深厚覆蓋層樞紐混凝土阻滲墻的施工技術研究

汪國喜、方斌

（江西省路港工程有限公司，江西南昌 330000）

0 引言

水利樞紐壩址區是水壓力最集中的區域，在防滲透上對技術和質量要求特別高。如果壩址區河槽又具有深厚覆蓋層，其防滲處置技術愈發關鍵重要。案例為一處壩址區具有深厚覆蓋層的大型水利樞紐工程，工程在采取“先筑阻滲墻，再筑壩”工藝中，面臨填筑壩體時河槽向上游壓擠，而蓄水后又要面臨向下游回壓變形的雙重考驗。為保證在后期變形中混凝土阻滲墻不因過度應力集中而遭受結構損壞，工程采取了合理的槽段劃分、合適的阻滲墻段連接、特別配制的固壁漿液、強透漏巖土層成槽等施工技術，圓滿完成了混凝土阻滲墻和樞紐壩體建設任務。梳理介紹相關施工技術要點，對深厚覆蓋層樞紐混凝土阻滲墻的施工應用，有技術參考意義[1]。

1 工程概況

該水利樞紐位于昆侖山西部葉爾羌河中游，是該地區規模最大的水利工程之一，屬于Ⅰ類大型工程。壩址區覆蓋層的厚度最深93.90m，壩高165.00m；擋水壩系混凝土面板砂石壩，河床覆蓋層趾板與阻滲墻采取柔性連接，墻寬1.20m，墻深最大90.00m。為保證阻滲墻的質量，采用C30W12 混凝土，并在上部10.00m 處使用鋼筋混凝土。同時，認識到壩區巖土層十分復雜，除寒武系、二疊系和三疊系巖土層外，其他巖土層代表各個時期均有露出，需謹慎處理。壩址選在相對穩定的鐵克里克斷塊，而且壩區河床基巖面多呈現U 形，普遍比較寬。有關詳情如圖1 所示。

圖1 壩址區河槽蓋覆層狀態

河床覆蓋層從河岸向河道中央逐漸增厚。槽底坡岸的坡率約16°。在右岸河臨近床存在一條切入很深的古河道，其底部寬約15m。覆蓋層可以整體分為全新統沖積層（Q4），包括漂石、砂卵石和卵石，位于河床上部；還有中更新統沖積層（Q2），也是由砂卵石和卵石組成，位于河床下部。這兩個巖層之間分隔的是砂卵石型的膠結層。

這一全新的巖層被稱為沖積巖（Qal4），由卵石和漂石為主體組成，局部含有夾雜砂巖透鏡體。厚度在4.70～17.00m 之間，其中卵石含量約為29.70%，漂石含量約為8.80%，礫石含量為41.30%，平均砂率為17.96%，以中細砂為主，曲率系數Cc 為19.70，不均質性系數Cu 為335.30，粒徑分布不良。該處巖土層的自然干密度在2.21～2.26g/cm3，相對密度在0.74～0.88，呈現緊密狀態。在飽和狀態下，該層具有內摩擦角40.00～42.50°的抗剪強度，咬合力處于16.00～52.00kPa，滲透滲系數在（1.00～7.80）×10-3cm/s之間。

更新統沖積砂礫卵石層（Qal2），位于河床覆蓋層的下方。主要由砂礫石組成，但局域有透鏡體夾砂層存在。其厚度在5.00～93.90m，卵石量約占26.30%，漂石量約為1.20%，礫石量約為51.00%，含砂率均值為20.47%，以中細砂為主。顆粒級配不連續，曲率系數為35.70，級配不均勻，不均勻系數為368.00。在自然干燥下，該巖層的密度范圍為2.23～2.26g/cm3，相對密度范圍為0.84～0.93。在飽和狀態下，該巖層的抗剪內摩擦角范圍為41.51～42.00°，該巖層的咬合力在14.00kPa，滲透系數則在2.81×10-3cm/s～3.50×10-3cm/s 之間。該層中夾雜著多層缺少細粒填充物的卵礫石層，主要由礫徑為2.00～5.00cm 的礫石組成，礫石約占75.00%，卵石約占19.60%。該深槽具有以下特點：首先，覆蓋層自河岸向中央逐漸加厚分布；其次，基底岸坡的坡度約為16°。而在右岸河床中心附近，可以看到一條下切很深的古河槽，底部寬度大約為15.00m[2]。

