水库主坝混凝土防渗墙施工及质量控制

摘 要：本文通过某水库主坝混凝土防渗墙的施工技术，分析防渗墙成槽及混凝土的质量控制，简述存在问题及处理措施。
关键词：水库 防渗墙 主坝 施工
一、工程概况
本水库位控制集雨面积18.7km2，总库容6064.6万 m3，正常蓄水位211.00m，相应正常库容5773.4万m3，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养鱼等综合效益的中型水利工程。枢纽工程由主坝、副坝（共10座）、溢洪道、输水建筑物（包括主坝放空隧洞、桃林灌溉隧洞、1#及 5#副坝灌溉隧洞）等组成。
其中主坝原为1960年建成的粘土心墙土石坝，1979年后加高培厚并改建为钢筋混凝土面板堆石坝，因坝体填筑材料为当地质量较差易风化的红砂岩，经过多年的运行，坝体部分沉陷，导致钢筋混凝土面板开裂，1998年库水位207.3m时渗漏量达120L/s，后虽经多次处理，主坝坝体仍存在中等透水带，导致坝体渗漏量偏大，排渗廊道渗水量仍有20L/s，为彻底解决渗漏问题，此次主坝除险加固工程设计了C15混凝土防渗墙，防渗墙最大垂直高度为43.03m，防渗墙按二序施工，每序槽段长6.6m，宽0.6m，共计25个槽段，防渗墙顶部高程为212.0m，坝顶轴线长 168m，坝顶宽6m，防渗墙的主要技术指标见表1。
表1：防渗墙主要技术指标

二、施工顺序
本工程防渗墙施工顺序为：坝顶公路老混凝土拆除开挖导向槽、导墙浇筑、安装导轨、机械设备安装、配置泥浆入槽、冲击钻成槽、清孔换浆及槽孔验收、钢筋笼及帷幕灌浆预埋管安装、混凝土浇筑成槽等。
三、防渗墙施工
（一）施工平面布置
与防渗墙施工相关的钻机平台布置在本水库主坝坝顶，泥浆池布置在主坝上游200.0平台上，其他设施则按现场具体位置布置。
（二）混凝土防渗墙造孔
1.槽段划分
槽段划分方案根据施工总体方案确定，并可能根据先期施工槽进行调整。为减少接头数量，需增加槽段长度，但考虑到坝体填筑料含红砂岩块石多,土质无粘性且砂性重,易于坍塌，为确保孔壁安全，施工方案初步拟定两端较浅处可采用Ⅰ、Ⅱ期槽段长度为6.6m；中间部位Ⅰ、Ⅱ期槽段长度孔也设定为6.6m。
2.钻劈法成槽
防渗墙成槽工艺一般有钻抓法和钻劈法两种，钻抓法成槽效率比较高，可以保证槽段连续平整，一般适用于成槽深度小于20m的槽段，而本水库主坝最深可达43m，且地质条件较差，因此采用传统的钻劈法施工较为保险，即冲击钻机钻主孔，然后劈副孔，扫小墙最终成槽。如果遇到孤石或漂石抓不动时，也可使用钻劈法施工。本工程使用JZ-220型钻机，12～15T重锤逐点加密冲击对本工程地质类型具有较高的工效。
本工程采用“先Ⅰ期槽段，后Ⅱ期槽段”的施工顺序，Ⅰ、Ⅱ期槽段槽孔均采用“四主三副”形式成孔，Ⅰ、Ⅱ槽段长度均为6.6m。成槽深度原则按先导孔揭示的地层分界及设计墙底高程的标准确定。当冲击钻机钻进距设计墙底基岩面高程（0.5～1.0）m左右时，机组至少每（40～50）cm取样一次，自设计基岩面高程起每（10～20）cm取样一次。取样方法为冲击钻机抽筒取样，每次取样用清水冲洗干净，装入岩样袋，填写岩样标签，标明槽号、孔号、取样深度、取样人等，按顺序放入岩样箱，并及时进行基岩鉴定。本工程成槽以钻进至新鲜基岩面以1.0m进行控制。
（三）下设钢筋笼及预埋帷幕灌浆管
根据工程槽段划分及槽深调整预埋管钢筋笼架的长度，本工程灌浆管采用Ф114mm的钢管，并按设计要求焊接在Ф22钢筋笼定位架上，定位架辅筋采用Ф14螺纹钢筋。
采用本方法进行预埋管下设，其优点为①允许钢管有一定的变形；②连接简单可靠；③强度高，不易变形；其缺点是：①焊接时间多，安装难度大，须分段安装；②槽段深度较大时，预埋钢管垂直度难以保证，加大帷幕灌浆的难度。
（四）混凝土浇筑用导管下设
本工程采用混凝土输送泵泵送砼，管径为Ф300mm，导管使用前应做调直检查、压水试验、圆度检查、磨损度检查和焊接检查，合格后方可使用。本工程混凝土浇筑时每槽段使用两根导管，使用时，采用冲击式钻机钢丝绳吊装导管，并缓慢施工需要浇筑的槽段中，导管中心间距3.0m,导管末端距孔底高差控制在（15～25）cm,导管中心距槽端或接头管壁保持在1.5m左右。
（五）C15混凝土防渗墙浇筑
1.混凝土的拌和及运输
防渗墙施工所用混凝土为掺粉煤类C15混凝土，水化热较低，初凝时间长，由JZ750型搅拌机搅拌，HBT30A混凝土输送泵输送。
2.防渗墙混凝土的浇筑
本工程防渗混凝土浇筑采用压球法浇筑，即在浇筑前，每根导管末端塞入一个小球，开浇时，先搅拌2～3次拌砂浆并注入导管内，并搅拌足够数量的混凝土，以便将导管末端的小球挤出，保证防渗墙混凝土与基岩面密实，且使导管底端埋入混凝土内。一般情况下，导管埋入混凝土内的深度应控制在（1～6）m内，以免泥浆混入导管内，保证墙体质量。
四、防渗墙成槽及混凝土的质量控制
（一）防渗墙造孔、清孔换浆的质量控制
施工中，要注意加强设备的保养，保证设备的完备性，减少施工中的机械事故，做到每个槽孔开始施工后尽快浇筑完毕。 由于施工过程中不可避免会发生漏浆、渗浆现象，因此制浆站要随时备足浆液，保证泥液的供给。当发生漏浆、渗浆时及时补充浆液，并采取措施进行堵漏，保证槽孔内浆面高于导向槽底部。具体堵漏措施有，采用粘土、木屑、水泥等混合物进行堵漏，必要时可采用粘土进行全部回填后再行造孔，如果出现塌孔事故可采用低标号混凝土进行回填，待达到一定强度后再进行造孔作业。施工过程中不得向槽孔内直接注入清水，以防止浆液比重过低，浆液对孔壁的压力偏小而发生塌孔、缩孔现象。

