混凝土防渗墙施工技术在水闸的应用
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摘要：该文介绍了某水闸混凝土防渗墙施工枝术，较好地解决了强透水性厚砂层地质条件下防渗墙施工困难且质量难以保证的问题。
前言
采用混凝土防渗墙对水闸地基进行垂直防渗是一种成熟而可行的技术，可以获得满意的防渗效果。但在强透水性厚砂层地质条件下，由于砂层较厚且透水性强，施工时易出现泥浆漏失及塌槽的情况，施工后防渗墙有渗水现象，施工困难且质量难以保证。施工中必须对泥浆技术参数、槽段接头形式及导墙形式进行改进，才能确保成墙质量，保证防渗墙施工后不出现渗水现象，且加快施工进度。
一、概况
1．1 工程简介
某水闸重建工程2006年应急除险加同达标实施项目。重建后的西南水闸共3孔闸底槛高程为-0．5 m，单孔净宽为20 m，总过流净宽为60m。该工程对水闸进水方向的挡墙、闸基下沿闸底板前缘线外1m左右的位置及翼墙面板边线外3．5 m左右的位置，进行强度为C25的永久垂直超薄混凝土防渗墙施工。防渗墙墙厚300 mm，墙体平均深度约22 m，防渗墙底部深入相对不透水层。轴线长约292．3 m，共划分为39个槽段，每段长度为6～8．5 m，防渗墙施工场地布置见图1。
1．2 工程地质条件
新建该水闸闸基属双层结构，局部多层结构，闸区砂层与河床砂连续分布，河水与闸基地下水有很强的水力联系，闸基强透水层主要由Q41 、Q32-5 等砂层组成，而对闸基渗透稳定影响最大的是Q41的砂层，深度范围为1．8-14．4 m，属强透水性，根据颗分试验成果资料，Q41砂层的平均不均匀系数为3．842，属不良级配砂，个别为细粒土砂。地下水属于孔隙性潜水，枯水期地下水位与河水位基本一致。
二、 防渗墙施工
根椐工程地质条件及防渗墙的结构型式，结合现场的施工条件，采用SGZ―ll1型钻机施工接头孔和导孔，用Quy50B型液压抓斗挖槽的方法进行施工，槽段采用接头孔相嵌连接。
2．1 施工工艺流程(见图2)
2．2 泥浆制备与使用
泥浆是防渗墙施工的“血液”，泥浆的供应能力与质量好坏直接影响挖槽的进度和槽壁的稳定，特别是防渗墙施工区域的砂层较厚，泥浆技术参数控制尤为重要，否则容易出现泥浆漏失及塌槽的情况。
泥浆采用膨润土及烧碱、CMC等进行配制。其粘粒含量大于50％ ，塑性指数大于20，含砂量小于5％ ．二氧化硅与三氧化二铝含量的比值为3～4。制浆用水从江内抽取新鲜洁净的水，如含有杂质，则通过储水池沉淀后再使用。制浆前膨润土均需经过取样、泥浆配比试验和物理分析，必要时要进行化学分析和岩矿鉴定。膨润土放入泥浆搅拌机中进行充分搅拌后，再入泥浆池存放24h以上，使之充分水化后再交付使用。
根据《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》(SL174―96)的要求，粘土泥浆制浆液需满足表l所列指标。
新制备的泥浆、回收重复利用的泥浆、浇筑混凝土之前槽内的泥浆，均需要进行物理性能指标测定，主要测定泥浆粘度、相对密度和含砂率。
2．3 导墙施工
导墙施工是防渗墙施工的主要环节，根据该工程特点，导墙采用“”形截面形式，其结构形式如图3所示，该结构形式可以减小土方的开挖量，还可以一次性浇筑形成，加快了导墙的施工进度。
2．4 槽段接头施工
