砂礫（卵）石地層防滲墻施工及 聚丙烯酰胺堵漏技術的研究及應用

劉榮強 李勝濤

【摘要】本文以黃河大河家水電站防滲墻施工為例，介紹砂礫（卵）石地層防滲墻施工技術，并試驗新型材料聚丙烯酰胺在處理塌孔漏漿中的應用。

【關鍵詞】防滲墻；接頭管；聚丙烯酰胺

1、工程概況

大河家水電站工程屬三等中型工程，主要開發任務是發電。樞紐主要由河床式電站廠房、泄洪閘、左、右岸堆石壩等建筑物組成。水庫正常蓄水位1783.00m，總庫容390萬m3。電站等別為三等中型工程，主要建筑物級別為3級。右岸防滲墻總體上場地開闊平坦，但處于河床、高漫灘和階地過渡帶，在地形上略有變化。防滲墻下部基巖為第三系紅層，總體巖層產狀NE23°NW∠15～19°和NW330°SW∠18～19°。巖性為粘土質粉砂巖、砂巖、砂巖夾礫巖，呈磚紅色，局部夾白色石膏膜，粘土質泥巖強度較低，允許承載力0.6～0.8MPa；基本無強風化，弱風化帶厚7.5～9m，巖體透水率大多小于1Lu，屬微透水；防滲墻深入巖石至少1m。

2、總體技術方案的設計

2.1 主要施工工藝。（1）防滲墻采用“鉆劈法”快速成槽，即：Ⅰ期槽孔兩端孔造孔采用CZ-22型沖擊環鉆機鉆鑿，先鉆取端孔及主孔，再鉆取中間副孔；（2）優質泥漿護壁，確保孔壁穩定；（3）混凝土泵送混凝土至槽口；（4）泥漿下“直升導管法”澆筑混凝土，屬成熟工藝；（5）25t汽車吊輔助澆筑混凝土；（6）采用YBJ1200型液壓拔管機進行“接頭管法”墻段連接，節約混凝土及接頭鉆鑿工時，并可以最大限度地保證接縫質量。

2.2 槽段劃分。根據我公司長期從事防滲墻施工的經驗，我們采用“跳槽法”施工，Ⅰ期槽段長度為6.6m，Ⅱ期槽段實際澆筑長度為7.2m。

2.3 護壁泥漿。粘土或膨潤土泥漿顆粒分散在水中形成懸浮液在造孔中起到固壁、冷卻鉆頭、懸浮和攜帶鉆渣作用。成槽時泥漿向底層滲入，附著在孔壁形成泥膜。泥漿性能控制指標見表1、表2。

泥漿配合比應按試驗配比確定，膨潤土泥漿選用高速攪拌機拌制，加料量誤差應小于5%。

2.4 造孔工藝。成槽質量標準不低于如下設計要求：孔位中心允許偏差不大于3cm、孔斜率不大于0.4%；遇有含孤石、漂石的地層特殊情況時，其孔斜率應控制在0.6%以內；對于一、二期槽孔接頭套接孔的兩次孔位中心任一深度的偏差值應不大于施工圖紙規定墻厚的1/3，并應采取措施保證設計厚度，孔深符合設計要求。

2.5 槽孔造孔檢查。（1）槽孔的位置和厚度。開工前，在槽孔兩端設置測量標樁，根據標樁確定槽孔中心線并且始終用該中心線校核、檢驗所成墻體中心線的誤差。孔位在設計防滲墻中心線上下游方向的允許偏差不得大于3cm，在不同方向都應滿足此要求。（2）槽孔偏斜測量。槽孔壁面應平整垂直，防止偏斜，槽孔兩端孔孔斜率不大于3‰，其它槽孔孔斜率不大于4‰，且相鄰槽段的偏斜方向盡量一致，整個槽孔孔壁平整無探頭石和波浪形小墻，遇含孤石地層及基巖陡坡等特殊情況，應控制在6‰以內。

