一種新型混凝土防滲墻接頭形式的初步研究

燕 喬，畢明亮，王立彬

（1.三峽大學(xué)土木水電學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.長(zhǎng)江科學(xué)院水利部水工程安全與病害防治工程技術(shù)研究中心，武漢 430010）

一種新型混凝土防滲墻接頭形式的初步研究

燕 喬1，2，畢明亮1，王立彬1

（1.三峽大學(xué)土木水電學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.長(zhǎng)江科學(xué)院水利部水工程安全與病害防治工程技術(shù)研究中心，武漢 430010）

防滲墻墻體槽段的連接部位是防滲墻防滲的薄弱環(huán)節(jié)，其連接質(zhì)量是保證防滲墻整體防滲效果的關(guān)鍵，決定著防滲墻的成敗。分析了防滲墻傳統(tǒng)墻段接頭形式的弊端，借鑒壩體接縫灌漿原理，設(shè)計(jì)研究了一種新型的防滲性能可靠的接縫灌漿式接頭形式。介紹了其施工工藝、技術(shù)要點(diǎn)，對(duì)其可行性、效果以及效益等進(jìn)行了分析。此技術(shù)有利于簡(jiǎn)化傳統(tǒng)接頭施工工藝、提高施工效率、縮短工期，且經(jīng)濟(jì)效益顯著。

防滲墻；墻體接縫；接頭型式

防滲墻源于地下連續(xù)墻，歐美稱為混凝土地下墻（continuous diaphragm）或泥漿墻（slurry wall）；日本稱為地下連續(xù)壁、連續(xù)地中壁或地中連續(xù)壁等；我國(guó)稱為地下連續(xù)墻或地下防滲墻［1］。防滲墻技術(shù)于20世紀(jì)50年代初期起源于法國(guó)、意大利等地，我國(guó)防滲墻的建設(shè)開始于50年代末期［2］。由于混凝土防滲墻具有結(jié)構(gòu)剛度大、整體性、防滲性和耐久性好，以及施工簡(jiǎn)便、速度快、消耗少等優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)防滲墻施工技術(shù)已在水利水電工程、基礎(chǔ)工程、地下工程中得到廣泛應(yīng)用。尤其是近年來，防滲墻技術(shù)在水利水電工程中有了很大發(fā)展，已完成了像黃河小浪底（墻深81.9 m）、三峽二期圍堰（墻深74 m，是我國(guó)已建防滲墻中規(guī)模、綜合難度最大的工程）、四川瀑布溝（墻深84 m）、冶勒（墻深84 m）、獅子坪（墻深90 m）、新疆下坂地（墻深85 m）等大型深厚覆蓋層防滲墻工程。目前，四川瀘定正在進(jìn)行130 m深混凝土防滲墻試驗(yàn)。從整體上來說，我國(guó)的防滲墻施工技術(shù)在整體上已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平［3］。

1 研究背景

修建地下防滲墻是水利水電工程中用于壩基和圍堰防滲處理的有效手段和措施。防滲墻的施工，一般是采用兩期分段成槽、相互連接的方式進(jìn)行的。由于在墻體施工過程中，槽孔內(nèi)始終充滿泥漿，尤其在施工二期槽段時(shí)，極易在一期槽端頭形成泥皮，這層泥皮的薄厚影響著防滲墻整體的防滲效果。在早期防滲墻的施工中由于墻間夾泥過厚導(dǎo)致一些防滲墻工程失敗，對(duì)此曾引起極大的重視。陶景良［4］和叢藹森［5］對(duì)墻間夾泥的成因及危害進(jìn)行分析，并提出防止措施，使墻間夾泥現(xiàn)象有了很大改善，但是不管采取任何措施都避免不了泥皮的形成，只是薄厚的問題。從三峽工程一、二期圍堰拆除后檢查情況看［6，7］，墻體接頭處存在著明顯的接縫，接縫間普遍夾有泥皮、巖屑，室內(nèi)測(cè)定其滲透系數(shù)為2.2×10-7cm／s，與墻體材料的滲透系數(shù)（i×10-8cm／s）相比，約相差一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，墻體槽段的連接部位是防滲墻防滲的薄弱環(huán)節(jié)，其連接質(zhì)量是保證防滲墻整體防滲效果的關(guān)鍵，決定著防滲墻的成敗，且代表著成墻的技術(shù)水平。