2 樞紐阻滲墻施工技術

2.1 合理實施槽段劃分

在深覆蓋層條件下，面板堆石壩阻滲墻在水平載荷影響下的受力機理類似于板樁。與覆蓋層相比，阻滲墻有更大的壓縮性與剛度。在填筑壩體過程中，隨著填筑高度的增加，覆蓋層與阻滲墻接觸面的相對移位逐步增大，導致阻滲墻側墻摩擦力中性點的位置逐漸下移。相關研究顯示，阻滲墻的力學特性還與河槽截面劃分和施工工藝有關。基巖深度不同、覆蓋層較淺時，阻滲墻類似于端承樁。而河道截面越寬，阻滲墻的受力均勻性整體越好。在覆蓋層比較深的區域，阻滲墻類似于摩擦樁。此時河槽越窄，則中性點上移越好。根據覆蓋層的特性、壩基深厚和阻滲墻的應力形變特征，可以進一步研究和優化面板堆石壩的設計和施工方法，以提高阻滲墻的性能和穩定性[3]。綜合施工設備、操作難度、巖土層的復雜性等條件，阻滲墻槽段分為＜70m 的一般槽段和≥70m 的超深槽段兩種形式，更方便施工組織（見圖2、圖3）。

圖2 深于70.00m 的阻滲墻槽段劃分（單位：m）

圖3 淺于70.00m 的阻滲墻槽段劃分（單位：m）

深槽位于樁號0+152.00m—0+218.00m 段處，軸長約66.00m，分為6 個槽孔。深槽段的一期槽長采取4.60m，按2 個主孔和1 個輔助孔成槽，主孔1.20m，采取CZ-6A 沖擊鉆打孔；副孔2.20m，使用重型液壓抓斗和機械抓斗直接抓孔。二期槽長采取7.80m，槽孔分3 個主孔和2 個輔助孔，兩側主孔直接由下接管形成，而中間的主孔則采取沖擊鉆鉆成；副孔2.10m，采取抓孔作業。

槽段軸線長度約為236.00m，槽孔數量為33 個。一、二期槽段都采取7.20m 的槽長，其中主孔為1.20m，副孔為1.80m。

2.2 阻滲墻段的連接技術

由于阻滲墻最深處超過90.00m，墻體選用高強C30 混凝土，在經過雙反弧樁柱法、鉆鑿法、接頭管法等幾種連接方法比較后，決定采取接頭管連接法。該技術不僅具有優良的質量，而且能夠有效節約鉆孔和澆筑時間，從而有助于縮短工期。此外，因為各槽段的壁間泥皮較薄，該方法還能改善壁面的受力狀況。

然而，因為拔管技術的限制，該方法在阻滲墻施工中效果不夠顯著。但隨著工程拔管設備的發展和施工技術的提高，該方法在深覆蓋層類阻滲墻施工中的應用也獲得突破，拔管深度達到了新的高度。為保證阻滲墻的澆筑質量，在進行混凝土澆筑速度控制和拔管操作時，務必嚴格按設計狀態進行。

關鍵是準確控制拔管時間和拔管力。在拔管力設計過程中，需要認真考慮混凝土對接管的黏結力、接管與混凝土之間的摩擦以及接合管的自重等因素。管壁處理可以改善接管與混凝土之間的摩擦，拔管時間可以控制接管與混凝土的黏附。可以采取以下措施來改善接管與混凝土之間的摩擦力。

第一，嚴格控制孔位的傾斜度，確保其下接管的垂直度。第二，嚴格控制混凝土的澆筑速度，以減少對接管的側向壓擠，從而避免孔斜。研究表明，當孔斜達到0.08%時，拔管力將增加近1 倍；而當孔斜達到0.50%時，拔管力將增加至13 倍。第三，在連接管之間嚴格控制連接方式，采用分段連接，并確保連接垂直居中。可以有效地避免連接管之間的偏移，保證管道的穩定性和安全性。

2.3 固壁漿液的配比與應用

成槽質量是阻滲墻施工質量的關鍵所在。特別是在深厚礫石巖土層，漿液護壁對于成槽的質量是至關重要的保障。案例工程針對覆蓋層特性和阻滲墻功效要求，進行了試驗室調試和驗證，并最終確定采用正電MMH 膠、優質鈣基膨潤土、羧甲基纖維素鈉、燒堿、純堿等多項技術手段。以上改進措施能夠有效地提高成槽的質量和阻滲墻的施工質量。配制復合正電膠漿液進行護壁固定。與以往的固壁漿液相比，該漿液具有獨特的流變性、較高的攜巖率和防漏效果。高密度的正電荷可以有效地減弱黏土的水化反應和分散作用。在井壁上形成一個凝膠狀的停滯帶，從而達到抑制水化膨脹的目的，利于穩定井壁和隔離流體對井壁的侵蝕。該漿液結構降低了流動阻力，利于漿液具有較好的流動性。

