摘要：某水库大坝防渗墙工程为混凝土防渗墙，防渗墙轴线在坝轴线上，墙体厚度0.6m，墙底伸入基岩以下1m，成墙面积工程量为9914m2。施工过程中成槽采用“冲抓结合法”，槽段连接拟采用 “接头管”法，提高工效，适合各种地层的成槽施工。
关键词：防渗砼心墙；施工；成槽；接头管
1 防渗砼心墙总体施工方案
根据本工程的特性和施工要求，结合防渗墙施工实际经验和类似工程的施工经验，本工程大坝防渗墙工程总体施工方案为：
（1）坝顶开挖后，修筑防渗墙施工平台，其宽度不少于12m。
（2）采用“冲抓结合法”成槽，主要成槽机械为CZ-22型冲击钻和BS-650型液压抓斗，并对抓斗和冲击钻进行优化配合；
（3）建立完善的泥浆系统，采用优质膨润土泥浆护壁，确保槽孔壁稳定；
（4）采用抽砂筒和气举反循环进行排渣和清孔，保证成槽和浇筑质量；
（5）墙段连接主要采用埋管法；
（6）预埋灌浆钢管采用定位架固定，分组、分节式在槽口现场焊接，整体吊入槽内；
（7）混凝土生产和浇筑：采用2台0.5m3强制式混凝土搅拌机拌制混凝土，配料计量以电子自动计量为主；混凝土采用混凝土罐车输送到槽口集料斗；采用10t汽车吊提升导管，进行泥浆下直升导管法浇筑混凝土。
（8）施工准备时期，首先进行生产性施工试验，根据试验情况调整和优化施工方案及有关的施工技术参数，实现“优质、高效、低耗”的施工目标。
砼防渗墙的施工过程一般可分为：施工准备、施工平台填筑、导向槽砼浇筑、造孔、清孔换浆、混凝土浇筑等工序。具体工艺流程见图1主坝防渗墙施工程序图。
图1 主坝防渗墙施工程序图
2施工布置
2.1导向槽
为保证槽口稳定，并起造孔导向作用，在槽口建造钢筋混凝土导向槽，也称导墙。根据招标图纸所示，主坝现坝顶高程为▽163.10m，最大坝高42m。防渗墙施工时，拟沿导向槽下挖1.50m，然后建造导向槽和施工平台。
导向槽为直角梯形断面，横断面顶宽45cm、底宽85cm，导向槽深1.2m，槽口宽度60cm。导向槽拟从地面下挖1.2m深，浇筑C15混凝土，底部各布3根φ18钢筋。防渗墙中段，深度较深部分，约占全长的1/5，除了在导向槽底部布3根钢筋外，并在顶部各布2根φ18钢筋。导向槽结构如图2所示。
导向槽施工时，拟采取纵向分段浇筑，各段之间采用斜面搭接的方式连接，两侧导墙的钢筋接头应错位布置，搭接长度应符合规范要求，导墙内墙面垂直。导墙背侧采用粘性土层回填夯实。
图2 导向槽结构
2.2施工平台
防渗墙施工平台包括冲击钻工作平台（含枕木和道轨）、倒浆平台、排浆沟、施工道路等，其中施工道路亦作为履带式液压抓斗和运渣自卸汽车通行道路。
为便于冲击钻和液压抓斗同时作业，互不干扰，拟将其分别布置在导向槽的下上游侧。上游侧宽5.9m左右；下游侧宽8.4m。由于本工程坝顶宽约7m，施工平台需在坝顶上、下游帮填。
2.3泥浆系统
混凝土防渗墙施工泥浆系统包括制浆站、输浆管和泥浆管回收净化设施等。制浆站由膨润土仓库、制浆机、膨化池、储浆池、供浆泵等组成。
2.4护壁泥浆拌制及泥浆回收处理
混凝土防渗墙护壁泥浆的性能应符合SL174-96、DL/T5199-2004规范要求，如粘土泥浆，其性能指标必须满足密度1.1～1.2g/cm3、含砂量≤5%、稳定性≤0.03％；如为膨润土泥浆性能指标为：浓度＞4.5％、密度＜1.1g/cm3。拌制泥浆的粘土，拟进行物理试验和化学分析，以选择粘粒含量大于50％、塑性指数大于20、含砂量小于5％的粘土为宜。若当地粘土料源困难，拟采用二级钙基膨润土，其性能应符合规范要求。膨润土泥浆拌制时，应掺加工业碱作分散剂。
