混凝土防渗墙在深厚覆盖层的处理
关键词：深厚覆盖层,防渗墙,成槽,拔管
1概述
1.1工程概况
猴子岩水电站位于四川省康定县境内，是大渡河干流22级开发方案的第9个梯级电站，拦河坝为堆石面板坝，最大坝高223.50m，装机容量1700MW，总库容7.06亿m3。为给大坝基坑创造干地施工条件，在基坑上下游设置了挡水土石围堰。
1.2围堰防渗工程设计
围堰防渗为全封闭塑性混凝土防渗墙上接土工膜斜墙。围堰高程（上游1709m、下游1700m）以下堰体及堰基覆盖层采用全封闭塑性混凝土防渗墙防渗，墙底嵌入基岩1.0m，墙厚1.0m，最大墙深80.99m，成墙面积18257m2。
1.3地质条件
据勘探揭示，围堰河床覆盖层厚30m～75m，层次结构自下而上可分为4层：
第①层：含漂（块）卵（碎）砂砾石层，厚约10m～27m；
第②层：粘质粉土层，厚约10m～22m，粘质粉土埋藏深，具液化可能性；
第③层：含泥漂（块）卵（碎）砂砾石层，厚约15m～37m；
第④层：孤漂（块）卵（碎）砂砾石层，厚约1m～15m。
1.4工程重点及难点
（1）地质条件复杂、防渗墙成槽难度大
最大成槽深度为80.99m，需穿过孤、漂、块、卵、碎、砂、砾石及粘质粉土。粘质粉土呈可塑到软塑状态，成槽施工时，容易发生缩孔，导致卡钻、埋钻事故发生；其它地层结构松散、架空严重，孤石、块石粒径多为1～4m，少量超过7～8m，成槽时，槽孔容易发生漏浆、坍塌以及卡钻、埋钻事故。地质条件之复杂，成槽难度之大，在目前国内已施工的防渗墙工程中少见。
（2）防渗墙在超高水头条件下运行，对接头孔施工要求高
本工程上游围堰运行期最高水头高达117.5m,而防渗墙设计墙厚仅为1m塑性混凝土，墙体套接厚度不能小于95cm，要求高，必须采用“拔管法”施工接头孔。
由于塑性混凝土强度低，初凝时间长，采用“拔管法”施工接头孔，过早拔管，槽内混凝土会坍塌，过迟拔管，存在“铸管”风险。因此，对槽内混凝土浇筑上升速度及掌握拔管时间的要求极高。
2成槽与拔管施工
2.1成槽施工
2.1.1成槽钻机选择
经比选，选用CZ-6、CZ-6A及ZZ-9型冲击钻机成槽。该类钻机钻头重量达到4.0～5.0t，能适应各种复杂地层，并具有较好的破岩效果。
2.1.2固壁泥浆的选择
目前，国内水利水电防渗墙施工所使用的固壁泥浆以膨润土泥浆为主，由于膨润土泥浆存在①搅拌后需膨化24小时后才能使用；②长时间静置后会发生离析和沉淀，影响固壁效果；③膨润土价格高，成本大；④废浆处理困难，容易污染环境等不足，加之本工程防渗墙工程量大、工期要求紧，需要选择一种制备速度快、低密度、高粘度、低成本的泥浆。经过现场试验与实践，引进使用奈普顿聚合物泥浆，效果较好。
（1）奈普顿聚合物泥浆性能
选择不用重量的奈普顿配制了不同的泥浆，其泥浆性能指标见表1。
表1奈普顿聚合物泥浆性能试验成果表
序号配合比
（水：聚化物）PH值粘度（s）
10min1h2h24h48h72h
110000：1.01028.1738.0342.9350.1048.5748.17
210000：1.5929.142.6343.7841.9948.8947.74
310000：2.0929.5742.3143.9152.453.9549.96
410000：2.5930.9743.9244.1658.1555.7654.5
