塑性混凝土防渗墙渗漏分析与处置

塑性混凝土防渗墙渗漏分析与处置

周赛军

中核霞浦核电有限公司 福建省宁德市355100

摘 要：本文针对某核电取水口塑性混凝土防渗墙渗漏情况，阐述了总体处理方法。对“查”“截”、“排”、“堵”四种关键技术进行了研究，运用电阻率成像法、钻孔注水、强排等综合手段进行了原因分析，查找出塑性混凝土防渗墙存在缺陷，采取了堵漏措施，保证了防渗墙内构筑物基坑开挖和结构施工顺利进行，也为后续的类似工程施工提供借鉴意义。

关键词：取水口；防渗墙；渗漏；堵漏；

Seepage analysis and disposal of plastic concrete cure-off wall

Zhou Saijun

（CNNP Xiapu Nuclear Power Co., Ltd. Ningde Fujian)

Abstract：This paper describes the general treatment method for the leakage of plastic concrete cure-off wall at a nuclear power inlet。 four key technologies of "check", "cut", "discharge" and "plugging" are studied, and the causes are analyzed by means of resistivity imaging, borehole water injection and strong drainage, so as to find out the defects of plastic cupola wall and take plugging measures. The foundation pit excavation and structure construction of the structure in the cutoff wall are guaranteed to proceed smoothly, and it also provides reference for the subsequent construction of similar projects.

Key words： Water inlet ; Cutoff wall; leakage; plugging;

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塑性混凝土防渗墙渗漏分析与处置

0 引言

核电站联合泵房和取水构筑物作为取水相关的重要配套子项，其功能是为重要厂用水系统和主冷却水系统提供海水冷源，对工程主关键路径有着十分重要的影响。以某核电工程为例，根据厂址总平设计规划，联合泵房厂址位于南侧海域回填区，基坑最低位置在厂坪标高以下约35m，与海水贯通。为了保障联合泵房和取水构筑物的施工环境，必须在泵房和取水构筑物外围设置围堰防渗墙。根据相关资料记载，存在已建成防渗墙因地质勘察不够详细，或施工质量控制不严，或围堰变形过大等造成渗漏的案例，较为严重的，围堰内基坑无法进行初期排水，直接影响基坑开挖，甚至可能由于渗漏量过大出现管涌，从而影响围堰的安全稳定，或导致后续工程停滞，造成很大的经济损失。

按渗水量对施工的影响程度，防渗墙渗漏大致可分为两种类型，一是渗水比设计量偏大，通过少量增加排水设备能满足常态排水要求，不影响基坑和构筑物正常施工，则无需进行堵漏处理；二是渗水量大，但通过增加大量排水泵后，初期能将水排干，但受海水潮汐、汛期影响以及渗水通道扩大，渗水量加大，基坑内无法保持施工条件，对于这种情况，为保证工期要求，尽量减少投资，总体上采取“查”、“截”、“排”、“堵”的处理措施。“查”是指通过各种钻孔注水和物探检测技术查明防渗墙渗漏通道，为后续精准堵漏提供依据；“截”是指设置导流沟槽，将渗水引至集水坑；“排”是指将集水坑内的渗水用水泵直接抽排；“堵”是指对渗漏点进行封堵，尽可能降低渗水量，保证基坑施工条件。这四个步骤相辅相成，是紧密结合的统一体，前期高效的截排水，为查、堵漏创造条件，后期良好有效的查堵漏工作，能较好解决渗水问题，可大大减少截、排水压力，降低工程成本。

1 工程概况

1.1勘察设计

依据电站的总体施工进度安排，取水口防渗墙采用大围方案，即在取水港池的新建围堰（围堰地基处理采用砂桩排水预压法）、取水东堤、取水西堤上布置防渗墙，整个防渗墙长度达1352m，港池整个水域面积达10万多平方米，平面布置见图1、图2.