采用膨润土拌制泥浆时，拟采用高速制浆机拌制，新浆进入膨化池后，并经24h水化膨胀，方可使用。储浆池内的成浆应经常搅动保持泥浆性能指标均一。泥浆搅动方式用在储浆池底部埋设花管，定期通气使泥浆搅动。
从槽孔内置换出来的废浆，首先经过筛网过滤，再进入沉淀池，将上部性能符合质量要求的合格浆液存入储浆池与新浆一同使用。对于含砂量较高和絮凝状泥浆，予以废弃。废渣集中运往指定地方堆放，减少环境污染。
3槽段划分
大坝混凝土防渗墙分两期（即两序）施工，每个单槽分主、副孔造槽。槽段的划分除了考虑地层、浇筑能力等因素外，主要受灌浆管间距或接头孔位置的制约。根据设计要求，防渗墙内要预埋灌浆管，灌浆管的间距为2.0m。本工程防渗墙的槽段划分，根据设计要求，每个槽段长度均为5m。具体方案为：一期槽段长度为5.0m，采取“三钻两抓”，主孔长0.6m，副孔长1.6m；二期墙段长度为5.0m，亦采取“三钻两抓”（含两端接头孔），主孔长0.6m，副孔长1.6m。施工前期，先按方案进行生产性试验，若地层和槽壁的稳定性较好，经设计与监理同意可将单槽段长度适当加大，以减少槽段接缝、加快施工进度。
4成槽方法
根据地质地层情况及工期的要求，本工程采用冲击钻液压抓斗结合的方法进行施工。采用冲击钻机的相互结合，可以做到优势互补、提高工效，适合各种地层的成槽施工。
成槽的质量标准，应符合规范要求：孔位偏差不大于3cm；槽孔孔壁应平整垂直，孔斜率不大于4‰，不应有梅花孔、小墙等；遇有含弧石、漂石的地层及基岩面倾斜度较大等特殊情况时，孔斜率可控制在6‰以内。一、二期槽孔接头套接孔的两次孔中心线在任一深度的偏差值不应大于设计规定墙厚的1/3。
造孔成槽过程，采取泥浆护壁，单槽造孔完成后，进行清孔换浆，槽内泥浆性能符合规范要求，经监理验收合格后，方可下设预埋灌浆钢管，然后下导管，进行混凝土浇筑。一期槽段混凝土浇筑之后，24h左右即可用冲击钻钻凿接头孔，混凝土浇筑前清孔验槽时，应用钢丝刷钻头，对接头孔进行分段刷洗，刷洗的合格标准为：刷子钻头上基本不带泥屑，孔底淤积不再增加。
为防止槽壁坍塌和坝顶出现裂缝，拟采取跳槽施工，即相邻一期槽段同时造孔时，中间应间隔1～2个二期槽。
测斜及纠偏：冲击钻造孔和终孔验槽时，通过冲击钻钢丝绳在槽口的位置，利用相似三角形原理计算孔斜值，当发现孔斜超标时，及时采取相应措施纠偏。纠正孔斜及钻头位置，进行修槽；必要时，回填粘土甚至低标号混凝土再重新造孔等。
5槽段连接
本工程混凝土防渗墙槽段连接拟采用 “接头管”法。接头管起拔采用YBJ-1200型液压拔管机。
5.1接头管下设
下设前检查接头管底阀开闭是否正常，底管淤积泥沙是否清除，接头管接头的卡块、卡盖是否齐全，锁块活动是否自如等，并在接头管外表面涂抹润滑油。
采用10t汽车起重机起吊接头管，先起吊底节接头管，对准端孔中心，垂直徐徐下放，一直下到φ120mm销孔位置，用φ108mm厚壁（18mm）钢管对孔插入接头管，继续将底管放下，使φ108mm钢管卡在拔管机抱紧圈上，松开公接头保护帽固定螺钉，吊起保护帽放在存放处，用清水冲洗接头配合面并涂抹润滑油，然后吊起第二节接头管，卸下母接头保护帽，打开卡块盖（用三大卡块卡接时，拨开销钉将卡块转出），用清水将接头内圈结合面冲洗干净，对准公接头插入，动作要缓慢，接头之间决不能发生碰撞，否则会造成接头唇部发生变形，使公母接头连接困难，因为公母接头配合间距只有2～3mm，用卡块卡接时，将卡块旋入并锁定。吊起接头管，抽出φ108mm钢管，下到第二节接头管销孔处，插入φ108mm钢管，下放使其卡在拔管机抱紧圈上，再按上述方法进行第三节接头管的安装。重复上述程序直至全部接头管下放完毕。
5.2接头管拔管前的技术准备
