水利水電建筑中塑性混凝土防滲墻施工技術(shù)研究

摘要：水利水電工程是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，對于保障人民的正常生產(chǎn)生活和社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。防滲問題一直是其中一個關(guān)鍵的難題，一旦出現(xiàn)滲漏問題，不僅會影響工程的使用壽命和安全性，還會對周邊環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成不良影響。本文通過制備泥漿材料及后續(xù)清孔、布置造孔槽段施工、槽段混凝土澆筑等幾方面進(jìn)行防滲墻的施工。經(jīng)測試，水利水電建筑中塑性混凝土防滲墻施工技術(shù)具有優(yōu)良的防滲效果和耐久性。通過模擬實際工況，實驗結(jié)果表明，塑性混凝土防滲墻可以有效地減少滲流量，提高水利水電工程的防滲性能。

關(guān)鍵詞：施工技術(shù)；防滲墻；塑性混凝土；生態(tài)系統(tǒng)

中圖分類號：TU745"""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A""""""" 文章編號：

Research on Construction Technology of Plastic Concrete Impermeable Wall in Water Conservancy and Hydropower Buildings

YAN Dajie

（Gaotai County Water Affairs Bureau，Gansu Province，Zhangye Gunsu 734300，China）

Abstract：Water conservancy and hydropower engineering is an important infrastructure for national economic and social development， which is of great significance for ensuring the normal production and life of the people and the sustainable development of society.The issue of seepage prevention has always been a key challenge，once a leakage problem occurs，it will not only affect the service life and safety of the project，but also have adverse effects on the surrounding environment and ecosystem.This article discusses the construction of anti-seepage walls through the preparation of mud materials，subsequent hole cleaning，layout of hole making groove sections，and pouring of groove section concrete.After testing，the construction technology of plastic concrete impermeable walls in water conservancy and hydropower buildings has excellent anti-seepage effect and durability.By simulating actual working conditions，experimental results show that plastic concrete impermeable walls can effectively reduce seepage flow and improve the anti-seepage performance of water conservancy and hydropower projects.

Keywords：construction technology;impermeable wall;plastic concrete;ecosystem

0 引言

塑性混凝土防滲墻是一種廣泛使用且相對重要的水利建筑設(shè)施，是在疏松滲透性地基或土石壩體內(nèi)連續(xù)開孔成槽，利用泥漿固壁在墻體下澆筑混凝土或回填其他防滲材料，形成一種具有防滲功能的塑性防滲墻，是一種防止?jié)B漏、確保地基穩(wěn)定和大壩安全的有效工程施工處理措施。塑性混凝土防滲墻主要用于土石壩、堤壩地基的防滲處理、土石圍堰的堰體與堰基的防滲處理，也可用于混凝土閘壩基礎(chǔ)的防滲處理。塑性混凝土防滲墻是一項隱蔽的工程，應(yīng)做到精心設(shè)計、嚴(yán)格施工、嚴(yán)格監(jiān)理，從而達(dá)到防滲效果。隨著科技水平的不斷提高，防滲墻施工技術(shù)、材料等方面都有了較大的改進(jìn)。然而，由于防滲墻組成成分復(fù)雜、配合比設(shè)計復(fù)雜、質(zhì)量控制要求高，使得防滲墻施工技術(shù)的應(yīng)用成本較高。在我國，從20世紀(jì)50代末開始實施塑性混凝土防滲墻。1958年，我國最早的樁柱式塑性混凝土防滲墻出現(xiàn)在山東青島的月子口水庫中。目前，已在斜墻土壩踵處完成了959個高60 cm、有效厚度43 cm的樁基施工，這些樁基長742 m，平均深度達(dá)到20 m。施工過程中，采用了沖擊鉆機提升鉆桿、十字鉆頭進(jìn)行鉆孔，利用膨潤土泥漿進(jìn)行固壁，并采用正循環(huán)方式進(jìn)行排渣，極大地推動了塑性混凝土防滲墻施工技術(shù)的發(fā)展[1]。

