水利水電工程防滲墻施工技術(shù)及質(zhì)量控制

鐘 文 郭賢文 康立泉

（贛州卓正建設(shè)工程有限公司，江西 贛州 341000）

混凝土防滲墻施工技術(shù)應(yīng)用于我國(guó)的水利水電工程的歷史雖然只有40余年時(shí)間，但是其在水庫(kù)除險(xiǎn)加固、水庫(kù)防滲等方面的突出優(yōu)點(diǎn)使其得到了廣泛的認(rèn)可和推廣應(yīng)用，并研發(fā)出了射水法、鋸槽法等多種施工技術(shù)[1]。然而相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用情況直接關(guān)系到整個(gè)水利水電工程的質(zhì)量與運(yùn)行，因此需要嚴(yán)格按照施工技術(shù)的工藝要求和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工，才能有效保證工程質(zhì)量。為此，針對(duì)水利水電工程防滲墻施工技術(shù)的應(yīng)用及質(zhì)量控制一直以來都是相關(guān)施工單位和技術(shù)人員重點(diǎn)研究的課題。該文以某水利大壩工程為例，就水利水電工程防滲墻施工技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 案例分析

1.1 工程概況

該工程為現(xiàn)澆混凝土面板砂爍石均質(zhì)壩，壩頂高、寬分別為916.5m、6m，最大壩高20m，其防滲墻采用的是塑形混凝土防滲墻、PE塑膜和水泥土攪拌樁防滲墻等。

1.2 施工方案

根據(jù)該工程的施工設(shè)計(jì)要求，制定的施工方案如下：結(jié)合該工程所在區(qū)域的地質(zhì)情況，地面土層為遇水極易軟化的砂巖，因此泥漿制備時(shí)需要提高膨潤(rùn)土含量來加強(qiáng)護(hù)壁穩(wěn)定性。同時(shí)，槽孔開挖須保證設(shè)計(jì)厚度，并采用室內(nèi)試驗(yàn)和鉆孔壓水試驗(yàn)監(jiān)管工程質(zhì)量。施工流程如圖1所示。

圖1 防滲墻施工流程圖

1.3 工程施工

1.3.1 槽段劃分

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)施工槽段進(jìn)行劃分，劃分槽段的目的是保證孔壁的穩(wěn)定性。槽段劃分的方法如圖2所示。

圖2 防滲墻槽段劃分示意圖

1.3.2 泥漿制備

泥漿以膨潤(rùn)土和水為主要原材料。為保證泥漿良好的物力性、流動(dòng)性、穩(wěn)定性和抗水泥污染性，使其有效穩(wěn)固孔壁，防止水利劈裂的現(xiàn)象，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)要求，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，明確泥漿中膨潤(rùn)土的含量配比。同時(shí)，在制備過程中要檢測(cè)選用的膨潤(rùn)土的黏粒含量，并根據(jù)施工區(qū)域的有砂層地質(zhì)情況選擇鈉質(zhì)膨潤(rùn)土，水則選用清潔無沙、礦物質(zhì)含量低、無有害物質(zhì)的潔凈淡水。成品泥漿的主要作用是護(hù)壁、穩(wěn)定地層和懸浮沉渣，在對(duì)新制的泥漿進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，重點(diǎn)檢測(cè)其黏度、密度是否分別在32S~50S、＜1.1g/cm3，槽內(nèi)泥漿密度是否＜1.15g/cm3，黏度（馬氏漏斗）是否在32S~50S、含沙量＜6%。

1.3.3 開挖槽孔

采用開槽機(jī)、清槽機(jī)和澆筑設(shè)備等施工設(shè)備，根據(jù)設(shè)計(jì)要求的厚度進(jìn)行槽孔的開挖工作，保證槽孔開挖寬度與設(shè)計(jì)要求相符。相關(guān)施工流程如圖3所示。