2.6 終孔及清孔驗收。清孔采用抽筒抽取法，清孔同時向槽內補充新鮮泥漿。二期槽孔清孔換漿結束前，用刷子鉆頭分段洗刷一期槽孔端頭的泥皮和地層殘留物，以刷子鉆頭上基本不帶泥屑，孔底淤積不再增加為合格標準。槽孔清孔換漿結束后lh，應達到下列標準：孔底淤積厚度≤10cm，槽內膨潤土泥漿密度≤1.15g/cm3，馬氏漏斗粘度不大于32～50s，含砂量≤6%，泥漿取樣位置距孔底0.5-1.0m。使用黏土漿時，孔底淤積厚度≤10cm，槽內膨潤土泥漿密度≤1.3g/cm3，500/700漏斗粘度不大于30s，含砂量≤10%，泥漿取樣位置距孔底0.5-1.0m。

2.7 鋼筋籠制作與下設。（1）制作。鋼筋籠的外形尺寸應根據相應槽段長度、深度、接頭型式及具備的起吊能力等因素確定；鋼筋籠的結構設計應遵守DL/T5199-2004第10.1.1條的規定。與墻段接縫之間的最小距離為100mm，同一槽孔中的兩個鋼筋籠之間的最小凈距為200mm。鋼筋樓的保護層厚度不小于7.5cm。（2）沉放。鋼筋籠入槽時若遇阻礙，應進行槽孔處理，不得強行下沉；鋼筋籠入槽后其頂底高程位置為入巖50cm，頂部至設計防滲墻頂面以下40cm，作預留墻頂安裝土工膜40cm和10cm保護層，并應采取措施防止混凝土澆筑時鋼筋籠上浮。（3）鋼筋籠入槽后定位最大允許偏差應遵守DL/T5199-204第10.1.8條的規定：標高5cm，垂直軸線方向2cm，沿軸線方向7.5cm。

2.8 墻段連接。“墻段連接采用“接頭管法”，一期槽孔清孔換漿結束后，在槽孔端頭下設接頭管，混凝土澆筑過程中及澆筑完成一定時段之內，根據槽內混凝土初凝情況逐漸起拔接頭管，在一期槽孔端頭形成接頭孔。二期槽孔澆筑混凝土時，接頭孔靠近一期槽孔的側壁形成圓弧形接頭，墻段形成有效連接。（1）接頭管下設。下設前檢查接頭管底閥開閉是否正常，底管淤積泥沙是否清除，接頭管接頭的卡塊、蓋是否齊全，鎖塊活動是否自如等，并在接頭管外表面涂抹潤滑油。（2）接頭管起拔注意事項。第一，混凝土正常澆注時，應仔細的分析澆注過程是否有意外，并隨時從澆筑柱狀圖上查看混凝土面上升速度的情況以及接頭管的埋深情況。第二，由于混凝土強度發展越快，與管壁的凝結力增長越快，其起拔力增長的也越快，因此，必須準確的檢測并確定出混凝土的初終凝時間，盡量減小人為配料誤差。第三，一旦發生接頭管偏斜，應立即采取糾偏措施，即在混凝土尚未全凝結之前通過垂向的起拔力重塑孔型，使接頭管盡可能的垂直或順直。第四，安排專職人員負責接頭管起拔，隨時觀察接頭管的起拔力，避免人為因素發生鑄管事故。

2.9 墻體材料及其澆筑。（1）設計技術混凝土的主要物理學性能指標。混凝土為C25W6F100（二級配）：混凝土強度C25，抗滲標號W6，抗凍標號F100；入槽坍落度18～22cm，坍落度保持15cm以上，時間應不小于1h；擴散度34～40cm；初凝時間不小于6h，終凝時間不大于24h；混凝土密度不小于2100kg/m3；普通混凝土的膠凝材料用量不低于350kg/m3，水膠比：不大于0.6；砂率不小于40%；骨料級配：二級配，最大骨料粒徑不大于40mm。（2）混凝土澆筑。混凝土澆筑采用“泥漿下直升導管法”，導管埋入砼深度不小于1.0米，不大于6.0米。一期槽端導管距孔端1.0～1.5m，二期槽端導管距孔端1.0m。兩導管間距不大于4.0m。控制混凝土面上升速度不小于2m/h，不宜大于6m/h。導管底口距槽底距離控制在15～25cm范圍內，當槽底高差大于0.25m時，要將導管置于控制范圍的最底處。