槽段分段接头位置是防渗墙同封最弱的部位，是渗水的主要通道。防渗墙施工中须选择合理的接头形式，认真施工。该工程防渗墙槽段接头采用“接头管”形式，接头管采用0330焊接管，壁厚10 mm，分两节，每节长14 m。
根据防渗墙的深度及防渗墙进入地层的地质情况，挖槽之前先进行接头孔施工，用SCZ―III型钻机钻接头孔，再施工挖槽导向孔，钻孔孔径0300，待一序槽成槽之后用DZ一60振动锤将接头管振入至设计深度。接头管管径大于钻孔孔径的主要目的是：使接头管与周围土体接触紧密，防止浇灌水下混凝土时，混凝土进入接头管与孔壁的间隙。
振入接头管后，根据该丁程每个槽段(以7．5 m长度为例)正常的混凝土浇注方量约为60 m ，浇注时间一般为2～3 h的特点，接头管在混凝土浇注完成1．5～2 h进行第一次振拔，拔出高度为2～3 m，以后大约每30 min振拔1次，振拔高度约为0．5 m，直到混凝土终凝后全部拔出。每次振拔时间和拔出高度根据混凝土浇注时间、浇注高度及混凝土初、终凝时间进行确定。
2．5 成槽施工
成槽是防渗墙的关键工序之一，采用“两钻一抓”的施工工艺，液压抓斗进行挖槽施工，抓斗厚度为300 mm，用QUY50B履带式液压抓斗进行施工。
防渗墙单元槽段划分好后，挖槽分两序槽跳挖施工，即先施工一序槽，再施工二序槽(奇数槽段为一序槽，偶数槽段为二序槽)，一、二序槽之间采用接头管连接施工。一序槽成槽之后，沿接头孔的位置将准备好的接头管振入至原接头钻孔深度的位置。
施工前先向导向槽内灌入泥浆，泥浆面保持在导墙面以下30～50 cm，抓槽时抓斗沿导墙挖土，通过液压抓斗导向杆调整抓斗的垂直度，以控制槽孔孔壁平整垂直，保证槽孔中心线偏差不大于3 c m，孔斜率不大于0．3％ 。挖槽过程中及时向孔内补充新鲜泥浆，使孔内泥浆始终保持在导墙面以下30～50 cm，以维持孔内泥浆侧压力，防止孔壁坍塌。同时定时检测孔内泥浆性能指标，如发现指标参数有变化则应立即进行调整。
2．6 清槽
清槽主要工作内容是将孔内不合格的泥浆置换出去，换成合格的泥浆，同时将残留在孔底和孔壁上的淤积物清除干净，以提高防渗墙承载和抗渗能力，保证成槽质量。采用抓斗直接排渣的方法进行清底，抓斗伸入孔底将孔底残留物以固体方式排出槽孔外，而槽孔内泥浆的密度及含砂率指标变化不大，可以减小换浆工作量，加快施工进度。
槽孔清孔换浆结束后1 h，孔内各项技术参数要达到如下标准：孔底沉积物厚度不大于10 cm；孔底10 cm处的泥浆密度不大于l、3 cm ，粘度不大于30 s，含砂量不大于10％ 。二期槽孔清孔换浆结束前，应分段刷洗槽段接头混凝土孔壁的泥皮，以达到刷子钻头上不再带有泥屑及槽底淤积层厚不再增加为准。
2．7 水下混凝土灌注
防渗墙混凝土标号为C25，坍落度为18～22 cm，坍落度保持在15 cm以上时间不小于1h，扩散度为34～40 cm，初凝时间不小于6 h，终凝时间不大于24 h，混凝土密度不小于2．1 g／cm3，水泥用量不少于350 kg／m3，水灰比小于0．65。混凝土灌注采用直升导管法，根椐槽段的尺寸(以7．5 m长度为例)，布置3套导管进行水下混凝土浇筑。导管管径为0150，采用法兰连接，在两端设置几节长度为0．3～1．0 m的短管。导管间距不大于3．5 m，一序槽孔两端的导管距孔端或接头管宜为1．0～1．5 m；二序槽孔两端的导管距孔端宜为1．0 m，当槽底高差大于0．25 m时，将导管置于控制范围的最低处。