水利水電工程師防滲墻施工技術(shù)研究

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，水利水電工程建設(shè)發(fā)展迅速，相應(yīng)的問題也逐一凸顯而出。我國小型水利水電樞紐工程數(shù)量比較多，分布較廣，壩型也普遍多樣化，發(fā)揮著防洪減災(zāi)、農(nóng)業(yè)灌溉、提供生活用水等重要作用。這些水利水電工程普遍存在一些病險(xiǎn)，是行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，比如防洪標(biāo)準(zhǔn)較低、壩基發(fā)生滲漏等問題，導(dǎo)致水利水電工程運(yùn)行出現(xiàn)不穩(wěn)定因素，產(chǎn)生安全隱患。對此，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對常見病害的防范管理?？梢哉f防滲墻是水利水電工程最關(guān)鍵的防滲處理措施，防滲墻技術(shù)本身具有很多優(yōu)勢，包括墻體厚度較小，耐久性比較好，同時(shí)造價(jià)也不高。近幾年防滲墻技術(shù)已逐漸成為水利水電工程的首選防滲施工技術(shù)。因此，探究混凝土防滲墻在水利水電工程中的運(yùn)用具有現(xiàn)實(shí)意義。

1、防滲墻施工技術(shù)

1.1概述。防滲墻是一種修筑于松散透水層、土石壩中起到防滲作用。防滲墻技術(shù)最早起源于20世紀(jì)50年代的歐洲，因其技術(shù)結(jié)構(gòu)可靠、防滲效果良好，且適用于各類地層環(huán)境，施工簡便、造價(jià)較低，特別是對壩基滲漏與壩后流土問題的防治效果良好，因此在國內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用，我國水利水電覆蓋層與土石圍堰等防滲壓力的防滲處理首選就是防滲墻。防滲加固是處理病險(xiǎn)水庫大壩的主要工程措施，常用的防滲加固技術(shù)包括灌漿防滲加固與防滲墻加固技術(shù)。其中高強(qiáng)度的混凝土或塑性混凝土防滲墻技術(shù)在堤壩工程除險(xiǎn)加工中得到廣泛應(yīng)用，且取得了較好的效益，同時(shí)高強(qiáng)度混凝土防滲墻也存在因高彈性模量造成墻體的問題[1]。

1.2分類?；炷练罎B墻在結(jié)構(gòu)型式與材料等方面有多種分類，且布置形式與成槽技術(shù)也有所不同。按照墻體的結(jié)構(gòu)來分，包括槽孔型、樁柱型以及混合型三種防滲墻。運(yùn)用比較廣泛的是槽孔型防滲墻。如果按照材料分類，則有鋼筋混凝土、黏土混凝土、塑性混凝土以及灰漿等防滲墻。按照成槽方法，則有鉆挖式、射水式、鏈斗式以及鋸槽式四種。

1.3適用地質(zhì)條件。防滲墻施工通常要穿越松散的覆蓋層與破碎的基巖，直到接觸較為完整的基巖?？碧焦ぷ髦校仨氄莆账缮⒏采w層的厚度，以及層位分布，獲取透水性、頂部風(fēng)化程度。防滲墻運(yùn)用于玄武巖、花崗巖中的巖深度最高達(dá)到36.29m;在粉砂巖、白云巖入巖深度達(dá)到9～12m;在板巖、石英巖中最大深度為4m。這些參數(shù)主要與巖石的風(fēng)化程度相關(guān)。比如玄武巖的柱狀節(jié)理發(fā)育風(fēng)化帶比較厚，入巖深度最深，而沉積巖的風(fēng)化略弱，入巖深度略淺，變質(zhì)巖的風(fēng)化最弱，入巖深度也最淺。在水利水電工程中還可能遇到雙層結(jié)構(gòu)地基或多層結(jié)構(gòu)地基，這對地基的滲透穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)應(yīng)力有一定影響。如果是表面不透水覆蓋、下層透水性較強(qiáng)的礫石層，在不透水的層面會(huì)造成高承壓水頭，導(dǎo)致流土。不同土層的交界處也會(huì)產(chǎn)生較大的負(fù)彎矩，所以在勘探過程中必須掌握滲透系數(shù)，弄清各層厚度與分布[2]。