圖3 防滲墻槽段分段鉆孔施工示意圖

為滿足孔深深入相對(duì)不透水層不小于1m的設(shè)計(jì)要求，必須對(duì)施工區(qū)域的相對(duì)不透水層的土樣進(jìn)行嚴(yán)格鑒定，如不符合要求則繼續(xù)下挖至土樣符合要求的深度。以此深度為標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行記錄，在此基礎(chǔ)上再向下挖1m~1.2m，即為滿足設(shè)計(jì)要求的深度。鉆孔過程中還需要對(duì)孔徑寬度、孔位偏差、孔斜率等進(jìn)行嚴(yán)格把控，以保證孔型符合設(shè)計(jì)要求。其中，建造孔軸心與導(dǎo)墻軸心的偏差為孔位偏差，該偏差允許范圍為±3cm，孔斜率允許偏差范圍則為0.4%。為確保相關(guān)施工在允許偏差范圍內(nèi)，對(duì)抓斗下抓位置的把控成為確?？仔唾|(zhì)量的關(guān)鍵。在精確相關(guān)位置后才可開始建槽。下抓過程中，應(yīng)確保抓斗平行于防滲墻軸線方向并垂直于防滲墻軸線方向下抓。下抓時(shí)，上部的10m非常重要，需要由專人實(shí)時(shí)觀察抓斗下抓位置，一旦發(fā)現(xiàn)偏差，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)下抓深度超過10m后，應(yīng)采用鋼絲繩每隔2h檢測(cè)孔內(nèi)居中位置，一旦發(fā)現(xiàn)偏差則立即調(diào)整。終孔后，再用鋼絲繩懸吊抓斗，對(duì)鉆孔中心線進(jìn)行每隔5m的中心偏離距離檢測(cè)，并計(jì)算平均值，以檢查空位偏差。同時(shí)，檢測(cè)孔深處的孔位中心相對(duì)孔口處的孔位中心偏差值與該處孔深的比值，即孔斜率。相關(guān)計(jì)算公式如公式（1）所示。

式中：H為實(shí)際孔深；H2為測(cè)量孔深；h為桅桿高度；A為鋼絲繩在槽口測(cè)定距離；B為被測(cè)定處。孔斜率的允許范圍為≤0.4%。

1.3.4 清孔

完成槽孔挖掘后，等待3h~5h，使浮渣完全沉淀。先用測(cè)繩測(cè)量淤積厚度，并告知撈渣人員，由其采用液壓抓斗徹底將沉積孔底的雜物清理干凈。撈渣過程中，需要慢慢下放抓斗至超過淤積深度30cm~50cm的位置，并閉合抓斗慢慢上提。這樣做的目的是避免因不明確淤積厚度直接下抓斗到孔底澇渣而把沉渣攪混至泥漿中，并保證混凝土防滲墻底的承載力、抗?jié)B能力。按照此操作循環(huán)清至孔底的同時(shí)，還要對(duì)成孔現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)檢查。然后采用洗刷錘對(duì)槽段接頭進(jìn)行清理，將泥屑完全清理干凈，再通過泵吸法反循環(huán)排渣、吸入沉渣，由管口排除，直至清孔作業(yè)符合施工規(guī)定，槽底淤積厚度不大于設(shè)計(jì)要求的小于10cm的允許標(biāo)準(zhǔn)，確保泥漿可向孔內(nèi)泵持續(xù)傳送，避免孔塌問題出現(xiàn)。

1.3.5 埋管

導(dǎo)管埋入混凝土的深度不小于1m，不超過6m。采用超聲波測(cè)井儀檢測(cè)槽接頭孔的孔形情況。如果造孔質(zhì)量差，則根據(jù)實(shí)際情況采取降低接頭管下設(shè)深度，或以鉆鑿法成孔的方式進(jìn)行接頭管下方混凝土施工，結(jié)合混凝土的初凝時(shí)間、澆筑上升速度等數(shù)據(jù)明確接頭管的起拔操作控制，防止坍塌、卡管等故障的出現(xiàn)。起拔接頭管前，需要對(duì)埋管深度等數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)掌握，為防止導(dǎo)管脫離混凝土面，起拔速度應(yīng)盡可能慢，特別是在最后一節(jié)起拔操作時(shí)，要防止泥漿混入混凝土內(nèi)。接頭管的起拔時(shí)間與混凝土的初凝時(shí)間有密切關(guān)系，過早起拔極易造成墻體混凝土滑落至接頭孔內(nèi)，影響槽段鏈接質(zhì)量的同時(shí)還有可能引起二期槽抓挖時(shí)卡斗，進(jìn)而引發(fā)質(zhì)量事故；過晚起拔則可能鑄死，發(fā)生質(zhì)量事故。因此，需要對(duì)接頭管起拔時(shí)間進(jìn)行專門的試驗(yàn)加以明確，并在施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行，以保證施工質(zhì)量。

