超薄型混凝土防滲墻施工技術(shù)在水閘工程的應(yīng)用

劉 江

(山東東泰建工集團(tuán)有限公司，山東 臨沂 276000)

混凝土防滲墻施工技術(shù)施工簡便、結(jié)構(gòu)可靠、防滲效果好，同時(shí)造價(jià)適宜，是我國水利工程防滲處理首選技術(shù)方案[1]。但超薄型混凝土防滲墻施工在國內(nèi)無成熟技術(shù)可循，迫切需要在理論、技術(shù)和裝備方面進(jìn)行創(chuàng)新[2]。針對(duì)超薄型混凝土防滲墻厚度小深度大、成槽難度大易塌孔、設(shè)備布置密集、施工作業(yè)面狹窄等挑戰(zhàn)，編制切實(shí)可行、便于實(shí)際操作的施工方案是十分有必要的[3]。在施工過程中，嚴(yán)格對(duì)每個(gè)槽段的成槽及預(yù)埋管下設(shè)、造孔、清孔驗(yàn)收、混凝土澆筑質(zhì)量等環(huán)節(jié)層層把關(guān)，現(xiàn)場實(shí)行24h旁站作業(yè)，保證超薄型混凝土防滲墻施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度[4]。超薄型混凝土防滲墻施工包括了研發(fā)超薄型混凝土防滲墻槽孔固壁技術(shù)，開發(fā)新型防滲墻正電膠固壁泥漿，研制大體積泥漿自動(dòng)攪拌系統(tǒng)，并能形成超薄型混凝土防滲墻槽孔清孔換漿、泥漿下混凝土澆筑和防滲墻內(nèi)預(yù)埋灌漿管等技術(shù)[5]。

1 工程概況

2 超薄型混凝土防滲墻施工技術(shù)

依據(jù)工程地質(zhì)條件及防滲墻結(jié)構(gòu)布置形式，并結(jié)合實(shí)際施工環(huán)境，決定采用鉆機(jī)施工接頭孔以及導(dǎo)孔，并采用液壓抓斗進(jìn)行挖槽的方案進(jìn)行施工，槽段則采用接頭孔進(jìn)行相嵌的形式予以有效連接。

2.1 防滲墻施工流程

具體施工工藝流程如圖1所示。

圖1 超薄型混凝土防滲墻施工工藝流程圖

2.2 泥漿制備

泥漿在防滲墻的施工中起著十分關(guān)鍵的作用，泥漿質(zhì)量和供應(yīng)對(duì)防滲墻挖槽進(jìn)度、槽壁穩(wěn)定有重要影響。在施工區(qū)砂層厚的位置，泥漿的各項(xiàng)參數(shù)須科學(xué)合理，否則會(huì)造成塌槽和泥漿漏失的情況。

本次泥漿主要由膨潤土、燒堿、CMC制作。其中黏粒含量>50%，塑性指數(shù)>20，含砂量<5%，二氧化硅和三氧化二鋁的實(shí)際含量比3～4。制做泥漿用水可直接從漂流內(nèi)抽取，若存在雜質(zhì)，則需沉淀后再使用。值得注意的是，在制漿前應(yīng)當(dāng)對(duì)膨潤土進(jìn)行取樣、實(shí)驗(yàn)、物理分析，必要時(shí)還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行專門的化學(xué)分析及巖礦鑒定工作。膨潤土的攪拌流程應(yīng)在泥漿池保存24h以上再進(jìn)行，以確保其充分水化。泥漿制漿液應(yīng)達(dá)到以下的標(biāo)準(zhǔn)，具體見表1。對(duì)新制作、回收利用及澆筑前槽的泥漿均應(yīng)進(jìn)行指標(biāo)測定，檢測其泥漿黏度、相對(duì)密度、含砂率。

表1 泥漿性能指標(biāo)

2.3 導(dǎo)墻施工

在防滲墻的施工過程中，導(dǎo)墻是主要施工控制環(huán)節(jié)，導(dǎo)墻采用“┐┌”形的形式，導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)剖面如圖2所示，此結(jié)構(gòu)能夠降低土方的開采工作量，并且能夠一次性澆筑完成，進(jìn)而提高施工速度。