2、混凝土防滲墻在水利水電工程中的運(yùn)用

2.1施工準(zhǔn)備。技術(shù)準(zhǔn)備:全面掌握防滲墻中心線地質(zhì)資料，了解施工區(qū)段心墻深度與土料情況、基巖情況;熟悉與掌握設(shè)計(jì)圖，完善技術(shù)交底工作，嚴(yán)格執(zhí)行防滲墻施工規(guī)范，編制施工組織設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)備:機(jī)械設(shè)備有EN-CJ型沖擊鉆機(jī)、泥漿泵、強(qiáng)制式拌合機(jī)、混凝土輸送泵、配電設(shè)備等;同時(shí)準(zhǔn)備空壓機(jī)、氣舉反循環(huán)裝置、水泵、電焊機(jī)，以及常用機(jī)械設(shè)備的易損配件。材料準(zhǔn)備:選用普通硅酸鹽水泥，砂石材料就近取材，材料質(zhì)量與數(shù)量必須滿足施工要求。

2.2工藝流程。單槽施工按照先主孔、后副孔的原則，相鄰槽連續(xù)采用劈打法。具體的工藝流程如下:場地平整→測量放線→導(dǎo)向槽混凝土澆筑→鉆機(jī)就位→沖擊單槽主孔→單槽副孔→清孔換漿→單槽驗(yàn)收→下導(dǎo)管→下隔離球→水下混凝土澆筑→拔導(dǎo)管→成槽驗(yàn)收。1)造孔。采用CJF—20型沖擊鉆機(jī)，其鉆托的厚度為22cm。利用懸吊提升鉆頭，主副卷揚(yáng)機(jī)提升能力50kN，通過自重垂落，達(dá)到反復(fù)沖擊，破碎土層成槽，同時(shí)將碎屑?xì)堅(jiān)鼜牟劭字星宄?)泥漿系統(tǒng)。造孔泥漿是用來支撐孔壁的，造孔過程中，孔內(nèi)的泥漿面應(yīng)當(dāng)在導(dǎo)墻頂面下部30～50cm。泥漿密度為1.1～1.2g/cm3，漏斗黏度18～25s，含沙量≤5%，膠體率≥96%，穩(wěn)定性≤0.03，pH值7～9。3)劃分槽段。將每個(gè)施工段劃分為單個(gè)槽段，長度根據(jù)鉆頭寬度來確定。孔位允許偏差控制在3cm以內(nèi)，孔斜率控制在0.4%以內(nèi)，嵌入基巖深度控制在0.5m以上，黏土巖面深度根據(jù)鄰孔基巖面高程確定。采用埋管法，以便于安全拔管，混凝土初凝后轉(zhuǎn)動(dòng)接頭管，終凝后即可拔出槽孔。4)清孔。單槽孔造孔后，清孔換漿，采用泥漿循環(huán)法或者氣舉法，清孔結(jié)束后要求孔底淤積厚度在10cm以內(nèi)，泥漿密度≤1.30g/cm，粘度≤30s。清孔后在4h內(nèi)混凝土澆筑。5)混凝土澆筑。利用多套導(dǎo)管澆筑，內(nèi)徑為150mm。控制導(dǎo)管間距為3m。一期控制槽孔孔距為1.5m，二期1.0m。澆筑要求導(dǎo)管埋深1m以上，混凝土面上升速度控制在2m/h以上，保持勻速提升，確保高差在0.5m左右，隔25min測試混凝土面深度1次。設(shè)置蓋板，避免散落槽孔內(nèi)。

3、防滲墻成墻工藝比較

3.1多頭深層攪拌水泥土成墻。多頭深層攪拌水泥土成墻是通過多頭鉆進(jìn)的方式噴漿，同時(shí)充分均勻攪拌，將水泥漿與土體混合，形成水泥土樁。再將各水泥土樁進(jìn)行連接，最終形成固結(jié)的水泥土防滲墻。最大成墻深度為23m，水泥土滲透系數(shù)為0.3MPa[3]。多頭深層攪拌水泥土成墻工藝施工簡單，單位造價(jià)成本比較低，也不會(huì)產(chǎn)生泥漿污染。多頭深層攪拌水泥土防滲墻的防身效果比較顯著，地下防滲工程中結(jié)構(gòu)質(zhì)量很可靠，具有較為廣闊的發(fā)展前景。

3.2鋸槽法成墻。鋸槽法成墻技術(shù)是利用鋸槽刀桿進(jìn)行切割成槽，控制切割角度在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，沿槽孔軸線切割開槽，控制切割速度為1m/h，將所有被切割墜落的土體排出槽孔，主要利用反循環(huán)排渣系統(tǒng)，再利用泥漿維護(hù)槽壁。成槽深度在10m左右時(shí)，利用土工布隔離體分隔槽段，將槽段與澆筑段分離，然后清理槽孔，形成防滲墻體，控制寬度在0.3m內(nèi)。將刀桿進(jìn)行變換組合使用，控制開槽寬度與深度分別為0.5m、40m。該成墻工藝技術(shù)效果相對較好，成墻質(zhì)量比較高，屬于連續(xù)成墻，比較適用于砂礫石地層。同時(shí)可以結(jié)合灰漿技術(shù)成墻，可以滿足防滲墻強(qiáng)度與抗?jié)B性的不同標(biāo)準(zhǔn)，便于適用不同工況環(huán)境。

