩(wěn)定一定時間后重新造孔。嚴禁一邊漏漿，一邊強行鉆進。同時堵漏采取加大泥漿濃度、投入粘性土塊及粘土泥球，以及在泥漿內滲水泥、砂或碎石等材料等方式。

（2）遇到大孤石

施工中遇到粒徑過大的塊球體，可以采取爆破法進行地下障礙清除。爆破法一般有以下三種：

1）鉆孔預爆

在經先導孔查明的塊石、塊球體密集帶施工前布設爆破孔，孔距1m左右，采用液壓工程鉆機跟管鉆進，在套管內對塊石、塊球體和硬巖部位分別下置爆破筒啟爆。該方法爆破效果好，不危及槽孔安全，但鉆孔工程量大，與防滲墻施工干擾大。

2）槽內爆破

在防滲墻造孔中遇塊球體和硬巖時，可采用液壓工程鉆機跟管鉆進，在槽內下置定位器進行鉆孔，鉆到規(guī)定深度后，提出鉆具，放入爆破筒，提起套管，引爆。爆破后塊球體或硬巖被破碎，從而制服了攔路虎，加快了鉆進速度。爆破筒內裝藥量按巖石段長2～3kg/m，如系多個爆破筒則安設毫秒雷管分段爆破，以避免危及槽孔安全。

3）聚能爆破

在塊石、塊球體或硬巖表面下置聚能爆破筒進行爆破，爆破筒聚能穴錐角為55～60°，裝藥量控制在3～6kg，最大為8kg。在二期槽孔內則采用減震爆破筒，即在爆破筒外而加設一個屏蔽筒，以減輕沖擊波對墻體的作用。槽內聚能爆破方法簡便易行，與防滲墻施工干擾很小，有時還用于修正孔斜處理故障等，故應用很多。

（3） 混凝土澆筑堵管

混凝土的澆筑質量是防滲墻施工成敗的關鍵環(huán)節(jié)，有效地控制混凝土的攪拌質量及按規(guī)定掌握導管的埋深，是避免發(fā)生堵管的關鍵措施。

一旦發(fā)生堵管，可利用吊車上下反復提升導管進行抖動，疏通導管，如果無效，可在導管埋深允許的高度下提升導管，利用混凝土的壓力差，降低混凝土的流出阻力，達到疏通導管的目的。

當各種方法無效時，可考慮重新下設另一套導管，新下設的導管底中應完全插入混凝土面以下，然后用小抽筒將導管內的泥漿抽吸干凈，方可繼續(xù)進行混凝土的澆筑。

（4）汛期水下施工

汛期在主河道內施工風險系數(shù)非常大，一方面洪水隨時有可能淹沒施工平臺，另一方面洪水上漲也會增加孔壁的水壓力，容易塌孔。為此，需要盡可能加高施工平臺，同時依據(jù)上游的水情測報系統(tǒng)，隨時做好人員撤離的準備；及時調整泥漿濃度或摻入物，確保孔壁穩(wěn)。在實施過程中，確實也發(fā)生了洪水淹沒平臺的情況，洪水過后，發(fā)現(xiàn)已成孔的槽段內充滿了異物，需要重新造孔，但通過水情預報，人員及設備均已提前撤離，沒有造成大的損失。

6、結語

混凝土防滲墻施工技術在我國已經非常成熟，但在應用過程中仍會經常出現(xiàn)塌孔、防滲不達標甚至漏水的情況，其主要問題還是沒有針對項目特點和遇到的實際問題進行認真研究對策措施。對于這類隱蔽性工程，必須先對工程地質條件進行分析研究，分析可能出現(xiàn)的問題，選擇最為合適的鉆孔設備，確定泥漿、混凝土澆筑的基本參數(shù)，實時動態(tài)的分析地下可能出現(xiàn)的情況，及時調整施工方案，或緩或急，才能避免出現(xiàn)錯誤決策。

參考文獻：

[1] 崔強，《芻議混凝土防滲墻施工工藝》，黑龍江水利科技，2013年第2期，120-123

[2]中國水利水電基礎工程局 LS174-96，水利水電工程混凝土防滲墻施工規(guī)范，北京：中國水利水電工程出版社，1996。

作者簡介：魏志堅（1978～），女，漢族，湖南長沙人，高級工程師，碩士研究生，主要從事水利水電工程設計及EPC總承包工作。