510000：3.01031.5246.6546.764.9556.355.77
610000：3.5932.2447.0953.9278.3676.267.11
710000：4.01033.9150.756.3280.6478.768.81
注：制浆过程中掺入适量20%的氢氧化钠（片碱）溶液，以调节PH值。
从表1可以看出：①聚合物泥浆从配制开始，在1～2小时内泥浆粘度快速增长，之后增长变缓，24小时左右达到最大，48小时以后粘度略有下降，但粘度还是相对稳定；②聚合物泥浆的粘度随着奈普顿掺量的增加而增大。
（2）聚合物泥浆制备
（a）施工准备：修建好两个浆池，一个为制浆池，容积约100m3，另一个为贮浆池，容积不小于200m3。并在池边上装好循环泵和空气压缩机，周边按国家安全规范做好防护；
（b）将清水注入制浆池后，用20%氢氧化纳溶液调节水的PH值在8～10之间，用空压机搅拌均匀（搅拌时间为10～20分钟）；
（c）将制浆池循环泵打开，进行自循环后，通过泵出水管口慢慢均匀加入奈普顿，掺量为25‰，并用压缩空气搅拌1h，测定溶液的黏度；
（d）若黏度高于40秒，可直接加水稀释；若黏度小于40秒，可能是由于搅拌时间不够，需延长搅拌时间，如果仍达不到黏度，可再加入适量奈普顿，并再用压缩空气搅拌1h左右，直至满足要求；
（e）新制聚合物泥浆存放到储浆池中备用。
（3）聚合物泥浆的输送
在制浆站安装送浆泵并铺设DN100的供浆管向施工平台供浆。
（4）泥浆回收和净化处理
在成槽施工中，抽出孔底的泥浆到沉淀池，通过沉淀、循环、净化后再送入槽内；钻孔清孔时利用泥浆循环系统，将新鲜的泥浆输送到槽的上部，被使用过的泥浆通过泥浆净化系统，在沉淀池除去沉渣，然后重新送回到槽中。回收的泥浆需检测其黏度，如果黏度低于40秒，需补充奈普顿聚合物，直至满足要求。
（5）槽孔漏浆的处理
对于槽孔突然发生泥浆渗漏的特殊情况，在向孔内输送泥浆的同时，直接向孔内均匀投入奈普顿和片碱，并向槽内补充清水，可以快速堵塞槽孔的漏浆通道。
2.1.3成槽工艺
本工程地质条件复杂，成槽深度大，开始采用传统的“钻凿法”成槽，但出现了多次卡钻、掉埋钻头、漏浆等事故，且事故处理难度极大。通过攻关，改进为“分段钻凿法”进行成槽施工，即将每个深槽段划分成若干个短槽段进行施工，有效减少了槽孔发生漏浆、坍塌及卡钻、埋钻事故的频率，同时大大降低了处理事故的难度。
“分段钻凿法”施工工艺流程为：施工准备→第一段主孔钻进（10m）→第一段主孔孔底回填粘土（厚约1.0m，便于清孔）→第一段副孔及小墙施工（7m）→第二段主孔钻进（10m）→第二段主孔孔底回填粘土→第二段副孔及小墙施工（10m），依次循环，直至终孔。
2.2塑性混凝土防渗墙接头孔“拔管法”施工
2.2.1防渗墙塑性混凝土性能指标
塑性混凝土物理力学性能指标见表2。
表2防渗墙塑性混凝土物理力学性能指标
28d抗压强度
（MPa）28d抗拉强度
（MPa）28d弹性模量
（MPa）28d抗折强度
（MPa）28d抗渗等级28d渗透系数
（cm/s）
³5³0.5£2000³1.5³W8£1*10-7
由于塑性混凝土中掺入大量的膨润土粉和粉煤灰，其凝结时间较长，初凝时间12h31min，终凝时间22h59min。
2.2.2塑性混凝土防渗墙接头孔“拔管法”施工
（1）拔管机选择