1 水利水電建筑中塑性混凝土防滲墻施工技術(shù)的設(shè)計

1.1 制備泥漿材料及后續(xù)清孔

將塑性混凝土防滲墻施工技術(shù)應(yīng)用在水利水電建筑中能夠有效對施工地基進(jìn)行防滲處理，并能對河道堤身進(jìn)行加高加固。防滲墻施工分為混凝土澆筑和造孔槽段兩部分，其施工流程如圖1所示[2]。

泥漿與混凝土的材料選取是防滲墻施工的關(guān)鍵步驟，泥漿材料的優(yōu)劣將直接影響防滲墻成槽的施工質(zhì)量，根據(jù)該工程的地質(zhì)資料和測試段的施工經(jīng)驗，設(shè)定膨潤土占水的重量為7%～11%。為了加快工程的進(jìn)度，確保工程的質(zhì)量，在配制膨潤土?xí)r加入了一定的增黏劑、分散劑，并將其裝入袋內(nèi)，并進(jìn)行現(xiàn)場直接拌合?，F(xiàn)場泥漿用膨潤土的詳細(xì)配比見表1[3]。

泥漿制備過程中，使用高效且低噪音的高速攪拌機。根據(jù)泥漿配比，首先將水倒入高速攪拌機中，啟動機器進(jìn)行攪拌，然后將膨潤土及其添加劑（包括純堿、羧甲基、燒堿等組分）逐一加入高速攪拌機。膨潤土漿每箱攪拌5 min～10 min，拌勻后將其投入貯漿槽中，將其充分膨化12 h，即可使用。

根據(jù)所要求的混合比例配制成泥漿，新制膨潤土泥漿經(jīng)檢驗合格后方可施工。制備好的泥漿性能的各項指標(biāo)見表2[4]。

在成槽施工中，由于摻有渣土、電解質(zhì)離子等雜質(zhì)，泥漿與土壤、地下水及混凝土的接觸會受到污染，使其性能劣化。為確保成槽質(zhì)量及泥漿護(hù)壁效果，必須對新漿及被替換掉的舊漿進(jìn)行檢測。強堿廢液經(jīng)處理后，運輸?shù)街付ǖ攸c，以確保工地環(huán)境的潔凈[5]。

新型凈化設(shè)備用于清洗槽孔、置換泥漿。1 h可以加工250 m？的泥漿，90%以上的直徑＞40 μm的微粒都可以進(jìn)行凈化并循環(huán)使用。對于深孔的清槽，其首要任務(wù)是要確保泥漿的質(zhì)量，并在清槽完成后避免進(jìn)一步的淤堵。該方法首先通過抓斗清底泥沙，然后采用氣舉反循環(huán)方法對槽孔中的泥漿進(jìn)行清洗。在槽孔清除1 h后，槽中的雜物厚度≤12 cm，泥漿的密度＜2.5 g/cm3，泥漿含量≥96%，方可通過槽孔的清理標(biāo)準(zhǔn)。其槽孔清理檢查的標(biāo)準(zhǔn)見表3[6]。

在鉆孔、抓孔完成之后，以造孔驗收合格為先決條件，在防滲墻中進(jìn)行置換泥漿、清除槽孔的工作，待造孔驗收合格后，用抓斗將孔底的泥沙抓起，并與替換泥漿一起進(jìn)行替換，直至孔中無濃泥漿為止[7]。

1.2 布置造孔槽段施工

防滲墻施工分為四個主要步驟：劃分槽段、固壁、澆筑和連接。根據(jù)工程地質(zhì)條件、水文條件以及防滲墻設(shè)計需求等方面的差異，對造孔機械的選用也提出了相應(yīng)的要求。根據(jù)施工技術(shù)要求，將塑料混凝土防滲墻分成多個單元墻，逐一進(jìn)行施工。在進(jìn)行單位墻段澆筑之前，需要在該墻段所在位置基礎(chǔ)上鉆鑿并挖出連續(xù)的孔，即長孔。長孔通常是由多個相互連接的鉆孔組成，施工時通常采用奇數(shù)或偶數(shù)編號[8]，首先進(jìn)行奇數(shù)單孔，即主孔，當(dāng)一個防滲墻槽段的主孔完工后，再進(jìn)行偶數(shù)孔，即子孔，主次孔相間設(shè)置。工程所采取的成槽方法是以主孔鉆孔、次孔切割、清理小壁為主要工序的鉆劈法。

