薄壁抓斗法混凝土防渗墙技术分析
摘 要：陕西渭河咸阳城区段综合治理工程位于渭河中游的下段，工程地处咸阳市市区，工程治理范围上游起点位于咸通南路下游约140m处，下游终点位于古渡公园西侧，距离陇海铁路桥以上约554m处，全长约4.6km。笔者主要论述了薄壁抓斗法混凝土防渗墙的主要施工工艺流程、特点与质量控制指标。
关键词：防渗墙,施工,技术
一、概况
渭河咸阳城区段综合治理工程为河道内蓄水美化工程，在保障防洪安全的前提下，在两岸防洪大堤内对治理段河道进行综合整治。工程在渭河主河槽内布置泄洪蓄水渠和泄洪浑水渠，中间由中隔墙分隔。北侧泄洪蓄水渠为浅槽，宽260m，深3.6m，其蓄水水质满足景观用水要求，遇较大洪水时参与泄洪;南侧泄洪浑水渠为深槽，宽240m，深4.6m，其主要作用是泄洪、排沙。在泄洪蓄水渠的进、出口和泄洪浑水渠进口各设一道橡胶坝，上下游两个拦河橡胶坝，坝高分别为3.3m、3.5m，平时立坝蓄水，大洪水塌坝行洪，蓄水容积约240万m3。工程主要建筑物包括橡胶坝、中隔墙、南、北侧护坡、泵房和储水池等。
二、设计要求
本次实施工程是由于位于北护岸标段Ⅲ标段：桩号ZG2+240.5～ZG3+320.5，长度1 080m。混凝土防渗墙轴线长度1 080m，墙宽0.4m，墙深6.0m。
三、施工方法
造孔采用BH-6液压式抓斗直接槽内取土成槽孔，浇筑采用直升导管法进行混凝土浇筑。在施工前，技术人员在认真勘查地质情况下，根据实际地形及设计要求，从设备、工艺、泥浆、灌注砼等均做了详细、认真的分析，并提出了具体的施工方案。
(一)施工准备
1.技术交底
对地质情况、工艺及质量要求，尤其是注意事项、质量控制要点以书面形式下发给各施工班，举行培训班，并现场讲解。
2.测量定位
在施工场地平整碾压密实后进行，施工前首先进行测量放线。利用全站仪使用坐标对导向槽开挖边线进行测量定位，用白灰划线，用以指导开挖施工。开挖完成后再次复核。
3.原材料检测及砼配合比实验
水泥、砂、碎石料及配合比直接关系到砼的和易性、流动性和初凝时间，经试验确保符合要求后方可使用;另外，泥浆指标直接关系到成孔质量和砼灌注质量，要对泥浆做测试试验。
4.泥浆配制
泥浆是固壁和携渣的最根本因素，综合考虑本工程的地质条件,采用膨润土泥浆。
膨润土泥浆用BE-10型泥浆搅拌机进行搅拌，搅拌程序为：先向搅拌机内注入水，水面高出搅拌叶的顶端，开动搅拌机，向机内投放膨润土，并同时加入碳酸钠，经搅拌30min 左右，取样测量泥浆粘度，然后继续搅拌一段时间，再测粘度，若两次测量的数值不变，则泥浆制成，并据此来确定以后泥浆的搅拌时间。搅好的泥浆经过一个20 目的筛网放入储浆池中。新制膨润土泥浆性能指标应达到表1的要求。
表1 新配制膨润土泥浆性能指标表
项目
单 位
性能指标
试验用仪器
备 注
浓度
%
＞4.5
指100 kg 水所用膨胀重量
密度
g/cm3
＜1.1
泥浆比重称
漏斗粘度
s
30～90
946/1500mL马氏漏斗
塑性年度
cp
＜20
旋转粘度剂
10分钟静切力
N/m2
1.4～10
静切力剂
pH值
9.5～12
pH值试纸
5.机械设备的选定
