防渗墙结合帷幕灌浆在水库防渗中的应用

廖 强

（中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明650041）

1 防渗方案设计

栗树埂水库坝址区出露的地层有第四系冲洪积和残坡积松散堆积层，以及下伏的中生界侏罗系上统妥甸组泥岩夹泥质粉砂岩。冲洪积层主要为含碎石圆砾壤土、砂壤土，分布于河床，厚度2～5 m；残坡积层主要为含砾壤土、粉质粘土，分布于河道两侧缓坡地段，厚度2～3 m；下伏的妥甸组泥岩夹粉砂质泥岩，分布于整个坝址区。坝址区岩层走向SSE 方向，倾向149°～241°，倾角16°～36°，单斜构造。坝基区域地质构造较简单，地表未发现明显的断层构造痕迹，但经勘探和钻孔压水试验发现下游民房附近有渗水现象，判定坝基偏左岸顺河方向有一条剪性断层，受此断层影响，左岸坝基岩体中节理裂隙较发育。针对大坝坝体和坝基存在的渗漏问题，决定采用垂直全封闭式塑性混凝土防渗墙和帷幕灌浆相结合的防渗方案进行处理。

防渗系统布置方案为：沿坝轴线自1 832.10 m高程以下坝体内，挖槽垂直浇筑0.4 m 厚塑性混凝土防渗墙，防渗墙嵌入强风化基岩深度0.5～1 m。塑性混凝土防渗墙浇筑完成后，对大坝左右岸基础进行帷幕灌浆，帷幕灌浆按单排孔设计，孔距1 m。塑性混凝土防渗墙、灌浆帷幕轴线与坝轴线重合。

2 塑性混凝土防渗墙施工

为保证塑性混凝土防渗墙与灌浆帷幕的良好连接，决定先进行塑性混凝土防渗墙施工，再进行左右岸坝基帷幕灌浆施工。塑性混凝土防渗墙施工主要由导墙浇筑、槽孔开挖、混凝土灌注等工序组成。

2.1 导墙浇筑

先挖除1 833.50 m 高程以上坝体，形成一个宽度约15 m 的施工平台，满足塑性混凝土防渗墙施工导墙、排浆沟、运输道路等设施的布置需要，挖除的坝体待防渗墙施工完成后再恢复。导墙采用“工”字型钢筋混凝土结构，高1.4 m，墙顶宽0.5 m，两导墙间间距0.45 m，混凝土强度等级为C20。

先沿轴线开挖顶宽4.3 m，底宽2.9 m 的倒梯形沟槽。在开挖的沟槽内浇筑钢筋混凝土导墙。为保证首尾两个防渗墙槽段的正常施工，导墙端头在防渗墙边界处向外延伸2 m。施工时保证导墙的纵向分段与混凝土防渗墙的分段错开一定距离。导墙浇筑完成后，在下游侧平行于坝轴线布设排浆沟。

2.2 槽段划分及定位

按照施工安排，塑性混凝土防渗墙分两期施工。从大坝右岸向左岸沿坝轴线逐段先施工Ⅰ期槽段，后施工Ⅱ期槽段。在同一槽段内，先钻主孔，后劈打副孔。该工程共分19 个槽段施工，每个槽段长约6 m。

槽段长度在施工过程中可结合实际情况适当调整，为了减少槽段之间接头孔数量，提高防渗墙的整体性，宜尽可能使槽段长些，但必须满足下述条件：

式中：L 为槽段长度，m；Q 为塑性混凝土生产能力，m3/h；B 为防渗墙厚度，m；V 为混凝土上升速度，m/h；K 为墙厚扩大系数，可取1.2～1.3。

2.3 护壁泥浆制作

护壁泥浆由水、粘土及添加剂组成，泥浆的性能指标和配合比根据地层特性通过试验确定。对每次新拌制的泥浆每天进行一次粘度、比重测试。孔内泥浆在混凝土浇筑之前进行粘度、比重、含砂量测试。浇筑置换出的泥浆经沉淀或其他净化方式处理后重复利用。

在义务教育阶段，学生的年龄和认知特点决定了学生的数学学习很多时候需要借助一定的外部活动来帮助理解，例如做一做或试一试等数学活动可获得丰富的数学活动经验，但还需要学生在理解的基础上自主探究、去粗求精、反思，抽象出几何模型，并在过程中内化为学生自身的活动经验。