拔管法施工关键是要准确掌握起拔时间。起拔时间过早，混凝土尚未达到一定的强度，就会出现接头孔缩孔和垮塌；起拔时间过晚，接头管表面与混凝土的粘结力使摩擦力增大，增加了起拔难度，甚至接头管被铸死拔不出来，造成重大事故。
起拔力的大小和起拔时间与水泥的品种、标号，混凝土的配合比，初凝时间和浇筑速度等因素有关，由多种阻力组成。因此采用“接头管法”施工工艺前须进行试验。
混凝土初、终凝时间及拔管时机的参数的模拟试验如下：
试验一：采用直径40cm、高为1m的无底圆筒，埋入50cm深的坑内，圆筒中心放置一根直径为127mm钢管，然后在钢管和圆筒的环状空间浇筑混凝土，在钢管内注入泥浆。首先拟定在3h后，每隔30min起拔一次钢管，起拔量为5～10cm，经3.5h后，全部拔出钢管。当龄期达到48h后，将圆筒拔出地面，然后检查孔内壁完整情况且有无缩孔、坍塌现象发生。若孔内壁完整性很好且无缩孔、
坍塌现象发生，证明3h成孔是可行的，否则，再次作试验，将浇筑混凝土与开始起拔钢管的时间段延长，直至满足要求为止，并记录下最终成孔时间。
试验二：将混凝土装入试模，每隔1h拆一个试模，观察试件成形及强度增长情况。再次验证混凝土的初、终凝时间。
5.3接头管起拔注意事项
（1）混凝土正常浇筑时，仔细地分析浇注过程是否有意外，并随时从浇筑柱状图上查看混凝土面的上升速度以及浇筑导管的埋深情况。
（2）由于混凝土强度上升越快，与管壁的凝结力增长越快，其起拔力增长的也越快，因此，准确确定出混凝土的初终凝时间非常重要；在配料过程中尽量减小人为配料误差；浇筑混凝土时，随着混凝土面的不断上升，分阶段作混凝土试件，以便更精确的掌握混凝土的初、终凝时间。
（3）接头管的垂直度：发生接头管偏斜主要由两方面因素，其一，由于端孔造孔时，孔形不规则，致使接头管偏斜；其二，浇筑混凝土时，接头管受到混凝土的侧向挤压后造成偏斜。一旦发生接头管偏斜，应立即采取纠偏措施，即在混凝土尚未完全凝结之前通过垂向的起拔力重塑孔型，使接头管尽可能的垂直和顺直。
（4）安排专职人员负责接头管起拔，随时观察接头管的起拔力，避免人为原因造成铸管事故。
（5）接头管全部拔出混凝土后，对接头孔及时进行检测、处理和保护。
6墙段连接
混凝土防渗墙段连接采用钻凿法，即用冲击钻机配冲击钻头将一期槽段端部的新浇混凝土钻凿成孔。接头孔开始钻凿的时间，视混凝土的强度和龄期而定，一般为混凝土浇筑完毕后24h左右，具体时间通过实地试验而定。要防止过早或过迟开始钻凿接头孔。合拢段的槽孔长度以短槽为宜，应尽量安排在槽深较浅、条件较好的地方。
7特殊情况的处理
7.1地层漏浆
造孔时，遇地层严重漏浆，应迅速补充泥浆，并填入堵漏材料，必要时可回填槽孔，然后重新造孔。严禁一边漏浆，一边强行钻进。堵漏材料可采取加大泥浆浓度，投塑粘性土块或粘土泥球，以及在泥浆内渗水泥、砂石碎石等材料。
7.2槽段坍塌
施工中，若发现因地层的原因造成槽段坍塌，可采取缩短槽段长度；加快施工进度；加大泥浆浓度，提高护壁能力等措施。
7.3混凝土浇筑过程中发现导管堵塞、拨脱或漏浆需重新下设时，必须将导管全部拨出，洗净，再重新下设，抽净导管内泥浆继续浇筑，保证导管插入混凝土足够的深度。
7.4混凝土浇筑过程中发生质量事故时，可选取以下办法进行处理：
凿除已浇入孔内的混凝土，重新清孔换浆、下导管、重新浇筑；在需要处理的墙段上游补贴一段新墙。当地层可灌性较好时，亦可在需要的墙段上游进行水泥灌浆或高压喷射灌浆处理。
8工程质量检查
（1）防渗墙质量检查程序分工序质量检查和墙体质量检查。
（2）工序质量检查包括终孔、清孔、预埋灌浆钢管、制造及吊放、混凝土拌制与浇筑等检查。各工序检查合格后，应签发工序质量检查合格证。上道工序未经检查合格，不得进行下道工序。根据《招标文件》防渗墙体检测由发包人指定有相应资质的单位检测。