图1：施工围堰防渗墙平面设计布置图 图2：取水口围堰平面示意图

取水口防渗墙采用塑性混凝土防渗墙，墙厚800mm，顶标高+5.0m，底端进入岩层或2-3层粉质黏土层2.0m。塑性混凝土防渗墙，混凝土28d龄期主要控制性指标：

（1）抗压强度≥1.0MPa，且不宜高于2.5MPa；

（2）渗透系数≤3×10

-7cm/s；

（3）弹性模量E≤800MPa。

取水口防渗围堰勘察钻孔约32个，孔距40-150m。勘察结果揭露厂区南侧取水明渠地段，海底底标高在-5.2m～-11.85m之间，相对高差约6.65m，北侧高，南侧低，靠近海岸地段地形起伏较大，海底地形复杂，局部有礁石分布。勘察范围内地层分布主要有淤泥、淤泥质黏土、粉质黏土、粉砂、碎石等第四系土层。勘察平面布置图、地质断面图及防渗墙典型断面图见图3、图4、图5、图6.

图3：取水口防渗墙与钻孔平面布置图 图4：取水口围堰平面示意图图5 东堤防渗墙底和地质断面示意图 图6 西堤防渗墙底和地质断面示意图

1.2施工工艺

由于本工程防渗墙需穿透抛石层、岩层等复杂地质层，冲击钻机对地层适应性好，工艺成熟，在防渗墙施工中广泛应用，因此防渗墙采用 “钻劈法”成槽施工。施工前将塑性混凝土防渗墙划分成若干个单元槽段，分两序间隔造孔成槽，根据先后顺序划分为一期槽孔与二期槽孔，如图7。先钻主孔、后劈打副孔和小墙（主、副孔间残余部分），如图8，最终主副孔贯通成为一个槽孔。考虑塑性混凝土防渗墙材料强度低，所以二期槽段采用钻凿法施工，用冲击式钻机在已浇混凝土终凝后的一期槽两端主孔中套打一孔，重新钻凿成孔，在槽段间形成半圆形接缝连接，最终二期槽与一期槽形成连续墙体。成墙后经钻芯取样检测，混凝土抗渗指标均满足设计要求。

图7槽段划分图 图8成槽顺序图

1.3渗漏情况

施工期从取水口开始抽水算起，9日内取水口围堰内水位由+0.6m降至-2.9m，平均日降水速率0.40m/d，水泵抽水总工效2274m³/h，日排水量约5万m³，水泵功率和降水量基本吻合。根据降水水位监测记录，9日后围堰内水位出现了不降反升的现象，且水位一直上涨。后续强排水查漏期间，抽水功效最高达到36000m³/h，仅可将水位维持在-3.6m标高左右，推断漏点较大，但无法确定是多处墙体开裂还是集中的一处漏洞。

2渗漏原因浅析

2.1山体溶洞因素

取水东堤和西堤防渗墙均与山体相接，海岸沿线山体通常受海浪侵蚀严重，沟崖裂隙较多，因此若山体内部出现贯通的溶洞，则形成渗水通道。通过查询地质勘察报告，此处山体无溶洞的描述，基本可以排除防渗墙与山体衔接处存在过水通道的可能。

2.2堤体或地基变形影响因素

防渗墙布置在爆炸挤淤填石形成的围堤和新建围堰上，堤体或地基变形过大存在破坏防渗墙体的可能，从而导致渗漏。根据港池内水位的变化，以及对防渗墙沉降和位移测量数据进行分析评估，沉降位移监测见图10，确定防渗墙的沉降以及最大8cm的位移都在设计范围内（设计允许位移为20cm），并且结合防渗墙位移量状态推断南堤新建围堰段砂垫层与堆石层之间不应存在错断现象，因此初步判定渗漏不应是堤体或地基变形导致。

图10 防渗墙沉降位移监测图

2.3墙体质量缺陷因素

大部分防渗墙深度超过40m，且底部地质比较复杂，质量控制存在一定难度。而防渗墙墙体质量缺陷，也是导致渗漏的常见因素，如墙体出现裂缝、混凝土浇筑不密实、混凝土抗渗能力不足或者检测钻孔打穿防渗墙等，都可能造成防渗墙渗漏。

2.4局部墙体未着底因素

设计要求防渗墙底端须进入岩层或2-3层粉质黏土层2.0m，根据地质勘探结果揭露以及海岸沿线山体现状，岸边山体边坡岩石受海浪侵蚀，地形起伏较大，海底地形复杂，局部有礁石沟壑分布，防渗墙施工中可能存在未嵌入基岩的情况。其他区段防渗墙可能存在因判断槽底地质样品不准而导致部分墙体未进入不透水层或深度不足，从而形成渗漏通道。