导管底口距槽底距离控制在15～25 cm范同内。清孔合格后4 h内安装好导管，开始浇注混凝土。采用罐车运输混凝土直接入仓，3套导管同时浇注混凝土，其操作要点如下：把导管下到距槽底15～25cm处，漏斗口吊放混凝土做的隔水球塞，以便开浇时把混凝土和泥浆隔离开；开浇时，先用混凝土注满料斗，迅速剪断隔水球塞铁线，混凝土灌入导管至孔底，同时保持混凝土连续浇灌，中断时不得超过30～45min，混凝土上升速度不得小于2．0m/h。随着混凝土面的不断上升，导管相应提升，按规范要求拆管，连续浇注。
在灌注过程中，后续混凝土应徐徐进入导管内，以避免把空气带入混凝土内，形成高压气囊。导管埋入混凝土内的深度控制在2．0～6．0 m。3根导管同时拆卸的长度要相同(1～2节)，如不能同时拆卸，也要控制导管底口的高差不大于1．5―2．0 m。要保持槽孔混凝土面高差不大于0．3―0．5 m；在浇注过程中，可
使导管作30 cm的上下往复运动，有利于混凝土的密实，但不得做横向运动，以免泥浆和沉渣混入混凝土内。
混凝土面接近设计墙顶高程3～5 m时，浇注速度放慢。采取抽出稠泥浆，抬高管口等措施，保证浇注工作顺利进行。混凝土终灌顶面宜高于设计高程50 cm，浇注完成后，马上清除30 cm厚的混凝土，留下的20 cm部分待以后凿除，以利于新老混凝土结合和保证混凝土质量。
三、特殊情况应对措施
3．1 塌孔应对措施
本防渗墙工程穿过强透水性砂层，挖槽施工过程中凶泥浆漏失或泥浆性能改变，出现砂层塌孔等意外事故，一旦事故发生立即停止挖槽，向槽内加大供浆量，保持液面稳定，同时将泥浆的比重加大，以增加泥浆的侧压力。如槽内塌孔严重，也可立即进行土方回填，避免事故扩大。
3．2 汛期施工的应对措施
本工程施工进行时，正值汛期来临，江河水位高低不定，在进行防渗墙施丁期间，当围堰外的水位不高于现防渗墙导墙顶面的标高时，防渗墙可正常进行施工；当围堰外的水位高于现防渗墙导墙顶面的标高时，围堰内外的水位差形成水力坡降，导致成槽施工无法进行时，防渗墙暂时停止施工。在洪水汛期高水位期间，除停止施工外，还要对已施工的防渗墙加以保护。对于已施工完成防渗墙，空槽部分及时回填砂袋，顶面预留20 cm作为速凝砂浆封盖；对于正在施工的防渗墙，空槽部分采用挖掘机回填废渣或砂土，顶部用砂袋或速凝砂浆封盖。
四、 质量评定和检测
水闸防渗墙工程共评定39个单元工程，合格率100％ ，优良率94．4％ ，评定结果为优良。
防渗墙施工完成后，检测单位采取现场取样室内试验和钻孔取芯的方法进行墙体材料质量检测，主要是抗压强度、抗压弹模、渗透系数等，钻孔后进行注水试验，测试墙体的连续性和渗透系数。对该防渗工程的混凝土进行了机口取样检测，混凝土抗压强度、抗压弹摸、渗透系数均满足设计要求，混凝土拌和物的坍落度和扩散度也在设计要求的范同内。对混凝土进行了钻孔取芯检测，芯样的抗压强度、渗透系数也满足设计要求。
五、 结束语
该江出现了超警戒水位的洪水，超过警戒水位1．7 m。而且受到天文大潮的顶托，该江长时问处于超警戒水位状态，这对刚刚竣工的水闸防渗墙是个严峻的考验。经定期观测，防渗墙未出现渗水现象，防渗效果良好，达到了预期的效果。经过施工实践及大洪水考验，该施工技术是成熟可靠的，可供同类工程借鉴。
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