为保证每孔防渗墙自开钻到灌注结束都能顺利、不间断进行，在各环节上均应配置充足的设备和备用方案，并准备好备用电源。各后序工作机械必须到位，准备完毕后方可开钻。机械设备配置见表二。
6.人员配制
防渗墙工程是陕西渭河咸阳城区段综合治理工程的首要重难点工程，为此在施工时成立防渗墙施工QC小组，小组成员由项目总工程师、工程部长、现场技术主管工程师及经验丰富的钻机机长组成。在施工前项目部组织防渗墙施工QC小组成员详细分析每个环节可能出现的问题，以确保出现异常情况时能早发现，早处理。
7.砼输送
砼采用输送车直接灌注，采用大导管灌注砼。
表2 机械设备配置表
序号
设 备 名 称
规 格 型 号
数 量
技术状况
1
抓斗法钻机
BH-6
5
良
2
挖掘机
1.25m3
1
良
3
装载机
ZL40B
1
良
4
装载机
ZL50B
1
良
5
砼输送车
6m3
4
良
6
吊车
QY-16
2
良
7
泥浆搅拌机
BE-10
2
良
8
泥浆泵
4PN
2
良
9
钢筋弯曲机
GB40B
2
良
10
钢筋切断机
CQ40
2
良
11
钢筋调直机
GTФ4～14
2
良
12
交流电焊机
BX1-330
6
良
13
对焊机
UN1-75
1
良
14
变压器
400KVA
1
良
15
搅拌机
JS750
2
良
16
发电机
120Kw
1
良
(二)施工方法
1.施工工艺流程图(见图4)
图4 防渗墙施工工艺流程图
2.主要施工步骤
(1)导向槽施工
导向槽混合结构导墙：墙底设40cm宽钢筋混凝土底梁，墙顶设20cm宽盖梁，混凝土强度等级为C15，立墙用水泥砂浆砌12砖墙。导墙高85cm，墙顶水平。两墙之间净距0.5m，截面形状采用“┛┗”型。导向槽结构如图1所示。
①导向槽采用挖掘机分段开挖，人工配合修整边坡;
②导向槽开挖完成并经验收合格后按施工图纸和规范要求进行钢筋绑扎;
③导向槽模板采用钢模板，支设模板时用经纬仪对其位置和垂直精度进行严密观测，保证起结构储存偏差控制在允许范围之内;
④导向槽混凝土强度等级为C15，采用自拌混凝土，用翻斗车运输，溜槽入仓，人工平仓，振捣棒振捣密实;
⑤导向槽混凝土强度达到设计强度的70%后方可拆模，拆模后，每隔5m设一道Ф150mm木杆支撑导向槽，并洒水养护;
⑥在导墙顶标记防渗墙轴线控制线、槽段分界控制线。因故变更孔位时，必须对相应改变的控制线做出明显的标识。
(2)槽孔段划分
槽孔段划分根据地层条件、液压抓斗斗体开度、成槽孔工艺、防渗墙平面布置而定，槽孔段长度为7.5m。槽孔段划分图如图2所示。
(3)成槽孔工艺
本工程主要采用液压抓斗进行成槽孔施工：防渗墙分两序施工，先施工一期槽孔再施工二期槽孔，槽孔段长度为7.5米。
在造孔过程中，及时往槽孔内补浆，始终保持槽孔内泥浆面在导墙顶面以下30～50cm，严防坍孔。
(4)终孔及清孔验收
①槽孔终孔后，先进行自检，自检合格后报告现场监理工程师进行孔位、孔深、孔斜、孔型、槽宽、槽底岩性鉴定及一、二期槽孔的套接厚度全面检查验收，合格后进行清孔换浆。
②清孔抓斗直接抓取孔底淤积的方法，清孔时要求由经验丰富的操作人员进行。
③清孔换浆结束1h内，检查孔内泥浆性能指标，孔底淤积厚度不大于10cm。