拔管机采用BG400-1000型全液压拔管机，接头管采用圆形结构，接头管连接方式为插销轴式。
（2）混凝土接头管起拔时间控制
防渗墙墙体材料为塑性混凝土，其室内初凝时间为12h31min，终凝时间为22h59min。通过在现场多次模拟试验，考虑到槽内温度比地面温度低，混凝土接头管起拔时间最终按不小于16小时控制。
（3）槽内混凝土面上升速度控制
按接头管拔管时间不小于16小时计算，如果槽内混凝土平均上升速度按3m/h控制，开始拔接头管时，接头管埋设深度已达到近50m，此深度接头管难以起拔，极有可能出现“铸管”事故；如果按槽内混凝土平均上升速度按2m/h控制，开始拔接头管时，接头管埋设深度已达到30m，此深度接头管可以起拔。但槽内混凝土平均上升速度2m/h是规范要求的下限，由于槽段较深，槽长达到7m，混凝土浇筑过程中，槽孔壁周围的泥皮会随混凝土面上升，槽内泥浆会越来越浓，淤积越来越厚，有可能形成泥团，导致混凝土浇筑困难，也可能将泥团裹进混凝土内，直接影响墙体质量。经过比较，最终按槽内混凝土平均上升速度不大于2.5m/h控制，起拔时接头管埋入混凝土中深度控制在40m内。
（4）拔管
（a）接头管微动：混凝土浇筑3～5小时后或起拔压力达到2-5Mpa，进行微动；
（b）接头管起拔：当槽内混凝土面上升达到40m、浇筑历时达到16h、起拔历力达到15MPa以内时开始起拔接头管。在起拔接头管过程中，当起拔压力较大时快速起拔接头管，尤其是压力突然增大时，则优先拔管，确保接头管安全；
（c）每起拔一节接头管后检查管内泥浆液面，浆面较低时要及时向管内补浆。在最后一节接头管拔出前，应把接头管内补满泥浆，以防接头管拔出后出现塌孔事故。
3施工质量评价
3.1墙体质量检查
（1）钻检查孔检测
防渗墙施工完毕后，共布置检查孔7个，共做注水试验49次，计算墙体渗透系数为1.24×10-9～4.89×10-8cm/s，满足设计要求。
（2）墙体物探检测
取芯孔单孔平均声波波速3413～3985m/s；墙体对穿声波平均波速在3403～3703m/s，大值平均波速为3876m/s，小值平均波速为3310m/s。全景图像资料反映墙体混凝土浇注实密实度较好。
3.2基坑抽水实测渗漏情况
围堰施工完毕后，进行基坑抽水和开挖。基坑抽干后实测渗漏量为1200m3/h左右（包括左右两岩山体来水），仅为设计标准的10%。
说明施工质量优良，防渗效果明显。
4结语
猴子岩水电站大坝围堰防渗墙是在深厚覆盖层进行的，地质条件极其复杂、施工难度大、质量标准高。施工过程中通过引进聚合物泥浆固壁、采用冲击钻“分段钻凿法”成槽、合理控制80m深塑性混凝土接头孔拔管起拔时间和混凝土浇筑上升速度，不但保证了工程施工质量，而且减少了复杂地层出现的各类施工事故，提高了施工工效，为混凝土防渗墙在深厚覆盖层处理上的应用积累了宝贵经验。
本文选自核心级期刊《价值工程》，《价值工程》创刊于1982年，是经国家新闻出版总署批准公开发行的经济综合性专业学术期刊，具有国际国内双刊号，国际刊号ISSN1006-4311国内刊号CN13-1085/N），邮发代号：18—2，主管单位：河北省科学技术协会，主办单位：中国技术经济研究会价值工程专业委员会、河北省技术经济管理现代化研究会。《价值工程》是中国科技核心期刊（2008年入选）、中国科技论文统计源期刊。《价值工程》是中国高等教育学会（价值工程分会）会刊、中国价值工程学会会刊。