浅谈防渗墙的施工方法及工艺控制
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摘要：龙湖调蓄项目防渗墙施工工程，采用垂直防渗及水平防渗相结合的综合防渗方案，引入“液压抓斗成孔，膨润土泥浆固壁，下设导管浇筑成墙”的施工工艺，极大提高施工效率，确保施工质量，为今后类似工程提供了很好的借鉴。
关键词：塑性混凝土防渗墙 液压抓斗成槽 泥浆固壁 塑性混凝土浇筑
中图分类号：TU375 文献标识码：A
概述
1.1工程简介
龙湖调蓄项目防渗墙施工工程采用封闭式综合防渗方案，垂直防渗与水平防渗相结合，沿湖周布设塑性混凝土防渗墙(垂直防渗)，在地下水位以上的湖湾区池底采用壤土铺盖防渗（水平防渗）。湖湾区池底壤土铺盖与垂直防渗体紧密相连，共同组成防渗体。
1.2主要工程参数
该工程防渗墙总长度23.38km，主池区周边防渗墙长度16.99km，湖心岛内外侧防渗墙厚40cm,长6.39km，标段防渗墙总长7015m。龙湖调蓄池工程防渗墙墙顶部高程与湖周护岸体或湖底壤土铺盖紧密相连，底部高程至相对不透水层以下0.5m～1m，以满足龙湖调蓄池工程的防渗要求。塑性混凝土防渗墙设计厚度40cm，墙深不大于50m，塑性混凝土防渗墙设计指标详见表1。
表1 塑性混凝土防渗墙设计指标表（28天技术指标）
名称 技术指标
塑性混凝土防渗墙密度 2～2.3kg/cm3
抗压强度 1.5～5Mpa
弹性模量 500～2000Mpa
渗透系数 n×10-6cm/s
允许渗透坡降 不小于50
2.1防渗墙施工工艺流程
图1 混凝土防渗墙施工工艺图
2.2导墙施工
导墙在抓斗建槽造孔过程中起导向作用，同时充分考虑液压抓斗等设备对墙体的压力，墙体结构及标号均能满足拔管的要求。导墙结构形式设计为倒“L”形，导墙高度1.2m，导墙宽度0.4m，导墙净空间距0.45m。导墙采用C25钢筋混凝土结构，导墙断面详见图1。
图2 防渗墙导墙断面图
2.3 固壁泥浆配制
2.3.1 泥浆原材料选用
根据本工程特点和设计要求，拟采用优质钙基膨润土搅拌的泥浆进行护壁。每批膨润土进场之后，取样进行物理性能试验，膨润土品质应符合 SY5060-85标准。
2.3.2泥浆配合比
配合比确定前，按规定的检测项目进行膨润土性能测定，然后通过现场试验确定具体的配合比。根据以往施工经验，拟定新制膨润土泥浆初步配合比见表2。施工中应根据试验情况进行适当调整。
表2 膨润土泥浆配合比表
水（L） 膨润土（kg） 碳酸钠（kg）
1000 80～100 3～4
2.3.3护壁泥浆生产循环工序流程图
图3 护壁泥浆循环工艺流程图
2.3.4泥浆制备与检验
泥浆拌制选用ZJ-800型高速回转搅拌机，理论搅拌时间为3～5min/罐，实际搅拌时间通过试验确定后适当调整，泥浆按配合比配置，各种材料的加量误差不得大于5%，泥浆处理剂使用前先配成一定浓度的水溶液，纯碱水溶液浓度为20%，CMC水溶液浓度为1.5%，新制膨润土泥浆应做下表所列的项目检测并应达到表3中规定的标准。
表3新制膨润土泥浆性能指标
2.3.5泥浆使用
在抓挖过程中，槽孔内的泥浆由于沙土混入和其它处理剂的消耗，泥浆性能将逐渐恶化，须进行净化处理，经净化后的泥浆必须在使用前进行复测。
2.4 成槽施工
2.4.1槽段划分
根据本工程的地质条件及施工设备的特点，在划分槽孔时充分考虑提高抓斗工效，采用 “纯抓法”成槽工艺。综合考虑地层、墙体深度、设备能力等，本工程塑性混凝土防渗墙槽段均划分为Ⅰ、Ⅱ序槽段，Ⅰ、Ⅱ序槽段最大开挖长度7.2m。
2.4.2 造孔
采用液压抓斗纯抓成槽的方法进行防渗墙施工，先抓槽段的主孔，后施工主孔之间的副孔；先施工I期槽，再施工II期槽。成槽过程中要保证槽孔内泥浆应保持在导墙顶面以下30～50cm，保证槽孔稳定。
液压抓斗成槽的实际槽长一般为3.8m～7.5m，槽段长度及抓挖顺序见下图。
图4 槽段抓挖顺序及转角槽段平面图
2.4.3清孔换浆
扫孔结束后约1小时可进行清孔换浆，清孔管管底离槽底10～20cm，清孔换浆的时间以出口浆指标符合要求为准。二期槽清孔换浆前或清孔过程中，应清除槽段两侧接头混凝土壁上的泥皮，至刷子钻头不带泥屑、孔底淤积不再增加为止。 清孔4小时内未能开始浇筑混凝土时，须对孔内淤积情况进行复测。
2.5混凝土浇筑
防渗墙混凝土浇筑采用水下直升导管法。槽孔清孔验收合格后，下设Φ200mm钢制导管，浇筑导管距两侧混凝土壁距离、导管间距执行防渗墙施工技术规范。水下混凝土浇筑采用的球塞式隔水栓，导管距孔底的距离大于球塞的直径。待混凝土料充满导管和分料斗后上提适当距离让混凝土一举封住导管底。首仓连续浇筑的混凝土方量使导管埋入混凝土中的深度不得小于1m。