（3）槽孔建造的终孔质量检查包括下列内容：孔位、孔深、孔斜、槽宽；基岩岩样与槽孔嵌入基岩深度；一、二期槽孔间接头的套接厚度。
（4）槽孔的清孔质量检查应包括下列内容：孔内泥浆性能；孔底淤积厚度；接头孔刷洗质量。
（5）预埋灌浆钢管制造及吊放质量检查包括下列内容：钢管的检验；钢管的外形尺寸，加工质量；钢管的吊放位置及节间连接质量。
（6）混凝土及其浇筑质量检查包括下列内容：原材料的检验；导管间距，浇筑混凝土面的上升速度及导管埋深；终浇高程，混凝土槽口样品的物理学检验及其数理统计分析结果。
（7）浇筑过程中，按规范和设计要求，及时在孔口或机口取样装试模，经养护达到龄期后，送具有CAM资质的试验单位进行检测。检测项目包括抗压强度、抗渗指标和弹性规模量等。
（8）质量检查试件数量：抗压强度试件100m3成型一组；抗渗性能试件每3个墙段成型一组、弹性模量试件每10个墙段成型一组。
（9）墙体质量检查安排在成墙后28h进行，检查内容为墙体的物理力学性能指标、墙段接缝和可能存在的缺陷。检查可采用钻孔取芯、注水试验或其他检测方法。检查孔的数量宜为10～20个槽孔一个，位置应具有代表性。
（10）应做好防渗墙施工记录和资料统计分析整理工作。
9关键工序技术措施
9.1砼导墙技术措施
（1）导向墙应该平行于防渗墙中心线，其允许偏差为±1cm；
（2）导向墙顶面高程（整体）允许偏差±1cm；
（3）导向墙顶面高程（单幅）允许偏差0.5cm；
（4）导向墙间净距允许偏差0.5cm；
9.2槽孔建造技术措施
（1）根据地质复勘资料编制槽孔轴线剖面图，划分槽段、确定合拢段位置。
（2）根据类似工程经验，在防渗墙中心线部位进行生产性试验，以取得造孔、固壁泥浆、墙体浇筑等施工工艺和参数。
（3）设置地表水排水系统，防止地表水渗入槽内，以免影响泥浆性能和破坏孔壁稳定。
（4）造孔中，孔内泥浆面应保持在导墙顶面以下30cm～50cm。
（5）漏失地层，应采取预防措施，发现泥浆漏失，应立即堵漏补浆。
（6）保证槽孔平整垂直，孔位中心允许偏差不大于3cm、孔斜率不大于0.2%；遇有含孤石、漂石的地层及基岩面倾斜度较大等特殊情况时，其孔斜率应控制在0.6%以内；对于一、二期槽孔接头套接孔的两次孔位中心任一深度的偏差值应不大于施工图纸规定墙厚的1/3，并应采取措施保证设计厚度。
（7）槽孔嵌入基岩的深度必须达到0.5m。基岩需按下列方法确定：依据防渗墙中心线先导孔地质剖面图，当孔深接近预计基岩面时，即开始取样，然后根据岩样的性质确定基岩面；对照邻孔基岩面高程，并参考钻进情况确定基岩面；当上述方法难以确定基岩面，或对基岩面发生怀疑时，
应采用钻机取基岩的岩样，加以确定和验证。
基岩岩样是槽孔嵌入基岩的主要依据，必须真实可靠，并按顺序、深度、位置编号，填好标签，装箱，妥善保管。
（8）造孔结束后，应对造孔质量进行全面检查。经检查合格后方可进行清孔换浆。造孔质量检查的项目和指标为：槽孔中心偏差≤±3cm；槽孔孔深偏差不得小于设计孔深；孔斜率≤0.2%；槽孔宽满足设计要求（包括接头搭接厚度）。
（9）主孔钻进过程中，必须随时检查孔形，发现问题，及时修孔。同一孔钻进使用的钻头规格必须一致，中途要勤补焊，且钻头直径不得大于原来的钻头直径。
（10）坝体造孔采用空心钻具。空心钻具的优点是钻头体长、导向性好，钻头上钻角多，切削效率高。
（11）坝基岩石钻进时，应为防止产生孔斜和溜坡现象，应先轻轻地打出一个平台后再适当加大冲击力。基岩钻进时应勤抽砂，以保持孔底清洁。另外，在冲击时应经常转动钻头方向。
（12）混凝土接头钻进应在槽孔浇筑结束48小时后进行。
9.3清孔换浆技术措施