圖2 導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)剖面圖

2.4 槽段接頭施工

槽段分段的接頭是圍封中薄弱部位，處理不當(dāng)易發(fā)生滲水。防滲墻應(yīng)選擇合理的接頭形式，以確保后續(xù)的施工順利。此工程的槽段接頭運(yùn)用的是“接頭管”的形式，使用?330的焊接管，分為2節(jié)，每節(jié)長度為14m，然后依據(jù)防滲墻的實(shí)際深度和砂層情況，在挖槽前便開始接頭孔的施工，使用鉆機(jī)鉆接頭孔，然后是挖槽導(dǎo)向孔，使用鉆孔的孔徑為?300，等到成槽后使用振動(dòng)錘把接頭管送到設(shè)計(jì)的深度位置。鉆孔直徑應(yīng)小于接頭管直徑，確保接頭管和土體緊密接觸，進(jìn)而避免在混凝土澆筑時(shí)出現(xiàn)混凝土流進(jìn)接頭管和孔壁。接頭管完全振入后，每槽段的混凝土澆注量為60m3，澆注時(shí)間控制在2～3h間，澆注1.5～2h時(shí)接頭管應(yīng)進(jìn)行振拔，然后每約30min左右進(jìn)行一次振拔，直到終凝后再完全拔出。此外，每次的振拔時(shí)間以及拔出的高度應(yīng)當(dāng)依據(jù)澆注的時(shí)間和高度，還有混凝土的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間來確定。

2.5 成槽施工

成槽在防滲墻施工中十分重要。此工程采用“兩鉆一抓”的方法進(jìn)行施工，使用履帶式液壓抓斗對(duì)防滲墻的槽體進(jìn)行施工，抓斗厚為300mm。首先對(duì)防滲墻的單元槽進(jìn)行段落的劃分，然后再進(jìn)行挖槽施工，施工時(shí)按照劃分的順序跳槽開挖，即先施劃分為奇數(shù)的槽段，然后再施工偶數(shù)的槽段，奇數(shù)和偶數(shù)的槽間運(yùn)用接頭管進(jìn)行施工。奇數(shù)槽施工形成槽后，在接頭孔的部位把接頭管送到原接頭鉆孔的深度區(qū)域。施工之前把泥漿送入導(dǎo)向槽中，確保泥漿面處于導(dǎo)墻面下30～50cm內(nèi)，在抓槽進(jìn)行施工時(shí)應(yīng)沿導(dǎo)墻進(jìn)行開挖，并利用液壓抓斗的導(dǎo)向桿來對(duì)抓斗垂直度進(jìn)行有效的控制和調(diào)整，由此來保證槽孔的孔壁垂直度，確保槽孔的偏差<3cm，孔斜率<0.3%。在挖槽施工時(shí)要向孔內(nèi)及時(shí)的輸送新鮮的泥漿，并保證孔內(nèi)的泥漿始終在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，以此來維持槽孔中泥漿的側(cè)壓力，進(jìn)而避免孔壁出現(xiàn)坍塌的情況。與此同時(shí)，對(duì)孔內(nèi)的泥漿進(jìn)行定期的指標(biāo)檢測，如泥漿參數(shù)出現(xiàn)變化則對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

2.6 清槽施工

清槽是把槽孔中不達(dá)標(biāo)的泥漿清除并置換成各項(xiàng)參數(shù)合格的泥漿的流程。將孔底以及孔壁上的殘留淤積物清理干凈，以提升防滲墻的承載能力與抗?jié)B能力，確保成槽的整體質(zhì)量合格。利用抓斗深入槽孔的底部把殘留物以固體的形式清理出孔內(nèi)，并且泥漿的密度和含砂率不變，進(jìn)一步降低換漿時(shí)的工作量，由此提高了施工的速度和進(jìn)度。槽孔清理和換漿完成后1h，孔內(nèi)的參數(shù)應(yīng)達(dá)到以下要求：底部沉積物厚<10cm；孔底10cm位置的泥漿密度<1.3g/cm3，黏度<30s，含砂量<10%。在二期槽孔清孔和換漿完成前對(duì)槽段的接頭混凝土孔壁內(nèi)的泥皮予以分段刷洗，并以刷子鉆頭無泥屑和槽底淤積厚度未增加為標(biāo)準(zhǔn)。

2.7 水下混凝土灌注

水下灌注采用直升導(dǎo)管法澆筑，依據(jù)槽段的尺寸決定運(yùn)用3套導(dǎo)管澆筑施工。使用導(dǎo)管管徑為?150，由法蘭連接，另外在導(dǎo)管的兩端使用幾節(jié)短管，長度為0.3～1.0m。導(dǎo)管的間距應(yīng)不大于3.5m，奇數(shù)槽孔的兩端導(dǎo)管和孔端的距離，或者接頭管的距離應(yīng)在1.0～1.5m之間；而偶數(shù)槽孔的兩端導(dǎo)管和孔端的距離應(yīng)為1.0m，如果槽底的高差大于0.25m則把導(dǎo)管置于可控范圍內(nèi)的最低位置。導(dǎo)管的底口和槽底的距離應(yīng)當(dāng)有效控制在15～25cm之間。此工程使用的混凝土強(qiáng)度為C25，要求坍落度在18～22cm之內(nèi)，坍落度維持在15cm之上，并且要求時(shí)間不小于1h，對(duì)擴(kuò)散度要求為34～40cm，初凝和終凝時(shí)間分別不小于6h和不大于24h，密度則要求大于21g/cm3，混凝土中的水泥要求不少于350kg/m3，而水和灰的比例應(yīng)當(dāng)小于0.65。

