某堤防加固工程中混凝土防滲墻施工技術(shù)及優(yōu)化

摘要：結(jié)合某堤防加固工程中的混凝土防滲墻施工，介紹了堤防加固中的混凝土防滲墻施工技術(shù)及施工過(guò)程中所采取的優(yōu)化措施，為同類型防滲墻施工提供一些參考。

關(guān)鍵詞：堤防；混凝土防滲墻；優(yōu)化

1 概述

混凝土防滲墻是利用鉆孔、挖（銑）槽機(jī)械，在松散透水地基或壩（堰）體中以泥漿固壁，挖掘槽形孔或連鎖樁柱孔，在泥漿下澆筑混凝土，筑成的具有防滲性能的地下連續(xù)墻，主要分為鋼筋混凝土防滲墻和塑性混凝土防滲墻。

2 工程概況

某堤防工程位于北江中游，是某大型樞紐的重要組成部分，為4級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇（P=1%），堤頂全長(zhǎng)3610m，保護(hù)區(qū)面積41.4平方公里，人口1.2萬(wàn)人。

由于堤防在運(yùn)行過(guò)程中堤后發(fā)生管涌險(xiǎn)情，并且存在堤基抗滑穩(wěn)定隱患、堤后沼澤化嚴(yán)重，部分堤身沉降及滲漏嚴(yán)重，透水層主要以沖積砂層（頂板高程0～12.2m，厚5～15m）及含泥砂卵礫石層（頂板高程6～8m，厚3～10m）為主，因此設(shè)計(jì)采用塑性混凝土防滲墻對(duì)堤基及堤身進(jìn)行防滲處理，共需完成防滲墻97510m2。

3 布置形式及設(shè)計(jì)指標(biāo)

防滲墻軸線位于堤下0+6.07m，設(shè)計(jì)墻頂高程28.7m，現(xiàn)狀堤頂高程29.2m，由于原堤頂寬度為7.0m，不能滿足混凝土防滲墻的施工作業(yè)面寬度要求，同時(shí)考慮對(duì)原有堤身進(jìn)行培厚，因此設(shè)計(jì)方案將原堤身在背水側(cè)培厚8.0m，坡比為1∶2.5，堤頂寬度變?yōu)?5.0m，可滿足防滲墻施工作業(yè)要求，具體布置形式如圖1所示。

本工程設(shè)計(jì)要求防滲墻墻厚60cm，墻底進(jìn)入相對(duì)不透水層1.0m，墻體材料為塑性混凝土，28d的抗壓強(qiáng)度為1.0～5.0MPa，滲透系數(shù)變化范圍在n×10-6～n×10-8cm/s。

圖1 防滲墻布置示意圖

4 施工流程

本工程防滲墻施工時(shí)的工藝流程如圖2所示。

圖2 防滲墻施工工藝流程

5 施工方法

（1）成槽

采用“抓取法”成槽，每槽孔分三抓進(jìn)行，采用上海金泰SG35型液壓抓斗施工。開(kāi)抓前檢查機(jī)具設(shè)備是否狀態(tài)良好，泥漿制備是否充足，水電管路是否暢通，以確保正常工作。成槽時(shí)按測(cè)量放樣位置停好機(jī)位，調(diào)整斗體與導(dǎo)槽的相對(duì)位置，經(jīng)測(cè)量復(fù)核滿足相應(yīng)要求要求后開(kāi)始抓槽，成槽順序如圖3所示。從抓槽開(kāi)始至結(jié)束，導(dǎo)墻內(nèi)的泥漿應(yīng)保持在導(dǎo)墻面以下30～50cm。

圖3 成槽順序示意圖

在抓斗工作期間，配一臺(tái)挖土機(jī)，及時(shí)清理抓出的泥土，并裝入自卸汽車(chē)運(yùn)至指定棄渣場(chǎng)。

在成槽過(guò)程中，機(jī)械操作要平穩(wěn)，嚴(yán)格控制抓斗的垂直度及平面位置，尤其是開(kāi)槽階段，仔細(xì)觀察監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，任意方向偏差超過(guò)允許值時(shí)，立即進(jìn)行糾偏。另外針對(duì)厚砂層及卵石層易產(chǎn)生坍塌的情況，特制定以下措施：

① 減輕地表荷載：槽壁附近堆載不超過(guò)20kN/m2，起吊設(shè)備及載重汽車(chē)的輪緣距離槽壁不小于3.5米。

② 控制機(jī)械操作：抓斗械操作要平穩(wěn)，不能猛起猛落，防止槽內(nèi)形成負(fù)壓區(qū)，產(chǎn)生坍孔。

③ 強(qiáng)化泥漿工藝：采用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土制備泥漿，并配以CMC增粘劑形成致密而有韌性的泥漿止水護(hù)壁，并以重晶石適當(dāng)提高泥漿比重，保持好槽內(nèi)泥漿水頭高度，并高于地下水位1米以上。