對(duì)于目前建在西南山區(qū)深厚覆蓋層上的防滲墻工程來說，要面臨著高水頭、大水力梯度的作用，墻體接縫的薄弱部位很有可能成為滲流通道，造成防滲失敗。鑒于墻體接縫部位的重要性，國(guó)內(nèi)外專家長(zhǎng)期以來對(duì)此進(jìn)行了大量的研究和不斷的改進(jìn)，然而對(duì)于現(xiàn)在施工中使用的鉆鑿法、雙反弧法、拔管法、銑削法等，從施工的難易程度、防滲效果和開挖檢查情況看，總不能令人滿意。因此，有必要研究一種施工方便、防滲效果可靠的新型墻體接頭形式，以降低施工難度并保證墻體防滲效率。

本文在對(duì)防滲墻傳統(tǒng)接頭形式進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了一種新型接頭形式，介紹了其施工工藝、技術(shù)要點(diǎn)及質(zhì)量保證措施等。

2 防滲墻傳統(tǒng)接頭形式分析

對(duì)于目前使用的鉆鑿法、拔管法、雙反弧法以及銑削法等都各有其優(yōu)缺點(diǎn)和使用的局限性，還不能完全滿足防滲墻快速、安全、經(jīng)濟(jì)施工的目的。

鉆鑿法是指施工Ⅱ期墻段時(shí)在Ⅰ期墻段兩端套打一鉆的連接方法。顯然，這種工法需重新鉆鑿混凝土，由于已澆混凝土墻與原地層軟硬不均，尤其是目前深墻采用高標(biāo)號(hào)混凝土，使得鉆孔極易偏斜，往往要多次重復(fù)修孔，鉆鑿難度大，工效低，成本高，且質(zhì)量難以保證。同時(shí)，沖擊鉆鑿還極易震裂接頭孔周圍的混凝土，影響墻體防滲性能。鉆鑿接頭法加大了混凝土和鉆具材料的消耗。拔管法是在先期施工的墻體槽段兩端頭預(yù)先設(shè)置直徑與墻體厚度相同的鋼管，并隨混凝土澆筑將其拔除而形成接頭孔，后期墻體槽段成墻后，二者實(shí)現(xiàn)連接。此工藝需要有專門的設(shè)備，施工工藝較為復(fù)雜，且受鉆孔精度影響以及管材和拔管設(shè)備能力等因素的限制，它無法進(jìn)行深墻施工。由于接頭管與槽壁間間隙的存在，常產(chǎn)生“背流”，增加拔管難度。雙反弧法是施工時(shí)先按一般要求完成Ⅰ期槽孔，在相鄰的兩個(gè)Ⅰ期槽孔間預(yù)留一個(gè)接頭孔（即Ⅱ期槽孔）的位置，然后在Ⅱ期槽孔上鉆鑿圓形主孔，接著用雙反弧鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，使圓形孔成為雙反弧形狀的孔，再接著用液壓可張式雙反弧鉆頭將一期墻段端面殘留的泥渣鑿除和刷洗干凈，最后澆筑成墻。此法常因Ⅰ、Ⅱ期槽端頭孔的孔斜率過大，且偏斜方向不一致，或因塌孔而形成的超澆方量，造成雙反弧施工困難，連接不理想，質(zhì)量不能保證，易造成孔內(nèi)事故，且不易處理。對(duì)于復(fù)雜的深厚覆蓋層，往往含有大的漂、孤、塊石較多，常導(dǎo)致雙反弧鉆具卡鉆或埋鉆，一旦發(fā)生很難處理。銑削法是在兩個(gè)一期墻槽段之間留出比銑槽機(jī)銑頭略小的位置作為二期槽孔，該槽孔銑槽施工時(shí)，同時(shí)將一期槽的端部混凝土銑出鋸齒形的溝槽，形成兩期槽段之間的榫形連接。此法受銑槽機(jī)使用條件的限制，很難適用于漂卵石地層或在疏松層內(nèi)夾有大塊石（卵石）的復(fù)雜深厚覆蓋層，且銑槽機(jī)需要進(jìn)口，價(jià)格比較昂貴。