（1）造孔结束并经检查合格后方可进行清孔换浆工作。
（2）二期槽孔清孔换浆结束前，应使用略小于造孔钻头的刷子钻头，分段刷洗混凝土孔壁上的泥皮。刷洗的合格标准为刷子钻头上基本不带泥屑，孔底淤泥不再增加。
（3）清孔换浆结束1小时后，应达到下列清孔标准：孔底淤积厚度≤10cm；当使用粘土泥浆时，孔内泥浆密度密度≤1.3g/cm3，粘度≤30s，含砂量≤10%；当使用膨润土泥浆时，应通过试验确定。
9.4墙体混凝土技术措施
（1）材料
水泥：水泥标号应不低于32.5级，有抗冻要求时，应该优先选择硅酸盐水泥。
商品膨润土：质量标准符合石油工业部部颁标准《钻进液用膨润土》（SY5060-85）要求。
粗骨料：应优先选用天然卵石、砾石，其最大粒径应小于40mm，含泥量应不大于1.0%，泥块含量应不大于0.5%；
细骨料：应选用细度模数2.4～3.0范围的中粗砂，其含泥量应不大于3%，粘粒含量应不大于1.0%。
外加剂：减水剂、防水剂和加气剂等的质量和掺量应经试验，并参照DL/T5100—1999的有关规定执行。
水：配制混凝土的水质应符合JGJ63—89第3.0.4条的规定。
所有进场材料经复检合格后才能投入使用。
（2）配合比
配合比试验和现场抽样检验的混凝土性能指标应满足下列要求：
入槽坍落度18～22cm；
扩散度34～40cm；
坍落度保持15cm以上，时间应不小于1h；
初凝时间不小于6h；
终凝时间不大于24h；
混凝土密度不小于2.1g/cm3；
胶凝材料用量不少于350kg/m3；
水胶比小于0.65。
9.5墙体混凝土浇筑技术措施
（1）清孔换浆经检查合格后，应于4小时内开浇混凝土。
（2）泥浆下浇筑混凝土就采用直升导管法，导管内经以200～250mm为宜。
（3）槽孔内使用两套以上导管时，间距不得大于3.5m，二期槽端的导管距孔端宜为 1.0m。当槽底高差大于25cm时，导管应布置在其控制的最低处。
（4）导管的连接和密封必须可靠。应在每套导管的顶部和底节管上设置数节长度为 0.3～1.0m 的短管，导管底口距槽底应控制在15～25cm范围内。
（5）开浇前，导管内应置入可浮起的隔离塞球。开浇时，应先注入水泥砂浆，随即浇入足够的混凝土，挤出塞球并埋住导管底端。
（6）浇筑过程需遵守下列规定：
导管埋入混凝土的深度不得小于 1m，不宜大于6m；混凝土面应均匀上升，各处高差应控制在0.5m以内；至少每隔30min测量一次槽内混凝土面深度，至少每隔2h测量一次导管内混凝土面深度，并及时绘制混凝土浇筑指示图，以便校对浇筑方量；槽孔口应该设盖板，避免混凝土散落槽孔内；不符合质量要求的混凝土严禁浇入槽孔内；应防止入管的混凝土将空气压入导管内。
（7）混凝土终浇顶面宜高于设计高程50cm。
9.6墙段连接技术措施
（1）在条件许可时，应尽量减少墙段连接缝。
（2）墙段连接采用双反弧桩柱法。
（3）双反弧桩柱法施工，需遵守下列规定：
用于防渗墙槽段（或圆柱）连接的双反弧桩柱，其弧顶间距为墙厚的1.1～1.5倍；钻凿双反弧桩孔，钻头不得扭转，桩孔孔斜应符合设计要求；钻完桩孔后，需用专用的机具将其两端一期槽（或圆桩）混凝土所附泥皮及地层残留物全部清除。清除结束标准是作业后孔底淤积不再增加。
作者简介：孙中，男，1971年2月生，湖北随县人，汉族，大专学历，水利水电工程师，现从事小型水库除险加固、小型农田水利工程项目管理。
论文作者:孙中
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/11
标签：混凝土论文; 防渗墙论文; 泥浆论文; 导管论文; 基岩论文; 钻头论文; 导向论文; 《基层建设》2019年第2期论文;