④ 縮短裸槽時(shí)間：抓好工序間的銜接，使成槽至澆灌完混凝土?xí)r間控制在24小時(shí)以內(nèi)。

（2）清槽換漿

成槽以后，先用抓斗抓起槽底余土及沉渣，再用泵舉反循環(huán)吸取槽底沉渣，在灌注混凝土前，利用導(dǎo)管采取泵吸反循環(huán)進(jìn)行二次清槽并不斷置換泥漿[2]，清槽后測(cè)定槽底以上0.5～1.5m處的泥漿比重應(yīng)小于1.3，含砂率不大于8%，粘度不大于35S，槽底沉渣厚度小于100mm[1]。

（3）混凝土澆筑

混凝土從拌和樓出機(jī)后采用混凝土攪拌車(chē)直接運(yùn)送至澆筑地點(diǎn)。防滲墻采用泥漿下導(dǎo)管法澆筑混凝土成墻的施工工藝，施工前導(dǎo)管在地面作密封性實(shí)驗(yàn)，壓力控制在0.6-0.7MPa。每段設(shè)置2套導(dǎo)管，兩套導(dǎo)管間距不宜大于4m，導(dǎo)管距槽端頭不宜大于1.5m；導(dǎo)管提離槽底大約15～25cm之間；當(dāng)槽孔底部高差大于25cm時(shí)，導(dǎo)管應(yīng)布置在其控制范圍的最低處[1]。灌注前利用導(dǎo)管進(jìn)行泵吸反循環(huán)二次清底換漿，并在槽口上設(shè)置擋板，以免混凝土落入槽內(nèi)。

澆筑混凝土?xí)r，以充氣球膽作為隔水栓，混凝土攪拌車(chē)直接把混凝土卸到導(dǎo)管上的漏斗內(nèi)，并確保首批混凝土灌入后埋管深度不小于1.0m，后續(xù)灌注速度控制在4～5m/h。灌注時(shí)各導(dǎo)管處要同步進(jìn)行，保持混凝土面呈水平狀態(tài)上升，其混凝土面高差不得大于500mm。灌注過(guò)程中，要勤測(cè)量混凝土面上升高度，控制導(dǎo)管埋深在2～3米之間，灌注過(guò)程要連續(xù)進(jìn)行，中斷時(shí)間不得超過(guò)40分鐘，灌到墻頂位置要超灌0.5米。

6 針對(duì)透水層的成槽措施

在堤基透水層成槽時(shí)，泥漿往往會(huì)大量滲漏，造成泥漿面迅速下降，甚至引起槽孔坍塌，為防止上述現(xiàn)像發(fā)生，成槽時(shí)采取了以下措施：

1、準(zhǔn)備足夠的堵漏材料和設(shè)備，例如粘土、水泥、水玻璃、灌漿設(shè)備。

2、縮短槽段長(zhǎng)度，采用間隔（2-3個(gè)槽段）施工，逐漸合攏的施工方法。

3、采用粘度高、造壁性好、比重小的膨潤(rùn)土泥漿，并適當(dāng)加入堵漏劑。

4、在挖槽過(guò)程中，出現(xiàn)漏漿時(shí)，向槽內(nèi)投放粘土球、風(fēng)化砂、小石、膨潤(rùn)土粉、膨脹劑、鋸末等，使其在抓斗沖擊擠壓下（如果一次投放不能堵漏，則反復(fù)進(jìn)行數(shù)次），堵住漏漿通道。必要時(shí)可投入一定數(shù)量的水泥，使泥漿迅速變稠，降低流動(dòng)性。

7 施工過(guò)程中的優(yōu)化措施

本工程的防滲墻要求在2015年的3月31日前完工，由于防滲墻施工前要先進(jìn)行堤身培厚，為防滲墻提供作業(yè)平臺(tái)，導(dǎo)致防滲墻于2014年11月底才開(kāi)始施工，同時(shí)去除春節(jié)影響，有效的施工時(shí)間只有100天時(shí)間，在此期間內(nèi)要完成97510m2的防滲墻施工，施工強(qiáng)度非常高。經(jīng)過(guò)認(rèn)真研究，在施工過(guò)程中對(duì)原方案中的槽段長(zhǎng)度、接頭處理兩個(gè)方面進(jìn)行了如下優(yōu)化：