3 接縫灌漿式接頭及其可行性分析

防滲墻工程受施工能力的限制，采用分槽段施工，各槽段之間存在縫隙，猶如壩體分壩段施工，在壩體施工完后，必須將各壩段連成整體，讓整個(gè)大壩整體受力，防滲墻工程亦如此。因此，借鑒壩體分縫及接縫灌漿原理，設(shè)計(jì)研究一種新型防滲墻墻體接頭形式——接縫灌漿式接頭。傳統(tǒng)防滲墻Ⅰ、Ⅱ期槽段接縫間往往夾有泥皮，泥皮的防滲性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于防滲墻墻體的防滲性能，因此，用灌漿方法排擠接縫間泥皮充填墻槽段接縫，可以彌補(bǔ)墻間夾泥滲透系數(shù)偏小的弊端，增強(qiáng)防滲墻整體防滲效果。該接頭形式具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）相比鉆鑿法，避免了重復(fù)鉆鑿，節(jié)省混凝土和工期，避開了接頭孔孔斜問題；相比拔管法，省去了專門的設(shè)備，簡(jiǎn)化了施工工藝，提高了施工效率；相比雙反弧法，放寬了Ⅰ、Ⅱ期槽端頭孔的孔斜率，避免了諸多孔內(nèi)事故，應(yīng)用范圍更廣。

（2）灌漿漿液可以擠密、壓實(shí)和包裹墻間夾泥填充接縫，漿液結(jié)石體的滲透系數(shù)優(yōu)于泥皮的滲透系數(shù)，灌漿式接頭有利于增強(qiáng)墻體整體的防滲質(zhì)量。

（3）灌漿技術(shù)比傳統(tǒng)接頭工藝成熟可靠，有利于保證防滲墻整體防滲效果。

（4）可以彌補(bǔ)防滲墻墻段間的一些質(zhì)量缺陷。

（5）施工不占用直線工期，可靈活安排接縫灌漿，有利于優(yōu)化工程施工工期。

4 接縫灌漿式接頭的工藝分析

（1）按傳統(tǒng)防滲墻施工工藝施工Ⅰ期槽段，見施工圖1。

圖1 墻體澆筑示意圖Fig.1 The sketch of cut-off wall moulding

（2）在施工防滲墻Ⅱ期槽段時(shí)，在Ⅰ期槽段端頭埋入帶孔口的灌漿花管。借鑒循環(huán)鉆灌法，將埋入的灌漿花管做如下處理：花管內(nèi)壁須光滑，管底封閉要嚴(yán)密牢固，一般在預(yù)埋灌漿管底采用1 mm厚鐵皮封堵管底，可避免混凝土灌入。管子上每隔33～50 cm鉆一環(huán)出漿孔（對(duì)稱分布），每環(huán)孔3～4個(gè)，孔徑10～15 mm。出漿孔的外圍，用彈性良好的橡皮套箍緊，橡皮套的厚度為1.5～2.2 mm，寬度100～150 mm；也可用自行車內(nèi)胎作橡皮套。為了防止橡皮套移動(dòng)或翻卷，可在其下端用細(xì)鐵絲或塑料膠帶纏繞扎緊。在下預(yù)埋花管時(shí)，最好將出漿孔的位置對(duì)準(zhǔn)墻體接縫，以利于灌漿時(shí)漿液的順利擴(kuò)散。

可根據(jù)防滲墻的不同深度采用不同的預(yù)埋管，避免管材的不合理利用與浪費(fèi)。如預(yù)埋鋼管，其接頭采用對(duì)口焊接。如預(yù)埋塑料管，其接頭采用對(duì)口外套接頭套捆扎膠接，埋設(shè)時(shí)采用內(nèi)套鋼管（防止混凝土澆筑時(shí)由于側(cè)壓力太大而導(dǎo)致塑料管變形或折彎），待混凝土澆筑后拔出鋼管的方法施工。預(yù)埋管的單根長(zhǎng)度要適宜，以6～10 m為宜，一般不超過10 m，太短則接頭多，影響預(yù)留孔順直度，太長(zhǎng)又不便于安裝。