為了保證快速、均衡、安全地進(jìn)行水利水電建筑的施工，在分割槽段時，要盡可能地減少槽段的接頭銜接，以節(jié)約工作量，提高施工效率。在密實巖層中進(jìn)行施工時，分段長度可適當(dāng)延長，但不可過長，否則會影響后續(xù)澆筑帶的施工。對于松散、漏漿嚴(yán)重的地層，可適當(dāng)縮短槽段長度，避免在不良地質(zhì)情況下發(fā)生塌孔。對于較大深度和較長的鉆孔，宜采用較短的鉆孔段。對于地下水水位高、流速大的地段，開槽長度宜短，以避免施工風(fēng)險；而對于地下水中水位低、流速小的地段，雖然開槽長度可以相對較長，但同樣也不宜過長，以確保施工效率和穩(wěn)定性。槽孔的長度要根據(jù)塑性混凝土的供給能力而定，在槽孔澆筑混凝土?xí)r，混凝土的上浮速率不能＜2 m/h。在漂石較多的地段進(jìn)行鉆孔時，由于施工困難、耗時長、泥漿漏失量大、槽段過長、泥漿供給不充分，會影響槽壁的穩(wěn)定性，宜選用長度較短的槽孔。如果巖層與防滲墻軸線方向有一定夾角，則施工比較困難，應(yīng)盡量減少槽段的長度。根據(jù)地質(zhì)先導(dǎo)孔巖心、施工鉆孔記錄及已驗收的槽孔深度，可對槽內(nèi)孔深進(jìn)行確定。測量儀器可使用測錘法、鉆芯法，再用卷尺進(jìn)行測定。鉆孔的深度應(yīng)滿足設(shè)計要求，且鉆入基巖0.5 m～1.0 m[9]。施工使用沖擊鉆鉆孔成槽，以孔口測量的鉆頭在不同孔深處鋼絲繩偏離槽孔中心的計算為基準(zhǔn)，利用“類三角”原則，求取這一深度的偏距和偏斜度。偏距可以取在防滲墻軸線方向上垂直方向和平行方向的2組數(shù)據(jù)，其孔斜率的計算公式如下：

式（1）中：為測量的深度，m；為桅桿的高度，m；為鋼絲繩在孔口偏移的距離，cm。

鉆孔斜度＜3 cm，孔斜率＜0.4%，如果有大塊、漂礫地層和有大傾角的基巖，鉆孔坡度應(yīng)＜0.6%。槽孔的連接孔在任一深度處，其孔中心位置的偏差不能超過設(shè)計墻體厚度的1/3，且對設(shè)計墻體厚度要采取相應(yīng)的措施[10]。

圖2為設(shè)計的塑性混凝土防滲墻的槽段平面布置示意圖。

在防滲墻施工過程中，由于受地層、地質(zhì)條件和周邊施工環(huán)境等因素的影響，槽段的造孔成功與否不僅關(guān)系到施工進(jìn)度和費用，還關(guān)系到整個工程的質(zhì)量。鉆孔的施工順序為：先進(jìn)行第一階段的槽段，后進(jìn)行第二階段的槽段。首先對每個槽道內(nèi)的主要鉆孔進(jìn)行施工，其次是副孔，最后是剩余的槽段中的小墻。為了避免對第一個槽段的混凝土澆筑質(zhì)量造成不利影響，必須在接頭孔達(dá)到一定強度后，才能進(jìn)行后續(xù)槽段的混凝土澆筑。

