復雜地質條件下混凝土防滲墻施工質量控制

夏成元，卜偉，鄒亮

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川成都610072)

1 工程概況

魯基廠(鄧子山一級)水電站位于云南省普渡河下游河段的祿勸縣則黑鄉小河口村下游約1.5 km處，電站距祿勸縣100 km，距昆明公路里程177 km，是《昆明市普渡河干流(岔河～金沙江匯口)水能規劃》中推薦的八級開發方案中的第六級水電站。

該電站工程水庫校核洪水位高程1 089.37 m，正常蓄水位高程1 090 m，設計總庫容0.094 1億m3，該工程等別屬Ⅲ等，工程規模為中型。首部樞紐建筑物從左至右依次為:左岸混凝土重力壩、沖沙泄洪底孔、泄水閘、右岸混凝土重力壩和右岸土石壩連接段，大壩前緣總長235 m。

壩址兩岸為不對稱“V”型谷，左岸臨河分布有寬約50 m的礫卵石低漫灘地，右河床為主河道，寬約25 m，上部多為崩坡積層覆蓋。壩址區出露的地層有震旦系、寒武系和第四系松散堆積層。上部含泥砂礫卵石滲透性屬中等～強透水，基巖相對隔水層埋深較大，壩基滲漏及滲透穩定問題較突出。壩址區分布有兩條分支斷層(F1、F2)，破碎帶寬3～5 m，基巖以碎裂狀的頁巖、砂質頁巖為主。受普渡河斷裂帶影響，節理、裂隙發育。

為解決壩基滲漏及壩肩繞滲問題，壩基采用單排懸掛式混凝土防滲墻防滲，混凝土壩段內墻厚度為0.8 m，墻體最大深度為46 m，成墻面積約8 000m2;土壩段厚度1.2m，墻體最大深度28m，成墻面積1 725 m2。

2 防滲墻施工特點

根據地層特點和現場實際情況，該工程防滲墻具有以下特點:

(1)與閘基振沖碎石樁同時施工，存在一定干擾因素;

(2)汛期施工，河床水位變化大，對槽孔穩定有較大影響;

(3)地質條件復雜，地層結構變化大，存在松散、架空塊石層，造孔中漏漿現象嚴重;

(4)還可能存在墻底沉渣淤積太厚、墻身夾泥，一期和二期之間接頭滲漏水等影響防滲墻施工質量的其它因素。

3 施工工藝流程

該工程防滲墻槽孔分兩期施工。槽孔施工采用傳統的“鉆劈法”，先采用沖擊鉆機鉆進主孔，然后劈副孔，采用泥漿固壁、抽砂桶除渣和清孔，泥漿下直升導管法澆筑混凝土。一、二期槽孔搭接采用“套接法”。防滲墻施工程序見圖1。

4 關鍵工序施工方法及質量控制

4.1 特殊地層條件下的造孔技術措施

4.1.1 孔斜的預防及處理措施

由于該工程地層結構變化大，部分地層中含有大量的松散塊石，架空現象嚴重，在鉆孔過程中極易發生孔斜現象，遇到該情況時，在漂石邊緣造孔采用勤提鉆、輕打的方法成孔，如效果不明顯，則回填強度較高的碎石，重新沖擊孔段，將回填碎石和探頭石一起沖擊破碎，取得了良好效果。

施工中發現孔斜超標時，可在鉆頭上加焊耐磨塊，在孔口捆綁方木進行強制性修孔。當孔斜超標較多、修孔不明顯時，填石塊至孔斜的高程，重新造孔。當遇大孤石嚴重影響孔斜時，采用爆破進行處理。

圖1 防滲墻施工工藝流程圖

4.1.2 塊石密集層和架空層的處理

對于大塊石或孤石含量多且分布較密集的范圍，劃片區先采用鉆孔預爆的方式對直徑大的塊石進行分解后再繼續鉆進，個別部位則采取水下鉆孔或聚能爆破的方式處理漂石。通過以上兩種方式的運用，在該工程施工中節約了大量人工，縮短了施工周期，取得了較好的效果。

對于施工過程中遇到架空層時，采取迅速投入現場預先儲備的粘土球與砂礫石摻和料至一定高度，然后用鉆機進行不排渣鉆進，反復多次沖擊進行處理。同時，鉆進中要注意觀察，不可冒進處理。