2.4 槽孔开挖

采用“钻劈法”进行槽孔开挖作业，将每个槽段沿轴线划分为主孔和副孔，先进行主孔施工，后进行副孔施工。首先采用冲击钻机配空心钻头和十字钻头冲击钻进主孔，当空心钻头钻进穿过坝体土层和砂卵石层后，改为十字钻头进行基岩段钻孔。主孔钻进结束后，对副孔用十字钻头劈打施工，这时由于两边主孔已成形，劈打中间副孔容易使隔墙松动塌落，使主副孔贯通成槽。不论是主孔钻孔还是副孔劈打，均适时采用专用套筒清除槽底部钻渣与碎屑。成槽过程中，当接近设计基岩面时开始留取基岩钻渣样品，并由现场地质工程师会同监理人进行岩样的鉴定，以确定最终成槽入岩深度。

Ⅰ期槽段浇筑塑性混凝土成墙后，Ⅱ期槽段成槽时在Ⅰ期槽段端头套打一孔，与一期槽段墙体搭接不低于0.4 m，以保持防渗墙的整体性。

所有主孔和副孔孔位偏差不得大于3 cm，孔斜率不大于4%。相邻两个槽段接头套接孔的两次孔位中心，任一深度的偏差值不大于墙厚的1/3，孔深要符合设计要求。成槽过程中，为保证不发生孔壁坍塌，孔内泥浆应维持在导墙顶面以下30～50 cm 之间。

2.5 终孔及清槽

每个槽段开挖至设计深度后，清槽换浆采用泵吸反循环法，在清除槽内废渣的同时及时向槽内补充新鲜泥浆。对于Ⅱ期槽段，在清槽换浆结束前或清槽过程中用钢丝刷钻头刷洗两侧槽段接头混凝土壁上的泥皮，至钢丝刷钻头不带泥屑、孔底淤积不再增加为止。

清槽换浆结束后1 h 须达到下列标准：槽底残渣淤积厚度不大于10 cm；槽内泥浆比重1.1～1.2 g/cm3，泥浆粘度15～25 s；泥浆含砂量不大于5%。

在清槽验收合格后4 h 内，必须浇筑塑性混凝土，如因特殊原因不能按时浇筑，则重新按上述规定进行检测，若达不到要求应重新清槽换浆。

2.6 塑性混凝土拌制

防渗墙采用低弹模、掺膨润土、一级配塑性混凝土。水泥选用42.5 级普通硅酸盐水泥。碎石最大料径不大于20 mm，含泥量不大于1.0%，饱和面干吸水率不大于1.5%。砂的细度模数为2.4～2.8 cm，含泥量不大于1.0%。粘土的指标一般控制为含水率13%，土粒比重2.6～2.7，液限43.3%，塑性23.1%，塑性指数20.2%，泥浆比重1.15～1.20。膨润土、减水剂、引气剂为市场购买的合格产品。经试验确定每立方混凝土配合比为：水250 kg、水泥192 kg、碎石801 kg、砂979 kg、粘土100 kg、彭润土28 kg。塑性混凝土统一在拌合系统拌制，混凝土初凝时间不小于6 h，终凝时间不大于24 h，出机口坍落度18～22 cm，扩散度34～38 cm，拌合析水率小于3%。

2.7 塑性混凝土浇筑

采用槽内下直升导管法灌注塑性混凝土。导管内径为200 mm，导管间用法兰、胶垫连接，连接前配置足够的0.1～0.3 m 的短管，以便调节使用。导管的连接和密封必须可靠，防止泥浆进入污染混凝土。其上端焊接固定一个漏斗，方便入料。导管准备好后，由钻机悬吊导管和漏斗，以便控制下插就位和起拔作业，使导管可作上下垂直移动。每个槽段塑性混凝土浇筑一般要求使用两套以上导管，导管安放位置应合理、准确、垂直，彼此间距不宜大于3.5 m，靠端头的导管中心至槽段端部的距离不大于1.0 m，以保证混凝土流动过程中覆盖整个仓面且能确保均匀上升。