1.3.6 澆筑混凝土

采用導(dǎo)管法進(jìn)行混凝土澆筑?；炷猎牧线x用符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求的水泥、膨潤(rùn)土、砂子、石子等原料。水泥的主要檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)包括稠度、初凝、終凝、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、安定性、比表面積等。膨潤(rùn)土的主要檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)包括顆粒組成、黏粒含量。砂子的主要檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)包括含泥量、泥塊含量、云母含量、篩分析、細(xì)度模數(shù)。石子的主要檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)包括含泥量、泥塊含量、針片狀顆粒含量、篩分析、超遜徑。根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)混凝土進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，保證經(jīng)拌合攪拌后的混凝土性能達(dá)到塌落度為18cm~22cm、擴(kuò)散度為34cm~40cm的標(biāo)準(zhǔn)，即可用于混凝土澆筑施工。在制備混凝土的過程中，需要對(duì)料場(chǎng)的砂進(jìn)行含水率測(cè)定，保證其含水率小于1%，如達(dá)不到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，則需要通過及時(shí)調(diào)整加水量進(jìn)行有效控制，以保證墻體材料塌落度滿足設(shè)計(jì)要求。澆筑前，必須保證混凝土的充分?jǐn)嚭?，完成混凝土制備后，馬上運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行澆筑施工。澆筑過程中，采用蓋板遮住孔口，以免雜物或混凝土掉入槽孔內(nèi)。在混凝土開始澆筑前期，可將一定混凝土注入導(dǎo)管，擠出導(dǎo)管內(nèi)的木球塞，且向混凝土內(nèi)埋入導(dǎo)管底部，如槽孔底部不平整，可由低到高澆筑。澆筑混凝土應(yīng)具有連續(xù)性，開始澆筑與結(jié)束澆筑階段需要適當(dāng)添加其測(cè)量次數(shù)。最后進(jìn)行墻體質(zhì)量檢測(cè)，相關(guān)工作由專業(yè)的學(xué)院工程檢測(cè)中心進(jìn)行。

1.3.7 拔管

應(yīng)充分掌握拔管時(shí)間，通常在5h~8h完成，拔管過早，混凝土孔壁內(nèi)會(huì)出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，導(dǎo)致孔難以成形；拔管過晚則會(huì)產(chǎn)生鑄管問題，嚴(yán)重影響孔口安全。在澆筑混凝土過程中，應(yīng)對(duì)施工情況進(jìn)行分析，繪制相關(guān)的記錄表，記錄內(nèi)容包括混凝土澆筑、提升導(dǎo)管等，以此全面掌握施工的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如各個(gè)位置混凝土的齡期、脫管時(shí)間等。為保證混凝土的完全凝結(jié)，應(yīng)合理確定微動(dòng)時(shí)間及次數(shù)，開始澆筑3h后實(shí)施微動(dòng)，隨后在30min以內(nèi)控制活動(dòng)接頭管間隔時(shí)間，每次提升高度為1cm~2cm。當(dāng)管底混凝土齡期與脫管齡期完全相符時(shí)，即可將接頭管拔出。

1.3.8 特殊情況處理

在進(jìn)行防滲墻造孔成槽施工過程中，如遇孤石、大塊混凝土等情況，如采用普通成槽方式，則成槽難度較大，因此可以在保證孔壁安全性的前提下，采用重錘法等進(jìn)行施工。如在造孔成槽施工環(huán)節(jié)遇到塌孔、大壩裂縫等問題，則應(yīng)及時(shí)采取有效措施，調(diào)整固壁泥漿配比、造孔方式，以達(dá)到穩(wěn)定孔壁的目的。如在施工環(huán)節(jié)中出現(xiàn)裂縫，則應(yīng)采取有效的加固方式進(jìn)行處理。

1.3.9 質(zhì)量檢查

施工完成后，通過對(duì)相關(guān)工程進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)和運(yùn)行測(cè)試，結(jié)果證實(shí)工程防滲墻性能良好，能夠滿足工程設(shè)計(jì)使用要求。