④二期槽孔清孔换浆结束前，用刷子钻头分段洗刷一期槽孔端头的泥皮和地层残留物，以刷子钻头上基本不带泥屑，孔底淤积不再增加为合格标准。
(5)混凝土浇筑
①单元槽孔段的几何尺寸
混凝土防渗墙拟定单元槽孔段长度为7.5m(因使用φ400mm的接头管作为墙体连接方法。因此，混凝土防渗墙单元槽孔段实际成槽长度为7.9m)，依据设计图纸防渗墙孔深均为6m。
②单元槽孔段的混凝土最大设计量
为保证防渗、防冲墙砼质量，浇筑高程比设计高程高50cm。单元槽孔最大混凝土设计方量为7.9×0.4×(6+0.5)=20.5m3。根据以往施工经验，抓斗造孔施工工艺，结合本工程地址勘察资料，混凝土浇筑充盈系数不大于1.2。因此，推算单元槽孔最大混凝土量不大于20.5×1.2=24.6m3。
③混凝土制备
混凝土搅拌站安装二台JS750型混凝土搅拌机，配备自动上料系统。搅拌站配置一台ZL50铲车上砂石料，混凝土搅拌站单机生产能力可达10m3/h，总生产能力可达20m3/h。按规范要求槽孔内混凝土上升速度不得低于2m/h，单元槽孔每小时最低需用混凝土量=7.9m×0.4m×2m/h×1.2=7.6m3。
④浇筑导管
混凝土浇筑采用钢制导管，导管直径为216mm钢管。单元槽孔内布设3套导管，一期槽端的导管距孔端或接头管宜为1.0～1.5m，二期槽端的导管距孔端宜为1.0 m。当槽底高差大于25cm时， 导管应布置在其控制范围的最低处。
导管的连接和密封必须可靠。在每套导管的顶部和底节管以上设置数节长度为0.3～1.0m的短管。导管底口距槽底应控制在15～25cm范围内。
开浇前，导管内应置入可浮起的隔离塞球。开浇时，先注入水泥砂浆，随即浇入足够的混凝土，挤出塞球并埋住导管底端。导管连接和密封必须可靠，施工前做导管压水试验。
⑤储料斗
孔口设储料斗，储料斗容量为1.5m3，混凝土运输车将混凝土运置槽孔口后倒入储料斗内，储料斗放满混凝土后，用吊车吊起，出料口对准导管上的进料料斗，打开储料斗阀门，混凝土经进料料斗通过导管注入槽孔内。
⑥砼浇筑
混凝土浇筑应遵循先深后浅，连续进行、均匀上升的原则。混凝土面上升速度要求不小于2m/h，混凝土面高差不大于0.5m，埋管深度在1.0～6.0m范围内。
浇筑过程中至少30min测一次混凝土面，及时掌握各项数据。终浇混凝土面高程超过设计高程0.5m。
槽孔口应设盖板，避免混凝土散落槽孔内，不符合质量要求的混凝土严禁浇筑到槽孔内，防止入管的混凝土将空气压入导管内。
混凝土浇筑过程中，在浇筑槽口或在搅拌站出机口随机取样，检测坍落度、扩散度、并取样进行抗压、抗渗试验。
⑦墙段连接
防渗墙一、二期槽孔的接头采用套接方式，在一期槽孔混凝土浇筑结束后24h，开始用抓斗钻劈接头孔。
四、结论
防渗墙施工共浇筑砼5184m3,施工过程中坍孔1槽,由于厚砂层泥浆浓度、比重过小，钻进速度过快坍孔。防渗墙是近年来水利工程中常采用的方法之一，薄壁液压抓斗法防渗墙施工技术于20世纪90年代出现的新技术。怎么掌握好防渗墙的施工工艺及病害处理也是难题之一。采用正确的防渗墙成槽孔工艺和配制高质量的泥浆是保证成槽孔的关键，采用正确的灌注砼方法可有效防止防渗墙体病害的发生，技术人员、钻机人员的责任心也直接关系到成品墙体的顺利与否。