开浇前，导管下口置入一个可浮起的隔离塞球，塞球通过钢丝经管内达上部管口扎紧。开浇时先注入水泥砂浆，随即浇入足够的塑性混凝土，此时剪断塞球的钢丝，从而挤出塞球并埋住导管底端。浇筑过程中导管下端口始终要埋入塑性混凝土中，其埋入深度大于1 m，但不宜超过6 m，严禁将导管拔出塑性混凝土面。塑性混凝土面应均匀上升，上升速度不得小于2 m/h，各处高差控制在0.5 m 以内。塑性混凝土浇筑应连续进行，若因故中断，中断时间不得超过40 min。槽孔口设置钢盖板，导管从钢盖板中穿过，避免塑性混凝土由导管外散落在槽孔内，影响浇筑质量。塑性混凝土终浇高程高于防渗墙墙顶设计高程0.5 m。

3 帷幕灌浆施工

3.1 先导孔施工

帷幕灌浆钻孔分两序施工，将部分Ⅰ序孔作为先导孔先行施工。根据先导孔的施工效果，确定是否需对有关设计参数进行修正，以达到更佳的灌浆效果。

3.2 钻 孔

钻孔开孔直径91 mm，终孔直径75 mm，选用XY-2PC 型回转式钻机钻进。先导孔和检查孔按规定分段钻取岩芯，进行地质编录。钻孔偏差需符合设计规定，否则报废原孔，重新钻孔。

3.3 钻孔冲洗

灌浆前采用灌浆泵向孔底注入清水进行冲洗，至孔口返水澄清10 min 后结束冲洗，孔内残留岩芯沉积厚度不超过20 cm。

3.4 压水试验

采用“简易压水法”，试验压力为灌浆压力的80%，压水20 min，每隔5 min 测读一次压入流量，取最后一次流量值计算透水率。

3.5 浆液制备

在左右坝肩各设置一个集中制浆站，每个集中制浆站配备一台高速制浆机和一个储浆桶，水泥采用42.5 级普通硅酸盐水泥，浆液拌制时间不少于3 min，浆液在使用前应过筛，制备至用完的时间小于2 h。

3.6 灌 浆

采用自上而下分段灌浆法施工。灌浆压力起始段为0.2 MPa，最大为0.5 MPa。浆液浓度由稀到浓逐级变换，水灰比采用3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1 五个比级。当灌浆压力保持不变而注入率持续减少，或注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得变换水灰比；当某一比级浆液的注入量达到300 L 以上或灌浆时间达1 h 以上，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，应改浓一级水灰比浆液灌注；当注入率大于30 L/min 时，可根据情况越级变浓浆液灌注。在规定灌浆压力下，注入率不大于0.4 L/min时，继续灌注60 min 或注入率不大于1 L/min 时，继续灌注90 min，便可结束该段钻孔的灌浆。

4 防渗效果检查

塑性混凝土防渗墙的施工质量和防渗效果采用开挖取样、超声波检测及注水试验等手段进行检验；帷幕灌浆通过钻设质量检查孔做压水试验检查其防渗效果。检测结果如下：

1）共选取4 个部位开挖取样检测，墙体未有明显的夹泥、分缝现象，成墙质量较好。塑性混凝土试样28 d 抗压强度均大于2 MPa，平均为2.37 MPa。

2）预埋了9 根超声波测管，分3 组检测，每组3 根测管。其中1 组布置在相邻的两个槽段内，以检测接头部位的成墙质量。发射和接收传感器从测管底部同步上升，移动点距为0.25 m。经检测，第一组和第二组波速未出现异常，塑性混凝土均质性较好，接头紧密；第三组中的两根测管对测深度1.75 m 时，波速稍低，判断该处存在泥夹层，但因波速衰减不大，未做处理。

3）选取了6 个槽段进行钻孔注水试验，渗透系数分别为4.56×10-7cm/s、6.42×10-7cm/s、5.35×10-7cm/s、7.21×10-7 cm/s、6.66×10-7 cm/s、5.49×10-7cm/s，满足设计要求。

4）帷幕灌浆质量检查孔的数量为灌浆孔的10%，检查孔各孔段压水试验透水率均小于0.03 l/（min.m.m），平均为0.0117 l/（min.m.m），灌浆效果良好。

5 结 语

塑性混凝土是用黏土和膨润土取代普通混凝土中的大部分水泥形成的一种柔性工程材料。与普通混凝土相比，塑性混凝土弹性模量低、极限应变大、能适应较大变形、抗渗性能好，同时还具有节约水泥、降低造价等优点。塑性混凝土防渗墙结合帷幕灌浆已广泛应用于施工围堰、老坝除险加固等工程。实践中精心组织施工，加强质量控制，可取得满意的防渗效果。

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