（1）槽段長(zhǎng)度

原設(shè)計(jì)方案中的一個(gè)槽段劃分為6.0m長(zhǎng)，總計(jì)劃分了602槽段，而本工程選用了上海金泰的SG35型液壓抓斗，抓斗最大抓取寬度為2.7m，按每槽三抓計(jì)算，抓槽的有效長(zhǎng)度可以達(dá)到7.0m，但考慮每槽段灌注混凝土?xí)r架設(shè)兩套導(dǎo)管，因此單槽長(zhǎng)度控制在6.5m比較合適，如此一來(lái)，總計(jì)劃分556槽，較原設(shè)計(jì)方案少了46槽，且同樣按三抓成槽，即提高了單槽施工效率也減小了槽數(shù)，縮短了工期。最后經(jīng)研究決定按每槽6.5m長(zhǎng)，且分三抓進(jìn)行施工。

（2）接頭處理

原方案中防滲墻一、二期槽段接頭采用“接頭管”法進(jìn)行施工，這種方法在灌注一序槽的混凝土前需進(jìn)行埋管，同時(shí)還要根據(jù)混凝土的凝結(jié)情況及時(shí)拔管，這兩個(gè)工序要?jiǎng)佑闷?chē)起重機(jī)、液壓拔管機(jī)，經(jīng)過(guò)測(cè)算每個(gè)一序槽的接頭處理需要消耗近5個(gè)小時(shí)的時(shí)間，不能滿足本工程如此高強(qiáng)度的作業(yè)要求。因此經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)后決定，在抓二序槽第一、第二抓的同時(shí)，利用抓斗斗體兩側(cè)的切土刀直接切削一序槽端部的方式來(lái)處理一、二序槽段的接頭，這樣可以在挖槽的同時(shí)將一序槽端部混有泥漿的混凝土切除，即保證了接頭質(zhì)量也節(jié)省了接頭處理的時(shí)間。

通過(guò)上述兩方面的優(yōu)化，使防滲墻的施工速度大大提高，在2015年3月22日?qǐng)A滿地完成了防滲墻施工任務(wù)，而且比原計(jì)劃提前10天。

8 效果檢查

根據(jù)規(guī)范要求，本工程的防滲墻采用注水試驗(yàn)檢查防滲效果，每20個(gè)槽段[1]做一次注水試驗(yàn)，共鉆注水孔28個(gè)，鉆孔位置在墻段內(nèi)或墻段接頭處。經(jīng)檢測(cè)，滲透系數(shù)K均在n×10-6～n×10-8cm/s范圍內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。

9 總結(jié)與體會(huì)

（1）在易產(chǎn)生塌孔的地層中施工混凝土防滲墻時(shí)應(yīng)提前做好應(yīng)對(duì)措施，特別是在成槽過(guò)程中要注意成槽深度增大的速度，如果突然深度增大緩慢，此時(shí)應(yīng)考慮有塌孔情況發(fā)生，及時(shí)采取相應(yīng)措施。

（2）在透水地層中成槽時(shí)，也應(yīng)提前做好應(yīng)對(duì)措施，同時(shí)要多注意觀察迎水面一側(cè)水體的顏色，如果水體突然變渾說(shuō)明已經(jīng)發(fā)生漏漿，要及時(shí)采取措施。

（3）通過(guò)對(duì)槽段劃分長(zhǎng)度的調(diào)整可以證明，合適的槽段長(zhǎng)度是充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備效率的一個(gè)主要因素，在同類工程中應(yīng)予以重視。

（4）本工程所采用的接頭處理方式省時(shí)省力，但為確保接頭質(zhì)量，必須控制好一、二序槽的垂直度。

10 結(jié)束語(yǔ)

混凝土防滲墻施工在我國(guó)已經(jīng)較為普遍，但如何在復(fù)雜且特殊的地層中優(yōu)質(zhì)、高效地完成施工任務(wù)，值得我們?nèi)ヌ剿?。本工程通過(guò)采取了一些特殊地層的應(yīng)對(duì)措施，同時(shí)優(yōu)化了槽段劃分及接頭處理方式，在工期如此緊張的情況下，按要求完成了防滲墻施工任務(wù)，其中一些做法值得在同類防滲墻施工中大力推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范》SL174-2014.北京：中國(guó)水利水電出版社，2014年

[2]水利水電工程施工手冊(cè)編委會(huì)編《水利水電工程施工手冊(cè)（第1卷地基與基礎(chǔ)工程）》.北京：中國(guó)電力出版社，2004年

作者簡(jiǎn)介：

季驊：男，（1984-）工程師，從事水利水電工程施工管理工作。