主孔是單個、單獨的鉆孔，而副孔則是兩個主孔之間的空隙。在使用沖擊鉆進(jìn)行鉆孔時，首先對孔進(jìn)行編號、對孔位進(jìn)行校核，然后將各槽段的主孔采用沖擊鉆進(jìn)行成孔作業(yè)，副孔進(jìn)行劈打形成孔洞。因為副孔的兩側(cè)都是已經(jīng)完工的主孔，也就是左、右兩個自由面，所以在進(jìn)行副孔劈打時容易發(fā)生意外，所以要控制好鉆孔速率。鉆孔時，由于受力不均，松散的巖層顆粒會喪失穩(wěn)定性，落入兩邊的主孔中，需要反復(fù)劈打，然后用抽渣管將其排出，直到終孔為止。在終孔后，還要對主孔和副孔之間的殘余巖石進(jìn)行清理，清理干凈后鉆孔工作完畢。

1.3 槽段混凝土澆筑

整體槽段符合標(biāo)準(zhǔn)后，即可進(jìn)行塑性混凝土的澆筑。在防滲墻施工中，混凝土澆筑是重要的最后一環(huán)。混凝土攪拌由工地拌制站使用運輸泵或拌合車送到槽口。塑性混凝土防滲墻是利用導(dǎo)管內(nèi)部混凝土表面與導(dǎo)管外側(cè)泥漿表面之間的壓差，以及混凝土自身優(yōu)良的工作性能和流動性，持續(xù)填充原有泥漿所占用的空隙，從而形成一道連續(xù)墻。為防止混凝土在澆筑過程中發(fā)生絮凝反應(yīng)，澆筑采取“拔管出?！狈椒?，并在開盤前采用壓球法將塑性混凝土與泥漿有效隔離，以減少混凝土在剛開始澆筑、迅速下降時與底部泥漿直接接觸的機會，從而避免管內(nèi)混凝土材料因此而發(fā)生變化。

在進(jìn)行防滲墻施工之前，應(yīng)做好下列準(zhǔn)備工作：①制訂混凝土澆筑方案。②繪制混凝土澆筑圖，包括槽孔的橫截面圖、導(dǎo)管的分段長度及位置、導(dǎo)管的布置、澆筑計劃的方量、混凝土的時間變化曲線，混凝土表面的深度及澆筑的體積等。③備好各種專用工具、零部件、砂石、水泥、石料等原材料，并預(yù)留備用。④要經(jīng)常對拌合、輸送設(shè)施及澆筑機械進(jìn)行檢測與維護(hù)。⑤及時清理工地路面障礙物，保證全天交通通暢。⑥導(dǎo)管安裝，按管道布局及鉆孔深度進(jìn)行套管接頭的設(shè)計，并做好管路記錄。

混凝土澆筑管道的安裝與準(zhǔn)備要求為：①澆筑管道選用300 mm鋼管，兩端用倒鉤法將兩根鋼管連接在一起，從而實現(xiàn)無縫、快捷連接。②在安裝管道之前，要先檢查管道的內(nèi)壁是否平滑，管道的形狀是否為圓形，是否完好，強度是否符合要求，垂直度是否滿足要求，密封性是否良好，一旦出現(xiàn)問題，要立即進(jìn)行更換，并進(jìn)行處理。③利用型鋼制作導(dǎo)管孔支架，使其在灌注混凝土?xí)r能夠承受2.5倍于灌注混凝土的總自重。④在下放導(dǎo)管之前，要繪制出導(dǎo)管的布局圖。每個槽段布置2組導(dǎo)管，距離孔口1.0 m～1.5 m，距離＜4.0 m。在混凝土強度等級達(dá)到一級要求的情況下，導(dǎo)管的中心距離可以適當(dāng)增加，但不能＜5.0 m。溝槽底部與管道底部之間的距離為15 cm～25 cm。導(dǎo)管要長短相配，各導(dǎo)管的長度要精確，配好的導(dǎo)管要有一個統(tǒng)一的編號，用6 m或9 m為一段，方便快捷?；炷翝仓蟮馁|(zhì)量檢測項目見表4[11]。

2 實例分析

2.1 工程概況

此次工程以甘肅省某水利水電建筑堤壩工程為例，該工程在面臨夏季洪水時保護(hù)平原地區(qū)，是該地區(qū)重要的防洪工程。堤基以河流相沉積物地層為主，其厚度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜（85 m），地層類型多樣，以砂性土為主，同時也有少量的淤泥質(zhì)黏性土，其防滲能力極差，必須將防滲墻埋入較密的基巖中，才能實現(xiàn)防滲。該堤壩防滲墻的基本參數(shù)見表5。