在很大程度上，復合正電膠漿液的性能取決于混合程序和時間，在配制過程中需要嚴格控制。在漿液調制中，有兩種混合方式：分組攪拌和全組分調拌。為了保證混合均勻，混合時間宜控制在5min。在配制過程中，應嚴格按照配合比執行，以防止組分材料的用量誤差。為了提高漿液的使用效果，可以先配制具有一定濃度的水溶液。

表1 復合正電膠漿液配合比

表2 復合正電膠漿液的功效指標

為了確保漿液中各項指標的均勻性，應經常調拌儲漿罐中的漿液，防止漿液沉淀或離析。新配制的漿液應該靜置24h，以保證各組分有時間充分水化溶脹和復合。在鉆孔過程中，頻繁循環使用漿液，會逐漸降低其性能指標，應注意定期對循環漿液進行取樣檢測，若超標應及時處理。為了節省投資，往往提純后再利用，如果膨潤土的黏度和含砂量達不到要求，應該考慮更換符合要求的膨潤土。在施工過程中，發現復合正電膠漿液能夠有效解決深厚礫石覆蓋層形成槽固壁的問題，從而確保阻滲墻的質量。

2.4 強透漏巖土層的成槽技術

根據地質資料顯示，壩基內的Ⅱ巖組存在多層卵礫石，具有強滲透性，成為重要的滲透通道。在挖掘過程中，會產生大量漿液透漏，如果處理不恰當，可能導致槽洞坍塌，進而危及設備和人員安全。因此，在阻滲墻施工前，應注意做好以下處理：

一是準備堵漏材料。在開始進行槽孔作業前，應事先準備堵漏材料，如水泥、碎石土、黏土、鋸末等，并進行堵漏人員培訓和交底工作。在施工過程中，若發現大量漏漿情況，要及時反饋給技術人員并迅速進行堵漏操作，以避免發生塌罐事故。二是在選擇堵漏材料時，建議采用單向壓力密封劑。該材料能夠快速封堵微裂縫和孔隙，且具有良好的封堵效果，防止工作流體侵入井壁巖層破壞巖層；它能在不影響漿液流變性的情況下，顯著降低流失量，并具有優異的耐溫性能；不受電解液污染，無害、無毒。三是濃漿預灌。造孔前，根據強滲漏層的劃分布置漿液灌注孔。為了確保孔洞制作的安全性，常使用注入水泥黏土砂漿或水泥黏土漿的方法，以封住滲透通道。同時，可以結合預測技術預先注入稠漿的方法進行，從而更加精準地控制制孔過程[4]。

3 阻滲墻質量檢測

為了驗證案例樞紐工程中阻滲墻的澆筑質量，根據《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規范》（SL 174—2014）的相關要求，沿軸線布置3 個檢測孔，采取注水測試、取芯檢測、混凝土墻體強度測試等。

3.1 孔內注水測試

向3 個檢測孔注水，觀察24h 內注水下落速度。案例檢測，孔內水位24h 下降2.00～5.00cm，符合設計要求。

3.2 進行取芯檢測

對3 個檢測孔，按93.30%～93.80% 的采取率取芯，巖芯柱狀，狀態均勻，不存在混漿或夾泥現象，混凝土實密、巖心中有直徑約1.00～3.00mm 的小孔隙。

3.3 混凝土墻體強度測試

抗滲混凝土設計強度級別為C30W12，通過隨機抽樣測試，經過試驗和檢測，得出以下結論：混凝土的抗壓強度在34.70～37.00MPa，抗滲透級別低于W12。通過對阻滲墻施工質量的檢測數據進行分析，可以確認其符合規范和設計要求。

4 結語

在深厚覆蓋層樞紐混凝土阻滲墻的施工技術中，通過合理的規劃和實施，取得了顯著的成果。這種阻滲墻在工程中具有極其重要的作用，可以防止水分滲透，確保結構的穩定性和耐久性。未來，對于類似工程，還需進一步分析工程的施工標準，注重滲漏區域的分析，制訂針對性的施工方案與采取科學的技術手段，保證工程病害得到有效解決。