2 加強(qiáng)工程施工技術(shù)的相關(guān)措施

該案例針對(duì)水利水電工程防滲墻施工常見的質(zhì)量問題，在進(jìn)行工程施工時(shí)采取了多種有效措施，為保障和提高防滲墻功能起到了較好的作用。

2.1 保證施工材料符合設(shè)計(jì)要求

作為穩(wěn)定槽壁和鉆具等的主要施工材料，泥漿材料成本低，且可反復(fù)使用，因此在水利水電工程防滲墻施工的應(yīng)用非常廣泛。在施工時(shí)，為保證較好的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，對(duì)不同性質(zhì)土層的防滲墻建設(shè)施工，泥漿的選擇非常重要。密度高、黏度好的泥漿適用于透水性較大的土層，同時(shí)配合添加劑的合理使用，可以使防滲墻更穩(wěn)固。

2.2 加強(qiáng)成孔工藝，預(yù)防塌孔事故

成孔：造孔槽是水利水電工程防滲墻施工的重要環(huán)節(jié)，防滲墻槽的質(zhì)量好壞會(huì)直接影響工程整體質(zhì)量，因此要保證施工效果，就要保證防滲墻槽的質(zhì)量，尤其是要注意孔槽的穩(wěn)定性。在施工過程中，孔故和孔斜問題都必須嚴(yán)格處理，掉鉆、坍塌、裂縫等情況更不容忽視。

預(yù)防塌孔：塌孔是水利水電工程防滲墻施工中比較常見的質(zhì)量問題，引發(fā)塌孔的原因很多，土層中的空洞、裂縫都會(huì)引發(fā)塌孔[2]。為了有效預(yù)防相關(guān)問題，該文案例工程從嚴(yán)格控制泥漿濃度和設(shè)置隔離體兩個(gè)方面入手，有效控制了塌孔事故的出現(xiàn)。根據(jù)實(shí)際情況和工程設(shè)計(jì)要求，有針對(duì)性地調(diào)整泥漿的濃度，保證防滲墻的穩(wěn)定性，同時(shí)設(shè)置隔離體增加了防滲墻的支撐能力。另外，通過減少澆筑長(zhǎng)度進(jìn)一步預(yù)防了塌孔事故。

2.3 保證施工垂直度

垂直度是防滲墻的建設(shè)處在同一墻體軸線上的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)這一標(biāo)準(zhǔn)因微小的左右、軸線偏差而受到影響時(shí)，就會(huì)影響整個(gè)防滲墻的穩(wěn)定性[3]。因此，在施工過程中，針對(duì)防滲墻建設(shè)的偏差或傾斜的檢查非常嚴(yán)格，一旦發(fā)現(xiàn)問題，需要及時(shí)矯正。

3 工程施工質(zhì)量管理控制難點(diǎn)與對(duì)策

針對(duì)水利水電工程防滲墻施工技術(shù)的應(yīng)用，還需要通過有效的質(zhì)量管理措施來保證工程整體質(zhì)量。

3.1 松散、漏失地層成槽處理措施

3.1.1 槽口土體松散處理

施工區(qū)域土層土質(zhì)不好或填筑質(zhì)量不佳時(shí)，會(huì)造成槽口土體松散，導(dǎo)致施工時(shí)極易發(fā)生劈裂和坍塌情況。為避免此類事故的發(fā)生，可結(jié)合實(shí)際情況靈活采用以下一項(xiàng)或多項(xiàng)措施進(jìn)行有效預(yù)防。1）在導(dǎo)墻下4m~6m深處，采用深攪或粉噴樁的方法對(duì)土體進(jìn)行加固。2）適當(dāng)劃小一期槽孔長(zhǎng)度。3）采用跳挖法進(jìn)行槽孔開挖，即開挖槽孔時(shí)，在兩部分中間至少留出一個(gè)一期槽加兩個(gè)二期槽的距離。4）適當(dāng)降低固壁泥漿面的高度。針對(duì)已產(chǎn)生的劈裂縫和坍坑處，則采用開挖回填和水泥黏土漿液灌注等方法進(jìn)行處理。