（3）按正常施工工藝澆筑防滲墻Ⅱ期槽段，澆筑時(shí)注意保護(hù)預(yù)埋的接縫灌漿花管。

（4）在先期防滲墻槽段墻體達(dá)到70%強(qiáng)度，且相鄰槽孔混凝土強(qiáng)度達(dá)50%以上后，可進(jìn)行接縫灌漿。灌漿采用自下而上分段孔內(nèi)阻塞，孔內(nèi)循環(huán)法灌注。通過灌漿壓力作用，壓開橡膠皮箍，這一方法在預(yù)埋花管法灌漿中叫“開環(huán)”。在壓漿過程中壓力突降或吸漿率突增時(shí)，表示已經(jīng)開環(huán)。然后采用適宜的漿液進(jìn)行灌漿。注意灌漿壓力不得超過墻體極限抗壓強(qiáng)度，以免破壞墻體。

5 接縫灌漿式接頭的效果分析

（1）保證預(yù)埋接縫灌漿管的垂直度，利用定位架定位。在墻幕結(jié)合防滲工程中，可結(jié)合墻體內(nèi)預(yù)埋灌漿管定位架對(duì)接頭灌漿管定位，避免預(yù)埋管偏斜已造成灌漿質(zhì)量問題。墻幕結(jié)合工程中，墻內(nèi)預(yù)埋管技術(shù)墻內(nèi)埋管深度已達(dá)到百米［8］，因此采用定位架定位預(yù)埋接縫灌漿管是可行的。

（2）接縫的可灌性?？赡苡腥藭?huì)認(rèn)為形成的泥皮的可灌性比粉細(xì)沙層更難灌漿，其實(shí)不然，泥皮不可能在較短時(shí)間內(nèi)完全硬化失去彈塑性，在較高的灌漿壓力作用下，漿液會(huì)將柔軟的泥皮向接縫外側(cè)排擠或擠壓密實(shí)；即使泥漿完全硬化，在硬化后，泥皮與墻間會(huì)有微小縫隙，漿液可沿縫隙充填包裹泥皮，并將向外滲透，且會(huì)在防滲墻接縫部位形成一個(gè)大的蓋帽，可增強(qiáng)防滲效果。

（3）接縫灌漿效果檢查。可在原預(yù)埋灌漿內(nèi)做壓水試驗(yàn)，如發(fā)現(xiàn)滲透系數(shù)過大，可多次重復(fù)灌漿，直至達(dá)到防滲要求。

6 接縫灌漿式接頭效益分析

從施工角度分析，接縫灌漿式接頭省去了傳統(tǒng)防滲墻接頭施工占用直線工期的問題，簡(jiǎn)化了施工工藝，從而可以大大縮短工時(shí)。

從施工效果角度分析，相比鉆鑿法，避開了接頭孔孔斜問題，有利于墻體接頭質(zhì)量；相比拔管法，避免了因拔管失敗造成的質(zhì)量問題；相比雙反弧法，避免了諸多孔內(nèi)事故。

從經(jīng)濟(jì)角度分析，此方法縮短了工程直線工期，從而降低了工程投資；縮短工期，提前發(fā)電，又可帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。相比鉆鑿法，避免了重復(fù)鉆鑿浪費(fèi)混凝土和機(jī)械材料損耗，節(jié)省工程投資；相比拔管法，省去了專門的設(shè)備，避免了管材的浪費(fèi)。

