水利水电防渗墙施工技术研究

 摘要:防渗墙施工技术施工简便、结构可靠、防渗效果良好，且造价不高，是我国水利水电工程覆盖层防渗处理首选技术。文章对此展开探究，概述了防渗墙施工技术，探究混凝土防渗墙施工技术在水利水电工程中的运用，介绍了施工工艺，提出了施工过程中的控制难点与对策，旨在推动混凝土防渗墙技术在水利水电工程建设中的发展。

关键词:水利水电工程;混凝土防渗墙;混凝土浇筑

随着国民经济的快速增长，水利水电工程建设发展迅速，相应的问题也逐一凸显而出。我国小型水利水电枢纽工程数量比较多，分布较广，坝型也普遍多样化，发挥着防洪减灾、农业灌溉、提供生活用水等重要作用。这些水利水电工程普遍存在一些病险，是行业重点关注的内容，比如防洪标准较低、坝基发生渗漏等问题，导致水利水电工程运行出现不稳定因素，产生安全隐患。对此，应当加强对常见病害的防范管理。可以说防渗墙是水利水电工程最关键的防渗处理措施，防渗墙技术本身具有很多优势，包括墙体厚度较小，耐久性比较好，同时造价也不高。近几年防渗墙技术已逐渐成为水利水电工程的首选防渗施工技术。因此，探究混凝土防渗墙在水利水电工程中的运用具有现实意义。

1、防渗墙施工技术

1．1概述。防渗墙是一种修筑于松散透水层、土石坝中起到防渗作用。防渗墙技术最早起源于20世纪50年代的欧洲，因其技术结构可靠、防渗效果良好，且适用于各类地层环境，施工简便、造价较低，特别是对坝基渗漏与坝后流土问题的防治效果良好，因此在国内外都得到了广泛的应用，我国水利水电覆盖层与土石围堰等防渗压力的防渗处理首选就是防渗墙。防渗加固是处理病险水库大坝的主要工程措施，常用的防渗加固技术包括灌浆防渗加固与防渗墙加固技术。其中高强度的混凝土或塑性混凝土防渗墙技术在堤坝工程除险加工中得到广泛应用，且取得了较好的效益，同时高强度混凝土防渗墙也存在因高弹性模量造成墙体的问题［1］。
1．2分类。混凝土防渗墙在结构型式与材料等方面有多种分类，且布置形式与成槽技术也有所不同。按照墙体的结构来分，包括槽孔型、桩柱型以及混合型三种防渗墙。运用比较广泛的是槽孔型防渗墙。如果按照材料分类，则有钢筋混凝土、黏土混凝土、塑性混凝土以及灰浆等防渗墙。按照成槽方法，则有钻挖式、射水式、链斗式以及锯槽式四种。
1．3适用地质条件。防渗墙施工通常要穿越松散的覆盖层与破碎的基岩，直到接触较为完整的基岩。勘探工作中，必须掌握松散覆盖层的厚度，以及层位分布，获取透水性、顶部风化程度。防渗墙运用于玄武岩、花岗岩中的岩深度最高达到36．29m;在粉砂岩、白云岩入岩深度达到9～12m;在板岩、石英岩中最大深度为4m。这些参数主要与岩石的风化程度相关。比如玄武岩的柱状节理发育风化带比较厚，入岩深度最深，而沉积岩的风化略弱，入岩深度略浅，变质岩的风化最弱，入岩深度也最浅。在水利水电工程中还可能遇到双层结构地基或多层结构地基，这对地基的渗透稳定性与结构应力有一定影响。如果是表面不透水覆盖、下层透水性较强的砾石层，在不透水的层面会造成高承压水头，导致流土。不同土层的交界处也会产生较大的负弯矩，所以在勘探过程中必须掌握渗透系数，弄清各层厚度与分布［2］。

2、混凝土防渗墙在水利水电工程中的运用

2．1施工准备。技术准备:全面掌握防渗墙中心线地质资料，了解施工区段心墙深度与土料情况、基岩情况;熟悉与掌握设计图，完善技术交底工作，严格执行防渗墙施工规范，编制施工组织设计。机械设备准备:机械设备有EN－CJ型冲击钻机、泥浆泵、强制式拌合机、混凝土输送泵、配电设备等;同时准备空压机、气举反循环装置、水泵、电焊机，以及常用机械设备的易损配件。材料准备:选用普通硅酸盐水泥，砂石材料就近取材，材料质量与数量必须满足施工要求。
2．2工艺流程。单槽施工按照先主孔、后副孔的原则，相邻槽连续采用劈打法。具体的工艺流程如下:场地平整→测量放线→导向槽混凝土浇筑→钻机就位→冲击单槽主孔→单槽副孔→清孔换浆→单槽验收→下导管→下隔离球→水下混凝土浇筑→拔导管→成槽验收。1)造孔。采用CJF—20型冲击钻机，其钻托的厚度为22cm。利用悬吊提升钻头，主副卷扬机提升能力50kN，通过自重垂落，达到反复冲击，破碎土层成槽，同时将碎屑残渣从槽孔中清除。2)泥浆系统。造孔泥浆是用来支撑孔壁的，造孔过程中，孔内的泥浆面应当在导墙顶面下部30～50cm。泥浆密度为1．1～1．2g/cm3，漏斗黏度18～25s，含沙量≤5%，胶体率≥96%，稳定性≤0．03，pH值7～9。3)划分槽段。将每个施工段划分为单个槽段，长度根据钻头宽度来确定。孔位允许偏差控制在3cm以内，孔斜率控制在0．4%以内，嵌入基岩深度控制在0．5m以上，黏土岩面深度根据邻孔基岩面高程确定。采用埋管法，以便于安全拔管，混凝土初凝后转动接头管，终凝后即可拔出槽孔。4)清孔。单槽孔造孔后，清孔换浆，采用泥浆循环法或者气举法，清孔结束后要求孔底淤积厚度在10cm以内，泥浆密度≤1．30g/cm，粘度≤30s。清孔后在4h内混凝土浇筑。5)混凝土浇筑。利用多套导管浇筑，内径为150mm。控制导管间距为3m。一期控制槽孔孔距为1．5m，二期1．0m。浇筑要求导管埋深1m以上，混凝土面上升速度控制在2m/h以上，保持匀速提升，确保高差在0．5m左右，隔25min测试混凝土面深度1次。设置盖板，避免散落槽孔内。