清孔完成并合格后的4h內(nèi)完成導(dǎo)管安裝，然后進(jìn)行混凝土澆筑施工。利用運(yùn)輸車輛把混凝士入倉，然后由3根導(dǎo)管同時(shí)進(jìn)行澆筑，在操作時(shí)應(yīng)注意以下操作要點(diǎn)：導(dǎo)管底部下至距槽底15～25cm的位置，漏斗口吊放混凝土做隔水球塞，進(jìn)而在澆筑時(shí)把混凝土與泥漿有效隔開；澆筑時(shí)先把料斗注滿，然后快速把隔水球塞的鐵線剪斷，混凝土則進(jìn)入導(dǎo)管并輸送到孔底，與此同時(shí)需要確?；炷恋倪B續(xù)澆灌，并且要求中斷不得高于30～45min，還有混凝土的上升速度不能低于2.0m/h，伴隨混凝土的上升，導(dǎo)管也應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況上升，并依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范拆除導(dǎo)管。

灌注混凝土?xí)r應(yīng)緩慢進(jìn)入導(dǎo)管，避免空氣進(jìn)入混凝土中而造成高壓氣囊的現(xiàn)象。埋入混凝土內(nèi)導(dǎo)管深度應(yīng)當(dāng)保持在2.0～6.0m的范圍。另外，3根導(dǎo)管同時(shí)拆卸的長度要一致，如果存在無法同時(shí)拆卸的情況，那么要有效控制導(dǎo)管的底口高差不能高于1.5～2.0m，以及保證槽孔的混凝土面高差不能高于0.3～0.5m；澆注時(shí)導(dǎo)管可以進(jìn)行約3.0m的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而能夠促進(jìn)混凝土的密實(shí)，但需要注意不能進(jìn)行橫向運(yùn)動(dòng)，由此避免泥漿與沉渣進(jìn)入混凝土中。

當(dāng)混凝土的施工面已經(jīng)接近墻頂3～5m時(shí)應(yīng)當(dāng)放慢灌注的速度。此時(shí)將稠泥漿抽出并抬高管口，以確保后續(xù)澆注施工能夠順利進(jìn)行。混凝土的澆注面應(yīng)當(dāng)超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)50cm，當(dāng)澆注結(jié)束之后立刻清除30cm，并留下20cm厚的混凝土，待后續(xù)拆除，由此保障后續(xù)施工新老混凝士有效結(jié)合。

3 主要施工難點(diǎn)及對(duì)策

3.1 塌孔及對(duì)策

此工程在防滲墻的施工中需要穿過具有強(qiáng)透水性的砂層，因此在挖槽時(shí)會(huì)出現(xiàn)泥漿漏失，又或者泥漿發(fā)生了性能的改變而導(dǎo)致砂層塌孔的情況，一旦發(fā)生則應(yīng)當(dāng)立刻停止施工，通過往槽內(nèi)增加供漿量，確保液面的穩(wěn)定性，與此同時(shí)加大泥漿比重，提升泥漿側(cè)壓力。

3.2 混凝土澆筑

在澆筑正式開始前，應(yīng)查明槽段的長度和每一槽孔的深度及沉積情況，澆筑混凝土?xí)r要確保槽內(nèi)底部無殘?jiān)?。澆筑過程中需要有效控制導(dǎo)管內(nèi)混凝土的入孔速度，一定要嚴(yán)格控制澆筑的時(shí)間，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，每30min進(jìn)行一次混凝土面深度的檢測，并且要確保每個(gè)導(dǎo)管內(nèi)混凝土的面高差不超過50cm，由此避免出現(xiàn)墻體夾泥的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

超薄型混凝土防滲墻技術(shù)造價(jià)低、工期短，有效解決了本文水閘工程的滲漏問題。運(yùn)行期對(duì)超薄型混凝土防滲墻進(jìn)行檢測，結(jié)果表明混凝土防滲墻的各項(xiàng)參數(shù)均處于標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍；同時(shí)定期跟蹤監(jiān)測顯示，運(yùn)行期間數(shù)據(jù)正常，且現(xiàn)場巡檢未發(fā)現(xiàn)滲漏水跡象。此案例成功應(yīng)用表明水閘工程采用超薄型混凝土防滲墻施工可行且防滲效果好，具有巨大工程經(jīng)濟(jì)效益，建議進(jìn)一步推廣使用。