3.1.2 槽內(nèi)漏失地處理

進(jìn)行抓斗挖槽操作時(shí)，覆蓋層或基層中的強(qiáng)漏失地層會(huì)導(dǎo)致泥漿迅速漏失，并引發(fā)孔壁坍塌事故。針對(duì)此類問題，應(yīng)迅速向槽內(nèi)回填土料等堵漏材料，同時(shí)翻攪和擠壓，然后繼續(xù)開挖。對(duì)漏失特別嚴(yán)重的情況，則在開挖前進(jìn)行水泥膨潤(rùn)土（或黏土）漿液預(yù)灌，然后再進(jìn)行開挖操作。

3.2 墻段連接措施

3.2.1 接頭管法

機(jī)具。采用具有一定強(qiáng)度和剛度的厚壁無縫鋼管制作接頭管，保證管壁平滑順直，管徑宜略小于墻體深度10mm~20mm。根據(jù)墻體厚度選擇起拔設(shè)備，墻體深度小于20m采用30t~50t履帶式起重機(jī)；墻體深度大于20m時(shí)則采用專用拔管機(jī)和起重機(jī)進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)；墻體深度在30m~40m時(shí)，則需要選擇性能更佳的拔管機(jī)設(shè)備。

起拔工藝。接頭管起拔應(yīng)在混凝土初凝前進(jìn)行。正確的接頭管起拔時(shí)間是接頭管法操作成敗的關(guān)鍵，除了需要考慮初凝時(shí)間以確定起拔時(shí)間，還要結(jié)合具體工程的實(shí)際情況，如氣溫、混凝土配比、接頭管埋深等因素進(jìn)行綜合考量，并通過試驗(yàn)確定最佳拔管時(shí)間。接頭管起拔形成的接頭孔須及時(shí)用泥漿充填，以免造成混凝土及覆蓋層坍塌。

3.2.2 切削法

墻體深度小于20m，墻體材料28d抗壓強(qiáng)度小于1MPa時(shí)，在開挖二期槽時(shí)可直接割掉一部分一期槽的墻體材料，在兩期槽孔間形成可靠的鋸齒狀連接，切削的長(zhǎng)度需要根據(jù)墻體的深度和成槽斜率進(jìn)行確定，一般等于墻體厚度。

3.3 鉆孔問題的解決措施

鉆孔過程中遇到的問題較多，并主要集中在導(dǎo)墻和漏漿兩個(gè)方面。

導(dǎo)墻：導(dǎo)墻的強(qiáng)度不夠或缺乏支撐就會(huì)出現(xiàn)變形，而導(dǎo)墻一旦變形，必然引發(fā)鉆機(jī)傾斜、移位，進(jìn)而使鉆孔偏斜，引發(fā)地基下沉[4]。因此，必須結(jié)合實(shí)際情況，根據(jù)地基土的性質(zhì)做好導(dǎo)墻的設(shè)計(jì)和施工，使導(dǎo)墻的強(qiáng)度和剛度達(dá)到設(shè)計(jì)施工要求。同時(shí)，在鉆孔施工過程中，要分散作用點(diǎn)對(duì)導(dǎo)墻施加的荷載，減少鉆具對(duì)導(dǎo)墻的過度沖撞，保證導(dǎo)墻的質(zhì)量。

漏漿：施工過程中，鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)如果遇到基巖中的溶洞、斷層等通道或壩體填筑的質(zhì)量不夠穩(wěn)定、壩基長(zhǎng)期滲漏等情況，就會(huì)引發(fā)槽孔內(nèi)泥漿漿面下降漏漿的問題。一旦發(fā)生大量漏漿的問題，應(yīng)立即起鉆，終端造孔，在泥漿中摻合膨潤(rùn)土之類的堵漏材料，以控制漏漿[5]。

針對(duì)防滲墻鉆孔施工過程中常見的問題，相關(guān)的處理預(yù)防措施見表1。

表1 防滲墻鉆孔施工常見問題及處理預(yù)防措施

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的進(jìn)步發(fā)展，水利水電工程防滲墻施工技術(shù)也取得了突破，通過不斷完善、創(chuàng)新，同時(shí)結(jié)合實(shí)際施工過程中的質(zhì)量管理和控制，相關(guān)工程的整體質(zhì)量和效果得到了很大程度的保證。該文通過案例對(duì)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析。為進(jìn)一步提高水利水電工程的防滲墻質(zhì)量，相關(guān)施工單位應(yīng)不斷進(jìn)行技術(shù)修改、調(diào)整，努力提高技術(shù)水平，最大化地保障工程的安全和效益。