4.1.3 漏失地層的處理

在施工過程中，特別是一期混凝土防滲墻施工過程中遇到漏漿情況較多，地層松散，大空隙、架空層是漏漿的主要原因。為防止泥漿發生大量漏失，在施工現場預先準備了足夠數量的粘土、水泥、鋸末、膨脹粉等堵漏材料。發生漏失時，按照以下方法和原則進行了處理:

①在一般漏失地層中造孔時，適當提高泥漿粘度，向孔內間斷投入粘土，并隨時注意漿面變化，及時補充泥漿。

②在強漏失地層中造孔時，向槽孔內分層(0.5～1 m)投入粘土、鋸末、水泥或膨脹粉等堵漏材料，用重鑿沖擊擠密改變地層結構以改善漏失情況，而后再行鉆進。

③堵漏要及時，一旦發現槽內漿面快速下降，發生漏漿時應立即停止鉆進，及時進行處理，以防槽內漿液大量漏失后發生更嚴重的事故。

④在槽孔上部開孔時，要控制鉆進速度，進尺不要過快。主要擠壓孔壁，以利保持上部孔口的穩定。

⑤舍棄不符合泥漿指標的泥漿，嚴格控制回收泥漿的質量，確保孔內泥漿的技術指標符合造孔要求。

⑥造孔完成后，做好后續工序的銜接和統籌安排，盡快澆筑混凝土，以減少槽孔空置時間。

⑦盡量控制孔口清水的使用量，以免稀釋泥漿。

4.1.4 塌孔的處理

該工程復雜的地質條件決定了沖擊鉆成孔必然會出現很多問題，塌孔現象在成孔過程中時有發生，個別槽孔在成孔后還出現了大面積塌孔，導致測量孔深時與設計孔深相差較大，處理方法是在成槽后并經檢測判斷是塌孔時，采取回填粘土，重新鉆進，成槽后盡快澆筑混凝土的措施。雖因塌孔致澆筑方量增大，但槽孔質量得到了保證。

在造孔過程中或槽孔完成后應注意觀察槽孔內的泥漿液面，塌孔的前期征兆往往會出現冒氣泡，漿位突然升高，此時就應停止造孔，檢查判斷是否可能塌孔，早發現，早處理，可以將出現重大事故的概率降到最低。

4.2 清孔和孔底淤積控制

槽孔鉆掘完成后，泥漿中的鉆渣都沉淀在槽底，沉渣如果埋置在防滲墻底部，將影響接觸部位的防滲能力，在高水頭作用下將可能產生集中滲流;沉渣過多還會增大墻體的沉陷變形，沉渣在泥漿中會不斷沉積在混凝土表面，甚至會裹入混凝土內，形成墻體中的薄弱部分，沉積在混凝土表面的沉渣會降低混凝土的流動性，使混凝土表面不良部分加厚。

在該工程施工過程中，前期主要采取抽筒抽砂的方法進行清渣，該法操作簡便，但效率低，泥漿損耗較大，操作過程中應多上下提動抽筒，將孔底沉渣攪動，再將砂抽至干凈為止。但由于此方法清渣的局限性，清孔時間不僅長，而且還不易達到合格標準，后逐步改為氣舉反循環法清孔，這種方法清孔結束后1 h，在距孔底0.5～1 m處，通過對槽孔內的泥漿進行取樣檢查，結果完全達到合格標準。

4.3 接頭孔的處理

各單元墻段由接頭連接整體，墻段間的接縫是薄弱環節，如果施工質量不好，有可能在某些接頭縫處產生集中滲漏，嚴重者會引起墻后地基土的流失，造成塌陷。

在該工程施工中采用的是鉆鑿法連接，這是國內廣泛采用的一種接頭方法，其優點在于工藝簡單，不需要專門的設備，形成的接縫可靠;缺點是損耗10%左右的墻體材料和部分工時。

鉆鑿法的施工質量主要取決于以下兩個方面:一是接頭孔的造孔質量，接頭孔的空間位置要盡量與一期槽孔原主孔的位置保持一致;二是二期槽孔施工時清孔泥漿對一期槽孔端面的刷洗質量，如果泥漿黏度太小，懸浮力差，含砂量過多，沉積的泥沙會擠到端頭接縫;如果刷洗不完全，則會形成接縫夾泥，所以，在施工中采用優質泥漿，接頭刷洗次數足夠才能保證形成連續的墻壁體。