3.3射水法成墻。射水法建造地下連續(xù)墻技術(shù)最早于1982年開始研究，主要工作原理同樣是切割土層，但利用的是水泵噴射形成高壓水，對土層結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖刷破壞，破碎的土層與水混合堆積，再利用砂礫泵抽出。然后利用卷揚(yáng)機(jī)配合水泵機(jī)反復(fù)運(yùn)動(dòng)，對下一層土體結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，沿孔壁切割與修整，確保槽孔的規(guī)格與尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。同樣采用泥漿對槽孔固壁處理。成槽之后，收回水泵成型器，利用造孔機(jī)繼續(xù)造孔，再利用混凝土澆筑機(jī)通過導(dǎo)管澆筑建成槽板，之后利用搭接技術(shù)形成連續(xù)墻，一般控制墻體厚度在2.2m～4.5m之間。

4、混凝土防滲墻施工技術(shù)控制難點(diǎn)與預(yù)防措施

4.1塌孔預(yù)防。為了及時(shí)預(yù)防槽孔崩塌，在施工現(xiàn)場應(yīng)當(dāng)及時(shí)準(zhǔn)備相應(yīng)的材料，比如水泥與黏土等，用來堵漏。發(fā)生塌孔的原因有多個(gè)方面，有可能是泥漿性能沒有達(dá)到要求，也有可能是潮汐過程中水位差發(fā)生變化，導(dǎo)致落水壓力不穩(wěn)定，還有可能是施工不當(dāng)，比如提鉆過程中碰撞孔壁等。操作人員應(yīng)實(shí)時(shí)注意槽孔內(nèi)漿面的變化，及時(shí)處理漏漿現(xiàn)象，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

4.2墻體斷層預(yù)防。在澆筑槽孔的過程中，必須制定技術(shù)人員測量記錄砼面深度，導(dǎo)管埋深應(yīng)當(dāng)按照要求進(jìn)行，避免導(dǎo)管脫離砼面。墻段連接方法包括接頭管法、切削法。前者采用無縫鋼質(zhì)接頭管，管徑略<墻體厚度10mm，確定接頭管起拔時(shí)間，如果接頭管出現(xiàn)拉斷，如果接頭管難以去除，同時(shí)墻體接縫出現(xiàn)問題，則及時(shí)利用噴射漿對接頭管進(jìn)行包裹，補(bǔ)救接縫。后者是直接切割掉墻體材料制定部分，形成鋸齒狀再進(jìn)行連接，具體切割長度要按照墻體深度來確定，一般控制切削長度與厚度一致。

4.3導(dǎo)管堵管預(yù)防。在埋設(shè)導(dǎo)管前，仔細(xì)檢查導(dǎo)管質(zhì)量，混凝土灌注過程中，采用導(dǎo)管法，如果預(yù)防措施沒有做好，可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)導(dǎo)管進(jìn)水、塞管等問題。對于初始階段導(dǎo)管進(jìn)水，可能是因?yàn)槭着炷羶α坎粔?，下落后無法完全埋沒導(dǎo)管，對此應(yīng)當(dāng)提出導(dǎo)管，將散落孔底的混凝土拌吸出，制定解決方案。完善清孔驗(yàn)收工作，包括孔內(nèi)泥漿性能、孔底淤積厚度、接頭刷洗質(zhì)量、導(dǎo)管間距、終澆高程等內(nèi)容。

5、結(jié)束語

綜上所述，隨著水電工程建設(shè)的快速發(fā)展，防滲墻施工技術(shù)因其施工簡便、結(jié)構(gòu)可靠、防滲效果良好，且造價(jià)不高，而成為水利水電工程覆蓋層防滲處理首選技術(shù)。為了保證混凝土防滲墻施工質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)完善施工工藝與流程，加強(qiáng)質(zhì)量控制與病險(xiǎn)預(yù)防，優(yōu)選成墻工藝，預(yù)防質(zhì)量事故，不斷完善防滲墻施工技術(shù)，保證水利水電工程建設(shè)質(zhì)量的可靠，推動(dòng)水電工程的可持續(xù)發(fā)展。

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