3、防渗墙成墙工艺比较

3．1多头深层搅拌水泥土成墙。多头深层搅拌水泥土成墙是通过多头钻进的方式喷浆，同时充分均匀搅拌，将水泥浆与土体混合，形成水泥土桩。再将各水泥土桩进行连接，最终形成固结的水泥土防渗墙。最大成墙深度为23m，水泥土渗透系数为0．3MPa［3］。多头深层搅拌水泥土成墙工艺施工简单，单位造价成本比较低，也不会产生泥浆污染。多头深层搅拌水泥土防渗墙的防身效果比较显著，地下防渗工程中结构质量很可靠，具有较为广阔的发展前景。
3．2锯槽法成墙。锯槽法成墙技术是利用锯槽刀杆进行切割成槽，控制切割角度在标准范围内，沿槽孔轴线切割开槽，控制切割速度为1m/h，将所有被切割坠落的土体排出槽孔，主要利用反循环排渣系统，再利用泥浆维护槽壁。成槽深度在10m左右时，利用土工布隔离体分隔槽段，将槽段与浇筑段分离，然后清理槽孔，形成防渗墙体，控制宽度在0．3m内。将刀杆进行变换组合使用，控制开槽宽度与深度分别为0．5m、40m。该成墙工艺技术效果相对较好，成墙质量比较高，属于连续成墙，比较适用于砂砾石地层。同时可以结合灰浆技术成墙，可以满足防渗墙强度与抗渗性的不同标准，便于适用不同工况环境。
3．3射水法成墙。射水法建造地下连续墙技术最早于1982年开始研究，主要工作原理同样是切割土层，但利用的是水泵喷射形成高压水，对土层结构进行冲刷破坏，破碎的土层与水混合堆积，再利用砂砾泵抽出。然后利用卷扬机配合水泵机反复运动，对下一层土体结构进行破坏，沿孔壁切割与修整，确保槽孔的规格与尺寸满足设计要求。同样采用泥浆对槽孔固壁处理。成槽之后，收回水泵成型器，利用造孔机继续造孔，再利用混凝土浇筑机通过导管浇筑建成槽板，之后利用搭接技术形成连续墙，一般控制墙体厚度在2．2m～4．5m之间。

4、混凝土防渗墙施工技术控制难点与预防措施

4．1塌孔预防。为了及时预防槽孔崩塌，在施工现场应当及时准备相应的材料，比如水泥与黏土等，用来堵漏。发生塌孔的原因有多个方面，有可能是泥浆性能没有达到要求，也有可能是潮汐过程中水位差发生变化，导致落水压力不稳定，还有可能是施工不当，比如提钻过程中碰撞孔壁等。操作人员应实时注意槽孔内浆面的变化，及时处理漏浆现象，防止事故进一步扩大。
4．2墙体断层预防。在浇筑槽孔的过程中，必须制定技术人员测量记录砼面深度，导管埋深应当按照要求进行，避免导管脱离砼面。墙段连接方法包括接头管法、切削法。前者采用无缝钢质接头管，管径略＜墙体厚度10mm，确定接头管起拔时间，如果接头管出现拉断，如果接头管难以去除，同时墙体接缝出现问题，则及时利用喷射浆对接头管进行包裹，补救接缝。后者是直接切割掉墙体材料制定部分，形成锯齿状再进行连接，具体切割长度要按照墙体深度来确定，一般控制切削长度与厚度一致。
4．3导管堵管预防。在埋设导管前，仔细检查导管质量，混凝土灌注过程中，采用导管法，如果预防措施没有做好，可能会导致出现导管进水、塞管等问题。对于初始阶段导管进水，可能是因为首批混凝土储量不够，下落后无法完全埋没导管，对此应当提出导管，将散落孔底的混凝土拌吸出，制定解决方案。完善清孔验收工作，包括孔内泥浆性能、孔底淤积厚度、接头刷洗质量、导管间距、终浇高程等内容。

5、结束语

综上所述，随着水电工程建设的快速发展，防渗墙施工技术因其施工简便、结构可靠、防渗效果良好，且造价不高，而成为水利水电工程覆盖层防渗处理首选技术。为了保证混凝土防渗墙施工质量，应当完善施工工艺与流程，加强质量控制与病险预防，优选成墙工艺，预防质量事故，不断完善防渗墙施工技术，保证水利水电工程建设质量的可靠，推动水电工程的可持续发展。