對(duì)于單一防滲墻工程采用此接頭形式，需要單獨(dú)引進(jìn)灌漿設(shè)備，進(jìn)行墻段接縫灌漿施工，可能在投資上與傳統(tǒng)接頭形式相當(dāng)，目前還沒有實(shí)際對(duì)比資料，但此方法可以節(jié)省工期，實(shí)際上也是降低投資，經(jīng)濟(jì)效益也是可觀的。對(duì)于目前復(fù)雜深厚覆蓋層壩基垂直防滲工程來說，采用墻幕結(jié)合技術(shù)，即上墻下幕形式，此時(shí)防滲墻接頭再采用此方法不需要單獨(dú)引進(jìn)灌漿設(shè)備，可直接利用帷幕灌漿設(shè)備進(jìn)行施工，這在很大程度上可以節(jié)省工程工期和投資，經(jīng)濟(jì)效益顯著。因此，此方法更適合復(fù)雜深厚覆蓋層壩基防滲工程中的墻幕結(jié)合工程，是今后防滲墻墻體接縫技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

7 結(jié)語

隨著“西電東送”宏偉計(jì)劃的實(shí)施，西南山區(qū)豐富的水能資源得到開發(fā)利用，深厚覆蓋層防滲墻工程越來越多，防滲墻接頭面臨著高水頭滲透的問題，防滲墻接頭技術(shù)需要迫切提升。本文在分析了防滲墻傳統(tǒng)接頭形式存在的弊端的基礎(chǔ)上，借鑒壩體接縫灌漿原理，設(shè)計(jì)研究了防滲墻墻體接縫灌漿式新型接縫技術(shù)。此技術(shù)有利于簡(jiǎn)化傳統(tǒng)接頭施工工藝、提高施工效率、縮短工期、且經(jīng)濟(jì)效益顯著。

［1］ 叢藹森.地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)施工與應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2000.

［2］ 高鐘璞.大壩基礎(chǔ)防滲墻［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2000.

［3］ 《水利水電工程施工手冊(cè)》編委會(huì).地基與基礎(chǔ)工程［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2004.

［4］ 陶景良.混凝土防滲墻墻段間接縫夾泥的危害、成因及防止措施［J］.水力發(fā)電學(xué)報(bào)，1983，（3）：82-90.

［5］ 叢藹森.混凝土防滲墻夾泥的類型、成因和預(yù)防措施［J］.水利學(xué)報(bào)，1983，（11）：50-57.

［6］ 史 迅，孟憲麒.三峽一期圍堰工程調(diào)查與試驗(yàn)研究［J］.工程勘察，1999，（3）：19-22.

［7］ 李青云，程展林，孫厚才，等.三峽工程二期圍堰運(yùn)行后的性狀調(diào)查和試驗(yàn)［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2004，21（5）：20-23.

［8］ 沈文華，龔木金，劉建發(fā).下坂地水庫壩基防滲墻預(yù)埋灌漿管試驗(yàn)施工［C］∥夏可風(fēng).水利水電地基與基礎(chǔ)工程技術(shù)2004年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.北京：中國(guó)水利學(xué)會(huì)，2004.199-201.

Study on A New Kind of Joint Type of Concrete Cut-off Wall

YAN Qiao1，2，BI Ming-liang1，WANG Li-bin1

（1.College of Civil&Hydropower Engineering，Three Gorges University，Yichang 443002，China；2.Research Center on Water Engineering Safety and Disaster Prevention of the Ministry of Water Resources，Wuhan 430010，China）

The joint section of a cut-off wall is a very important location and its quality is crucial to ensure the anti-seepage effect of the cut-off wall and determines the success or failure of the cut-off wall.The shortcoming of the traditional joint type is analyzed.From joint grouting principle of the dam body，a new reliable joint grouting of joint type is studied.Construction technics and technology key points are introduced.The feasibility，effect and benefit of the new joint are analyzed.This technology helps simplify the traditional joint construction technology，improve the efficiency of construction and shorten the construction period.Significant economic benefits are obtained.

cut-off wall；wall juncture；joint type

TV543

A

1001-5485（2009）07-0040-03

2009-04-03

水利部水工程安全與病害防治工程技術(shù)研究中心開發(fā)基金項(xiàng)目（S0703）

燕 喬（1975-），男，湖北黃梅人，副教授，博士，主要從事安全分析與地基處理技術(shù)等方面的教學(xué)與研究工作，（電話）0717-6392989（電子信箱）Yanqiao666＠163.com。

（編輯：趙衛(wèi)兵）