2.5不同堤段交界部位及槽段之间漏缝因素

因为不同堤段交界处可能存在不均匀沉降导致交界段墙体开裂，而且防渗墙成槽划分成若干槽段，分一期槽与二期槽施工，若两期接头处理不当也容易导致相邻墙体结合不紧密而产生过水裂隙。

3渗漏通道检测

查清渗漏通道能给堵漏的处理方式方法提供必要的技术依据和支撑，并能避免盲目的处理，降低处理成本。为此，选择一套成熟有效的探测方法至关重要。根据本工程特点并结合专家和设计的意见，为达到快速查明防渗墙渗漏部位的目的，现场采用电阻率成像法、电磁波孔内CT法、测流速法、钻孔法、强排水法等综合手段进行查漏，最终成功找到漏点并完成封堵。

3.1电阻率成像法

本工程分别采用地面电阻率成像法与井间电阻率成像法对防渗墙完整性进行检测，其中地面电阻率成像检测5个剖面（取水西堤1个，取水南堤新建围堰段4个），井间电阻率成像检测1个剖面（新建围堰III段），位置如下图11.

图11 检测平面布置图

检测结果：

1、取水西堤防渗墙测线W1、取水南堤S1、S2、S4在有效探测深度20m内未发现明显渗漏异常。

2、新建围堰S3段防渗墙在9m位置存在水平长裂缝渗漏异常，通过钻孔注水试验验证，确实在存在渗漏较快现象，成像图见图12和图13。

图12 S3段地面电阻率成像剖面图 图13 S3段井间电阻率成像剖面图

在确定渗漏范围后，立刻进行注浆封堵，施工过程中，个别I序孔在9～12m位置存在漏浆问题，与检测结果基本照应，但封堵后降水效果不太明显。考虑到地面电阻率成像法的探测深度及局限性，Ⅱ序孔将注浆深度由15m增至28m，注浆过程中多个孔在21～22m位置出现严重漏浆，对比井间电阻率成像检测结果来看，此种检测方法相对较为准确。完成注浆后，对该段进行复测的结果显示裂缝已被封堵，围堰内水位亦有所下降，但效果不太明显。

3.2电磁波空间CT法

在新建围堰Ⅱ段设置两孔（孔间距3m）进行检测，检测结果显示在防渗墙10m及15m位置可能在存在水平方向裂缝，但采取高压旋喷注浆封堵后，效果依然不明显，且钻孔注水试验未见异常渗漏，而且防渗墙处于海水环境中，电磁波衰减较强，不利于电磁波CT法的开展。探测孔平面布置和成像见图14、图15.

图14 探测孔平面布置图 图15 探测孔平面布置图

3.3测流速法

借助高精度流速仪对整个围堰内防渗墙附近进行数据采集，通过专业软件进行数据处理后，发现线形毫无规律，无法分析，查漏效果不佳。

3.4试剂法

本项目取水口防渗墙两侧均为海水，投注的颜料被水流稀释后颜色很淡，并且墙体两侧回填料对水流有过滤作用，通过向孔中投入大量较浓颜料仍难以观察。

3.5强排水结合钻孔查漏法

通过强排水（功效26000～36000m³/h）将水位维持在-3.6m标高左右，在取水东堤与取水内护岸交角处，取水东堤与新建围堰段交角处均发现较大渗流，通过分析将查漏焦点集中于取水东堤山体连接段，最终于5个月后成功找到漏点。随着水位进一步下降至-8m标高，在取水西堤及附近的内护岸发现存在较大水流，参照取水东堤成功先例，2个月后在取水西堤再次成功找到漏点，封堵后，抽水功率仅5120m³/h便能将围堰内水位维持在-9m标高。通过在大漏点附近更进一步的查漏堵漏施工，抽水功效2332m³/h便能将水位保持在-16m标高左右，保证了后续围堰内干施工作业的顺利进行。

4 渗漏截、排水

防渗墙内排水分初期排水和经常期排水。针对围堰较大渗漏情况，为快速查明渗漏点，初期排水采取强排措施进行抽水。为保证排水的效果，事前要充分考虑渗水量的估算，并做好排水泵配置、布置及排水用电等准备工作，同时考虑在强排过程中出现的管涌、流土等情况所采取的应急措施等。经常期排水是在完成堵漏工作后开展的排水工作，要提前规划好集水坑和截水沟和排水泵的配置。