混凝土运至储料罐，经溜槽分流进入到各根导管，控制各导管均匀下料，槽内混凝土面高差小于0.5m。根据混凝土上升速度和导管埋深及时起拔导管，导管埋深不小于1m，不宜大于6m。槽孔内混凝土面上升速度控制在2～6m/h之间。防渗墙浇筑完成后顶部0.5m高凿出，然后浇筑混凝土墙矛，墙帽为圆顶楔形。
混凝土主要物理性能指标为：入槽坍落度20～24cm，坍落度保持在15cm以上的时间不小于1.5小时，墙体材料抗压强度R28 1.5～5MPa；混凝土初凝时间不小于6h，终凝时间不大于24h。
2.5槽段连接
根据本工程的施工特点，槽段连接采取接头管法，即在清孔换浆结束后，在一期槽两端孔位置下设Φ325mm钢制接头管，孔口固定，在混凝土浇筑过程中，根据混凝土初凝时间和混凝土面上升速度及上升高度起拔接头管。混凝土浇筑后接头管部位形成二期槽端孔，待二期槽成槽后连接成墙。接头管分节制作，插销连接，采用液压拔管机起拔。为了取得混凝土初、终凝时间及拔管的参数，事前需进行混凝土拔管的模拟试验，取得拔管的合理参数。
3特殊情况处理
（1）造孔漏浆处理
主副孔施工发生漏浆可采用回填粘土、草末、石灰或孔底灌注纯水泥浆加速凝剂处理、灌注低标号混凝土等堵塞架空层。根据以往施工经验，槽段副孔施工时，易引起塌孔漏雨浆；挖槽时，须注意观察槽孔浆面的变化，发现浆面迅速下降时，尽快提起抓斗，以防埋斗事故发生。
（2）塌孔处理
施工中遇塌孔，采用渣土、粘土混合料回填槽孔至塌孔位置以上1.5m；再用重锤夯实，挤密孔壁。若坍孔较严重，可采用直升导管法回填灌筑低标号混凝土填平，重新造孔。
（3）浇筑事故处理
混凝土浇筑中如出现浇筑质量事故，则优先选用清除孔内混凝土重新浇筑的方法。
质量检查
（1）造孔完成后进行终孔验收，主要是保证孔位正确、孔深、墙厚、孔斜满足要求，其控制指标见表5：
表5 造孔质量检查指标
序号 检验项目 检验方法 质量标准
1 槽口中心偏差 现场测量 ±3cm
2 终孔深度 测绳 不小于设计深度，至壤土层内不小于1m
3 孔斜率 重锤法 不大于0.4%
4 槽口宽度 抓斗斗体宽度 满足设计要求（含接头厚度）
5 套接厚度 —— 保证一、二期槽孔接头孔的两个孔位中心在任一深度的偏差值不得大于设计墙厚的的1/3
（2） 清孔结束后进行孔内泥浆和孔底淤积的验收，其主要控制指标见表6：
表6 清孔质量检查指标
序号 检验项目 检验方法 质量标准
1 接头刷洗 现场测量 刷子钻头不带泥屑、孔底淤积不再增加
2 孔底淤积 铁饼及测绳 ≤10cm
3 泥浆密度 比重计 ≤1.3g/cm3
4 泥浆粘度 苏氏漏斗 ≤30s
5 泥浆含砂量 含砂量测定仪 ≤10%
（3）混凝土浇筑的质量检查：主要是对原材料及混凝土的物理力学性能进行检验，对混凝土终浇高程进行检查，其控制指标见表7：
表7防渗墙混凝土浇筑检查指标
序号 检验项目 检验方法 质量标准
1 导管间距与埋深 现场测量 埋深不得小于1 m，不宜大于6m
2 混凝土面上升速度 现场测量、计算 3～5m/h
3 出机口坍落度 现场测试 20~24cm
4 终浇高程 现场测量 符合设计要求
5 施工记录、图表 综合检查 齐全、准确、清晰
（4）防渗墙墙体质量检查：
①在防渗墙浇筑混凝土时，由试验人员在每个槽孔入口处进行槽口随机取样，留作室内物理力学性能试验。
②在防渗墙浇筑28天后，按监理工程师指示进行墙体质量检查。防渗墙物理力学指标和抗渗标准应达到设计要求值，合格率达95%以上，不合格段透水率值不超过设计规定值的70%且不集中在相邻槽孔中。注水检查合格标准为渗透系数k≤n×10-6cm/s，墙体厚度不小于设计值，且连续可靠。钻孔取心率大于80%，强度均匀。
③检查孔封孔
检查孔压水试验完成经监理人同意验收后进行封孔。必须按机械压浆法进行封孔，封孔材料为粘土水泥浆，土：水泥：水=3：1：2。
5.结语
在防渗墙施工中的应用液压抓斗，可显著提高防渗墙成槽效率，也保证了防渗墙墙体的连续性及完整性，大大提高施工效率，取得了较好的经济效益。同时，膨润土泥浆的配置及使用，有助于泥浆固壁形成泥皮，附着于槽孔两侧墙壁，阻止槽孔内外地下水流通，避免因地下水位流通导致土体内细小颗粒流动引起槽孔坍塌。
文中介绍的防渗墙施工方法能够供为其它类似工程提供借鉴，但随着科学技术的不断发展，各种新兴的技术也将不断涌现，也必将有新的防渗墙工艺取代而成为市场的主导。
参考文献：
[1].王清友，孙万功，熊欢.塑性混凝土防渗墙.北京：中国水利水电出版社.2008
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[4].水电水利工程混凝土防渗墙施工规范(DL/T 5199-2004)