4.4 混凝土澆筑

4.4.1 導管的選擇和下設

(1)在槽孔澆筑之前，應根據槽孔的深度，認真合理地進行澆筑用導管的搭配，一般要求所選用的導管內壁應光滑圓順，內徑一致且接口嚴密。

(2)在導管下設時，應根據澆筑槽段的長度，對導管下設的套數及導管在槽孔內下設的位置做出準確的判斷。當槽孔內使用兩套以上導管時，中心距不得大于4 m，當采用一級配混凝土澆筑時，導管中心距也不得大于5 m。槽端的導管距孔端或接頭管宜為1～1.5 m，二期槽端的導管距孔端宜為1 m。當槽底高差大于25 cm時，導管應布置在其控制范圍的最低處。在導管的下設過程中，應按一短一長的要求下設，在漏斗下及底管上應主要下設長度為0.5～1 m的澆筑導管，避免在澆筑過程中當澆筑無法進行時，能夠在保證導管埋深的前提下進行導管的拆除。同時，在導管的下設過程中，應該認真檢查每根下設導管的密封性能，查看導管的接頭處是否都有橡膠圈密封防水，做好每根下設導管的編號工作并進行記錄，便于澆筑過程中控制導管的拆除速度。導管下設結束后，導管距孔底的距離應控制在15～25 cm范圍內。

4.4.2 澆筑用混凝土的質量控制

澆筑開始時，應根據澆筑槽段長度、澆筑槽段各孔孔深情況及槽孔淤積情況，在澆筑開始時，向澆筑槽孔內注入一定量的砂漿，沖散或稀釋導管底部的淤積。澆筑用的混凝土應具有良好的和易性、塌落度及擴散度，且嚴格按照混凝土配合比進行澆筑用混凝土的拌制。當在夏季或者雨季進行澆筑時，應根據現場的實際情況，由試驗室人員對混凝土配合比進行適當的更改，以避免在澆筑過程中出現堵管等事故。混凝土在入孔時的塌落度應保證在180～220 mm，擴散度應保證在340～400 mm，同時塌落度保持在150 mm以上的時間應不小于1 h。

4.4.3 澆筑過程中的質量控制

在澆筑過程中，應嚴格控制各導管混凝土的入孔速度，至少每隔30 min測量一次孔內混凝土面的深度，每隔2 h測量一次導管內混凝土面的深度，以保證將各導管的混凝土面高差控制在50 cm以內，避免因混凝土澆筑時高差過大、墻體出現局部夾泥的質量問題。槽孔澆筑時，必須控制好導管的拆卸速度和埋設深度，且混凝土的初存量應滿足首批混凝土入孔后導管埋入混凝土中的深度不小于1 m，并不宜大于6 m，避免導管提脫，防止墻體混凝土出現骨料集中和斷墻的現象。在槽孔接近澆筑結束的時候，應增加導管提升的頻率，使得墻體上部的混凝土更加密實，同時，在槽段的澆筑過程中，槽孔孔口應設置蓋板，避免混凝土散落在槽孔內，導致孔內蓋重過大，給混凝土澆筑帶來困難。

5 結語

(1)魯基廠水電站壩基混凝土防滲墻完工后，采用了局部范圍墻體開挖、鉆孔取混凝土芯樣并做注水試驗等方法進行墻體質量檢查，檢查結果均滿足設計技術要求。該水電站于2010年竣工投產，壩址區埋設的滲流監測儀器讀數表明，壩基滲流量完全控制在設計允許范圍之內。實踐檢驗證明該工程的混凝土防滲墻質量控制和防滲效果良好。

(2)魯基廠水電站壩址區地質條件復雜，防滲墻施工難度大，特別是一期混凝土防滲墻施工過程中出現的問題更多，不僅遇到的地質條件復雜多變，使造孔過程中出現了大范圍塌孔、嚴重漏失、槽孔偏斜等特殊情況，且還存在與振沖施工相互干擾、施工場地受限，先進的施工機械設備(如抓斗)無法使用等客觀條件的限制，但通過前期周密策劃和精心組織，各種技術難題均得到有效解決，影響防滲墻質量的干擾因素也被逐一排除，按照業主要求的工期目標圓滿地完成了防滲墻施工，在技術、經濟和管理等方面取得了較好的成績，可為今后類似復雜地層的混凝土防滲墻施工提供一定參考。