混凝土防渗墙在某水库除险加固工程中的应用

混凝土防渗墙在某水库除险加固工程中的应用

谭宜薄

（佛山市兴利工程建设有限公司，广东，佛山，528308）

【摘要】华南某水库大坝为粘土心墙土石坝，最大坝高达72.5m。文章介绍了混凝土防渗墙的施工方法、施工技术要点，疑难问题的处理，以及混凝土防渗墙在该水库除险加固工程中的成功应用，为同类水库安全运行提供了可靠的保证。

【关键词】水库；防渗墙施工；防险加固

一、工程概况

该水库位于北江中上游，大坝为粘土心（斜）墙土石坝，坝顶宽8.0m,坝轴线长480.0m，坝顶高程360.5m，最大坝高72.5m,是一座以灌溉为主，兼有发电、防洪、养殖等综合效益的大(II)型水利工程。集雨面积338km2，总库容1.3112亿m3；

六、七十年代大坝基本采用民工填筑方式，粘土、风化土石料，全部是肩挑、手推车运料，粘土心、斜墙用东方红75型推土机平整碾压，粘土墙边用人工木锤夯压，填筑质量底，大坝外坡出现多处集中渗水，在坝外坡有集中渗透点21处，13处湿润带，并有逐年增大趋势，最大渗漏量达87.6L/s，坝坡散浸严重，面积达1080m2，量水堰最大出水流量达51.57L/s,远远大于设计渗流量；大坝左侧316.0m高程处有一特大涌水点，前几年分别出现管涌，最大涌水流量为1.7L/s，水色浑浊，伴有泥沙，长此下去，会淘空坝体引起坝体滑坡。

二、混凝土防渗墙施工

该水库除险加固工程设计有高喷灌浆、混凝土防渗墙、纯水泥充填灌浆等方案。经过技术、经济比较，选择垂直混凝土防渗墙进行坝体防渗加固，混凝土防渗墙轴线位于坝轴线上游1.0m。大坝原主河床部位基础岩石为弱风化，透水率小于5Lu，满足规范防渗要求，不需要进行帷幕灌浆处理；两侧基础岩石多为强风化，透水率大于5Lu,不满足规范防渗要求，需要进行帷幕灌浆处理。

大坝防渗墙范围为：大坝桩号K0-165—K0+286，其中心线位于坝轴线上游1.0m。K0+016—K0+226段混凝土防渗墙厚80cm，嵌入基岩50cm，其两侧混凝土防渗墙厚度为60cm，嵌入基岩1.0m。因每年的4—9月为主汛期，不利于混凝土防渗墙的施工，而且大坝防渗墙工程量较大，为确保水库大坝安全渡汛，此水库大坝混凝土防渗墙施工分两期进行，即安排在两个枯水期施工，以降低混凝土防渗墙施工强度。

为确保地下防渗墙在土坝除险加固工程中的质量，要注重以施工过程控制为主，在施工过程中充分考虑坝体的密实度和自身的稳定，从防渗墙造孔、孔形及清孔、混凝土浇筑过程等方面进行质量控制。

该防渗墙成槽采用液压抓斗和冲击钻施工，槽孔上部30m采用液压抓斗成槽，30m以下采用冲击钻成槽，采用钻劈法成槽方案施工。为保证成槽施工的质量，各槽孔开孔中心线位置在防渗墙轴线上、下游方向的误差不大于3cm，槽孔壁面应平整垂直，防止偏全斜，孔斜率不得大于0.4%；含孤石、漂石地层及基岩面倾斜较大等特殊情况时，孔斜率控制在0.60%．整个槽孔孔壁应平整无梅花孔、探头石和波浪形小墙等。一、二期槽套接孔套接厚度不小于墙厚的95%；防渗墙中心线上、下游方向偏差不大于3cm。各段墙底应嵌入基岩(0.5—1.0)m;相邻两主孔终孔深度小于1.0m，其中间副孔深度与较深的主孔之差不大于相邻两主孔孔深之差的1/3；相邻主孔终孔深度之差大于1.0m，其中间副孔深度应视岩料进行基岩鉴定确定，但其终孔深度与较深主孔深之差不得大于1.0m，且副孔孔底高程不得高于两主孔高程的中间位置；槽孔浇筑混凝土时，须将导管布置在较深的主孔或副孔内。以保证防渗墙与基岩嵌接良好。墙段之间连接采用双反弧施工法或接头管法。

清孔是保证防渗墙体的整体性和混凝土浇筑质量的关键。槽孔终孔验收合格后进行清孔换浆。清孔采用泵吸反循环法，在清孔内废渣的同时向孔内补充新鲜泥浆。清孔换浆结束1h后。孔内沉淀物不超过10cm;二序槽孔清孔换浆结束前，应用钢丝钻头刷洗槽段接头混凝土孔壁的泥皮，接头刷洗在套接孔采用圆形钢丝刷子钻头刷洗，双反弧孔采用液压可张式上反弧刷子刷洗，直至刷子钻头不带泥、孔底淤积不再增加。清孔换浆后4h内，浇筑混凝土，若延长时间，应测量淤积厚度，如超标，开浇前应重新清孔。