2.10 防滲墻墻體質量檢查。墻體質量檢查應在成墻后28天進行，檢查采用鉆孔取芯、注水試驗檢測方法進行。檢查孔數量按10～20個槽孔一個，且應保證接頭孔段至少有一檢查孔，位置應具有代表性。（1）合格標準。抗滲標準應達到設計值，合格率達90%以上，不合格部分的物理力學指標必須超過設計值的80%以上，且不得集中在相鄰槽孔中。（2）檢查孔封孔。檢查孔必須按機械壓漿封孔法進行封孔；封孔材料應為水泥砂漿，水泥：砂=1：1.3。

3、砂礫（卵）石地層塌孔漏漿處理及聚丙烯酰胺的應用

防滲墻作為基礎處理中防滲效果最好的施工工藝之一，其在施工過程中因各種因素常常會出現各種塌孔漏漿現象，尤其在砂礫（卵）石地層中塌孔漏漿又是常常出現的。黃河大河家右岸防滲墻工程綜合施工技術研究中對其做了如下試驗并取得了較好的效果。（1）導墻下部塌孔。導墻下部塌孔是防滲墻施工中較為多見的塌孔現象，容易造成平臺下陷、鉆機傾覆等質量安全事故。本項目地層級配較差，卵礫（卵）石含量較多，含泥量偏低，本工程采用了如下方法，基本解決了導墻下部塌孔的問題，保證了施工質量及施工安全：在開孔及10以內的造孔施工中，采取添加粘土，沖擊鉆機自行造漿；低錘密擊，此段施工放慢進尺速度，將地層最大限度的擠密。（2）單孔，單點位底部漏漿。在單孔鉆進至某一部位時，有時會發生嚴重的漏漿現象，孔內漿面迅速下降，造成塌孔埋鉆且補漿難度大。而常規的回填粘土，混凝土等方法增加了鉆頭處理的難度以及造孔回填量。本工程采用聚丙烯酰胺解決此種塌孔漏漿，取得了較好的處理效果，具體做法如下：在發生此種類型的塌孔漏漿時，馬上將5公斤左右的聚丙烯酰胺干粉精確的放置到漏漿點位，同時及時向槽孔內補漿并攪拌。聚丙烯酰胺會迅速絮凝將漏點堵住。（3）槽孔上部漏漿。槽孔上部漏漿是防滲墻施工時較為常見的漏漿現象，常規做法在漿液中加入鋸末等材料進行封堵，但有時收效甚微。本工程利用聚丙烯酰胺絮凝速度快，絮凝體黏聚性強，密度輕（比重接近為1.0）等特點，在漏漿發生時將干粉狀聚丙烯酰胺準確的放置到漏漿位置并攪拌，絮凝體在漏漿的過程中隨著漿液滲入孔壁裂隙、孔洞，迅速封堵漏漿區域。

4、墻體質量檢查結果

墻體質量檢查應在成墻后28天進行，檢查采用鉆孔取芯、注水試驗檢測方法進行。

4.1 經注水試驗檢查，檢查孔數據結果滿足設計和規范要求，見表3。

4.2 巖芯情況。巖心較完整、密實，骨料均勻，外壁光滑；最大取芯率為100%，最小取芯率為91%；最短長度10cm，最大長度220cm。

5、結語

黃河大河家水電站防滲墻技術的應用，保證了工程的順利進行，聚丙烯酰胺類環保泥漿的應用對大漏失地層的效果明顯，取得了顯著的經濟和社會效益。