孔形和清孔是保证防渗墙体的整体性和混凝土浇筑质量的关键。土坝防渗墙主要起防渗作用，一般没有承重和抗冲等要求。施工中对防渗墙的孔斜率要求不高，但必须保证墙体的整体性，不得有梅花孔、小墙。对一、二期槽，保证接头孔的两次孔位中心在任意深度的偏差，不得大于设计墙厚的1/3，并采取措施保证设计墙厚。在孔形合格后，才能进行清孔换浆。清孔换浆使孔内的泥浆比重、粘度、含砂量等指标降低，使混凝土浇筑过程顺利进行，保证混凝土的浇筑质量。清孔换浆质量的具体检查指标为孔底淤积和泥浆的三项指标（比重、粘度、含砂量），应按如下要求进行控制：
（1）孔底淤积厚度不大于100mm；
（2）本工程使用的膨润土，槽内泥浆密度应不大于1.15g/cm3，马氏漏斗黏度（32～50）S，含砂量不大于 6%。二期槽段清孔换浆结束前，宜采用钢丝刷子钻头进行刷洗，清除接头混凝土表面附着的泥皮，保证一、二期混凝土很好地连接成一个整体。刷洗的合格标准是：刷子钻头上基本不带泥屑，孔底淤积不再增加。
五、存在问题及处理措施
（一）漂石、孤石处理
本水库库区坝体填筑用粘土材料缺乏，为降低工程造价，解决坝体填筑材料问题，当年修筑坝体时，选用的是当地储量较多的红砂岩，虽反复碾压，但坝体中的漂石、孤石仍较多，其中以（20～30）cm粒径为主，施工过程中钻进工效也不高，易产生孔斜，处理此类问题，以加大重锤重量达到冲击破碎目的为主要手段，施工过程中没有遇到特别大的孤石，否则要进行爆破处理。
（二）漏浆及塌孔处理
1.漏浆处理
造孔过程中有时会出现漏浆现象，处理此类问题的方法有两种：
（1）漏浆量少或是漏浆浆液压力小时，采用加大泥浆比重或采用堵漏剂等处理措施。
（2）漏浆量大或是漏浆浆液压力比较大时，宜采用回填黏土、锯末、水泥、高速速凝剂等措施进行封堵，并采用冲击钻挤实，以确保孔壁及槽壁的安全，本水库主坝施工没有发生过漏浆情况。
2.塌孔处理
本水库主坝填筑材料以风化红砂岩为主，此类材料的弱点是风化后砂性强、粘结力差，因此施工过程中塌孔现象出现的几率也较大，处理此类问题的风险及代价也较高，一般处理此类问题的措施有：
（1）塌孔方量不大时，采用改善导墙地基条件或槽内固壁泥浆性能的方法
（2）塌孔方量较大时，宜拆除导墙重建或加固导墙。
（3）塌孔非常严重时，应采用合格粘土重新回填槽坑，可采用其他安全技术措施处理坑。
六、结束语
通过本水库主坝混凝土防渗墙的施工及施工过程中的监理工作，对此类项目的施工程序、施工工艺、质量控制，特别是混凝土防渗墙工艺在水库大坝除险加固工程中的应用都积累了宝贵的经验，以供同行借鉴。
[参考文献]
[1]中国水利水电基础工程局.DL/T 5199-2004.水利水电工程混凝土防渗墙施工规范[S].北京:中国电力出版社，2005.
[2]中国水电顾问集团.DL/T 5397-2007.水利水电工程施工组织设计规范[S].北京:中国电力出版社，2008.
（作者单位：韶关市水利水电建设公司 广东韶关）