防渗墙渗漏量可以通过启用多台排水泵，然后停泵观察港池内水位上升情况来计算渗漏量。排水泵的配置，除了考虑渗漏量，还要计算水池内积水量、降雨量以及台风引起的越浪量等。考虑本工程渗漏量较大，排水泵选型应考虑大功率大流量水泵，以加快排水速度，并多配备一定数量的水泵（投用水泵数量的一半）作为备用。在强排期间，对堤身加强沉降、位移的观测（一天一次），并安排专人对堤身进行巡查，若发现异常，及时报告。排水泵布置考虑到港池水面宽以及水量大等因素，采用同时在水上布置浮船布置水泵和在西堤上布置固定水泵方式，浮船采用4根缆绳成八字形布置固定在岸边。随着水位下降，为保证排水的正常运行，水泵还需考虑高扬程水泵。

经常性排水在围堰内抽干积水后进行，围堰内已开始干施工，可作为基坑经常性排水考虑。在基坑底布置水泵，设置集水坑、截水沟等，排水方式为明沟排水。集水坑的容积要保证水泵停止抽水15min，井水不至满溢。

5 堵漏施工

根据钻孔情况判断取水东堤和取水西堤连接山体处底部的漏点较大，常规的高压旋喷注浆已无法完成封堵工作，现场通过向孔内添加瓜米石、砂、海带和黄豆等材料，借助防渗墙底部漏洞处强力水流填充到下游堤身的回填料空隙，形成初步封堵，然后结合墙体孔内高压旋喷注浆进行加固处理，详见下图16。

图16 堵漏施工填充黄豆、砂

堵漏施工要点：

（1）根据判断出的漏点大小进行回填料规格、类型选择。若漏点较大，可适当选择遇水膨胀材料，添加料顺序可为：海带、黄豆、土工布条等→瓜米石→砂、水玻璃、高压旋喷注浆。较小的漏点可仅添加粒径较小的材料，采用高压旋喷注浆封堵，并借助水玻璃加速水泥凝固速度。

（2）填料过程需控制加料速度，且需持续向孔内注水，保证填料流动性，避免孔内阻塞。填满后，下放喷杆，若未到达孔底便已疏通，则将喷杆提出，重复填料工作。

（3）注浆过程中，若不返浆或返浆浓度较小，在原位持续注浆，并加砂、水玻璃，返浆正常后继续提升喷杆。注浆完成后在漏点两侧加密注浆，本工程根据渗漏严重性及高压旋喷注浆影响半径采用间距40cm、80cm、1.6m不等，以确保封堵的彻底性。

6 结论与建议

1、在防渗墙施工中，由于设计往往提供的防渗墙轴线处的地质剖面图通常是根据间距大于50m的一些勘探孔资料，或是根据离防渗墙较远的一些勘探孔投影到墙轴线处绘成的，这给施工工艺的选取、主要设备的选择、施工质量的保证造成很大的影响，国内时有物将孤石当成基岩的案例，由此导致墙体未嵌入基岩而漏水。建议后续类似工程，最好在墙体轴线处的地质进行详细勘察，对于底下地质复杂，地形起伏，局部沟壑、陡坎、礁石等分布时，勘探孔建议加密加深。

2、防渗墙成槽过程中遇到基岩难以确定时，再增补勘探孔，建议补充勘探孔入岩深度一般不小于10m，以确保墙体入岩。

3、对于地形复杂的嵌岩段防渗墙施工前，建议采取帷幕灌浆对墙体底部进行处理，封堵可能存在的岩石风化裂隙或不良地质，提高墙体防渗性能 ，减小渗漏风险。

4、对于复杂地质条件或者超深超厚防渗墙，在施工前要充分做好施工准备工作，在开展大规模施工前进行试验研究，为后期施工设备选取、组织安排、关键技术改进等提供准确的依据。

5、防渗墙施工前要充分识别、预判各类风险，并提前制定风险管控措施和预案。在防渗墙出现严重渗漏后，总体处理思路很重要，迅速大胆分析渗漏原因，谨慎踏实处理渗漏通道，避免扩大渗漏，造成更大处理难度。

6、针对取水口围堰防渗墙渗漏问题，现场通过采取“查”、“截”、“排”、“堵”相结合的处理措施，能够取得良好的治理效果，对后续的类似工程也将具有重要的参考价值。

参考文献：

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