該工程以水利水電建筑中塑性混凝土防滲墻施工技術(shù)為施工方法，為驗證該方法的有效性，以該工程進(jìn)行滲流測試，以防滲墻的滲流量為實驗指標(biāo)。防滲墻的滲流量的計算公式如下：

（2）

式（2）中：為防滲墻厚度，m；為覆蓋層厚度，m，為防滲墻的滲透系數(shù)，m／s；為上游水深，m；為斜墻下游水深，m。

2.2 施工結(jié)果與討論

根據(jù)上述工程的概況以及測試準(zhǔn)備，以防滲墻的7處測點的滲流量為測試結(jié)果進(jìn)行分析，其具體測試結(jié)果見表6。

根據(jù)上述測試結(jié)果可以看出，水利水電建筑中塑性混凝土防滲墻施工技術(shù)具有優(yōu)良的防滲效果。所有測點的滲流量均遠(yuǎn)低于施工允許的最大滲流量（10 m？/s），能夠有效地控制地下水的滲流，保障工程的安全性和穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

本文深入探討了塑性混凝土防滲墻施工技術(shù)在水利水電建筑中的應(yīng)用，通過實際工程案例的分析與測試，驗證了該技術(shù)的先進(jìn)性與可實施性。測試結(jié)果表明，塑性混凝土作為防滲墻的墻體材料，能夠有效應(yīng)對墻體變薄及水位頻繁波動等復(fù)雜工況，從而確保了工程的長期穩(wěn)定性與安全性。 具體而言，應(yīng)用所提方法施工的塑性混凝土防滲墻展現(xiàn)出了卓越的防滲性能和耐久性，能夠顯著提升水利水電工程的整體防滲效果，延長工程的使用壽命。在施工過程中展現(xiàn)出了速度快、效率高的優(yōu)勢，同時對環(huán)境的影響相對較小，符合綠色施工的理念。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張國莉.某水庫工程混凝土防滲墻施工質(zhì)量保證與安全管理措施[J].河南水利與南水北調(diào)，2023，52（8）：105-106.

[2]于廣斌，雙學(xué)珍.水利水電工程中塑性混凝土防滲墻施工工藝及應(yīng)用實踐[J].四川水泥，2021（9）：39-40.

[3]姚紀(jì)華，伍佑倫，宋子龍，等.探地雷達(dá)和高密度電法識別大壩塑性混凝土防滲墻滲漏缺陷研究[J].工程地球物理學(xué)報，2023，20（5）：599-604.

[4]鐘偉泉.旋挖套孔塑性混凝土防滲墻在大南山水庫副壩防滲中的應(yīng)用[J].廣東水利水電，2023（6）：73-76.

[5]秦杰.塑性混凝土防滲墻在平原水庫除險加固工程中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)研究，2023，8（7）：103-105.

[6]王穎麗，趙鵬，潘艷輝，等.連接方式對高聚物防滲墻成槽桿穩(wěn)定性影響[J].河南水利與南水北調(diào)，2023，52（9）：120-121.

[7]郭建濤，王玉霞.基于接縫灌漿技術(shù)的水利工程防滲墻槽段防滲方法研究[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2023（16）：45-47.

[8]曲華斌，王克磊，楊震.土石壩防滲墻嵌巖深度對壩體穩(wěn)定性影響[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2023（9）：192-194，202.

[9]徐利劍，謝為江，劉達(dá).刨銑法連續(xù)式高噴防滲墻施工技術(shù)的應(yīng)用探討[J].黑龍江水利科技，2023，51（8）：123-126.

[10]王相烜，劉得潭，何傳凱，等.長河壩水電站特高心墻堆石壩雙防滲墻滲流控制特性反演分析[J].水利水電科技進(jìn)展，2023，43（5）：88-93，99.

[11]徐力群，趙邵峰，沈振中，等.特高土心墻堆石壩壩基防滲體滲流-溶蝕特征研究[J].水利學(xué)報，2023，54（8）：942-954.

"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""編輯：楊 洋