混凝土浇筑过程是保证防渗墙质量的最后一关，浇筑导管内径采用180mm，混凝土导管为丝扣连接。导管中心应放在该导管控制范围内的最低处。

开浇混凝土前，先在导管内设隔离球，在导管内注入适量的水泥砂浆，并准备好足够数量的混凝土，以使导管底口的木球塞被挤压到导管底部，将管内泥浆挤出管外，然后将导管稍微上提，使木球塞浮出，并埋住导管底端，保证后续浇筑的混凝土不致与泥浆掺混，导管开始浇筑时，先下入导注塞，将导注塞槽孔混凝土浇筑严格遵循先深后浅的顺序，从最深的导管开始，由深到浅依次开浇，直至全槽混凝土面基本浇平以后，再全槽均衡上升。混凝土必须连续浇筑，槽孔内混凝土面上升速度不应小于2m/h．也不宜过快，并连续上升至施工平台高程顶面：导管埋入混凝土的深度应保持在(2.0—4.0)m之间，以免泥浆进入导管内；槽孔内混凝土面应均匀上升，其高差应控制在0.5m以内，每30min测量一次混凝土面，每2h测定一次导管内混凝土面，在开浇和结尾时应适当增加测量次数；如混凝土面高差过大，易发生混凝土包裹泥浆形成质量缺陷，凡是深槽段，泥浆上浮，比重不断增加，更易发生混凝土包裹泥浆的现象。施工中要及时绘制混凝土浇筑图，如发现实际浇筑方量与计算方量相差较大时，要及时分析原因，是否因塌孔、坝内空洞等原因造成，避免混凝土的浇筑造成坝体破坏。在实施中要控制混凝土浇筑强度，浇筑速度过快，混凝土对坝体劈裂作用可能破坏坝体，过慢会使混凝土表面泥浆沉淀较厚，同时表层混凝土初凝，影响混凝土质量。防渗墙混凝土终凝顶部应高于设计墙顶高程50cm，顶部50cm高的墙体混凝土应予清除。浇筑过程中作好混凝土面上升的记录，防止堵塞、埋管、导管漏浆和泥浆掺混等事故的发生。按要求在出机口和槽口入口处随机取样，检验混凝土的物理力学性能指标，不合格混凝土严禁入槽。

三、施工中遇到的主要技术难题及处理方法

槽段孔壁的失稳问题：在施工前期的钻孔过程中，多次发生孔壁不稳和塌孔现象，处理工作量大，处理时间长，严重影响了工程进度。槽孔稳定与地层情况、槽段长度、泥浆性能等诸多因素有关，泥浆的粘度、密度和失水量是其控制重点。粘度的增加可在孔壁形成泥皮，密度的增加可保证槽壁的稳定性，失水量的减少可降低泥浆中的水渗透

入土体，减少对孔壁稳定性的破坏。槽段越长，可以减少槽段的接头数，增加防渗墙的防水性和整体性，槽段过长又会降低孔壁的稳定性，缩短槽长可以增加槽壁的抗剪强度，有利于孔壁的稳定，而且单槽成槽时间不能太长。经过反复试验和计算，最终确定各槽段的划分长度一般在(6.0-6.4)m。通过上述措施的控制，收到了良好的效果。

塌孔发生在成槽快要结束的时候，如果塌孔后不影响钻机的正常施工，可以用水泥掺拌粘土槽内静止一段时间后再施工，这样可以使槽内的泥浆粘度和泥浆密度增加，增加槽壁的稳定性。若槽孔坍塌后，导墙底部悬空，则下部应采用粘土回填到导墙下部(2-3)m后，把槽内上部泥清除，用混凝土将上部塌空部分回填密实，待混凝土有一定强度后再重新开孔成槽。塌孔后，如果钻机平台或弃渣平台已塌空，导墙已发生断裂，使得钻杌无法继续施工，可把该槽段两侧地基加固后，采用合适的工字钢将钻机平台或弃渣平台架空，重新形成一个导向槽支架，从而减少槽壁上部的均布荷载。

岩层“卡钻”问题：在施工上部时由于粘土质量好，粘性高经常出现糊住钻头造成卡钻；在施工至下部岩层时，也多次出现钻头被卡在基岩面上无法提起的事故。经过分析，施工中出现的卡钻大多有以下三种情况：一是施工时槽孔上部掉石头，出现塌孔，将钻头埋住；二是施工中钻头被卡在下部岩石中；三是由于上部心墙粘土质量较好，糊住钻头造成卡钻。针对以上三种情况采取的相应措施是：施工中使用合格的浆液，防止槽孔坍塌；在下部基岩钻过时重复利用旧钻头钻孔，新补焊的钻头不能直接用于下部的基岩钻进，以免出现新钻进的基岩孔径大于上部孔径，形成卡钻的条件；心墙上部30m部位采用错孔干打法，严格控制干打法成槽深度，及时掺加固壁泥浆，并迅速组织冲击钻继续进行施工，确保成槽安全，一旦遇到大雨天气坚决不能采用干打法，以免由于雨水浸泡造成塌孔而卡钻。

通常由于下部基岩较硬，经常补焊钻头，由于补焊的钻头直径比原来钻进基岩的钻头直径大，结果被卡在基岩面上。钻头无法被提起来，施工时在40m左右深度时被卡住。要将钻头处理上来，须将钻头周围的岩石砸碎，但岩石较硬且孔又深，普通的工具效果不大。通过分析研究，加工了一个大的扩孔器，内径刚好能套住钻头。布置一个长1.5m、直径80cm、重0.5t的钢桶，同时再在扩孔器上补焊了2t的Φ32mm螺纹钢进行加固。加工后的扩孔器，重量2.5t，外径83cm,内径81cm，长度3.0m。

四、结束语

卡钻处理时，将加工好的扩孔器沿着钻头钢丝绳下到孔底，将钻头套住，由于扩孔器内径比钻头稍大一点，扩孔器可以上下活动，然后根据冲击钻进原理，将钻头周围的岩石扎碎，使钻头能够活动，从而成功处理孔内卡钻的问题。