曲靖市宣威市水利水电勘察设计研究所 云南省宣威市 655400
摘要：本文简要介绍了钻劈法造混凝土防渗墙技术在花椒水库除险加固工程施工中的应用，对混凝土防渗墙从设计、施工、质量控制以及质量检验进行了分析阐述，对常见问题应该如何处理。
关键词：钻劈法；泥浆固壁；混凝土；防渗墙
目前我国许多防渗墙工程由于地层中含有较多的卵石和漂石，仍需采用钢绳冲击钻机和钻劈法造孔成槽，成槽方法是先钻凿主孔，后劈打副孔；劈打副孔时在相邻的两个主孔中放置接砂斗接出大部分劈落的钻渣。由于在劈打副孔时有部分（或全部）钻渣落入主孔内，因此需要重复钻凿主孔，此作业称作“打回填”。当采用常规冲击钻击造孔时，钻凿主孔和打回填都是用抽砂筒出渣（如开孔时）。钻劈法施工的副孔在防渗墙轴线方向上的长度，粘性土地层为1.0d～1.25d（d为主孔直径，即槽孔宽度），砂壤土和砂卵石地层1.2d～1.5d。
由于钻头是圆形的，在主、副孔钻完之后，其间会留下一些残余部分，称作“小墙”。这需要找准位置，从上至下把它们清除干净（俗称打小墙）。至此可以形成一个完整的、宽度和深度满足要求的槽孔。钢绳冲击钻机在钻进软弱地层时要“轻打勤放”。即采用小冲程（500～800mm）、高频次（45次/min）、勤放少放钢绳的钻进方法：对于坚硬地层，可采用加重平底十字钻头，高冲程（1000mm），低频次（40次/min）的重打法，配合采用高密度泥浆或向孔内投放粘土球，以及勤抽砂等综合办法，以加大钻头的冲击力和泥浆的悬浮力，并使钻头能经常冲击到地层的新鲜层面。
钻劈法此项技术已在国内水库防渗工程中得到了很广泛应用，收到了很好的效果。本文对塑性混凝土防渗墙在花椒水库大坝防渗处理工程施工中的应用情况加以介绍。
1、工程概况
宣威市花椒水库位于珠江流域北盘江一级支流花椒河上，距宣威市中心3km。水库控制径流面积16.2km2，总库容356万m3，为小（一）型水库。花椒水库是一座以防洪为主，兼有灌溉、供水等功能的小型水利枢纽，水库枢纽工程由大坝、输水涵洞、溢洪道组成。
大坝为均质坝，最大坝高23.68m，坝顶高程2041.0m，坝顶长410m，坝顶宽6.0m。所有建筑物均坐落于砂、卵砾石及强风化玄武岩上。水库始建于一九五七年十一月，于一九五八年六月竣工并投入运行。坝基开挖时清基不彻底，坝基尚有2.5—4.0m的冲积层和腐殖土没有清除，上坝土料质量不均匀，粘土及玄武岩风化料混杂，坝土压实度低，碾压质量差；大坝存在坝体、坝基及绕坝渗漏，漏水量随库水位的升降而发生变化：下游坝坡常年湿润，在2033.74m库水位下，下游坝坡2022m高程一带潮湿面积达2000m2，坝脚渗漏量达20L/s；大坝右肩2033m高程附近坝体与基岩接触带产生渗水，坡面潮湿面积150m2，渗水量10L/s。左坝段接触带也有明显的浸漏和潮湿现象；坝基为风化玄武岩，透水率较大，形成较厚的透水层位；大坝左肩2033m高程以下至输水渠道间的坡面呈沼泽化，形成多个水塘，渗水量达14.46L/s。
鉴于花椒水库存在的病险问题，被上级主管部门列为病险水库。为确保水库安全稳定运行，经上级有关部门批复，针对工程存在的问题，进行除险加固处理。除险加固工程中的大坝防渗处理工程划分为一个标段，除险加固措施为：左、右坝肩及坝体与坝基接触带进行帷幕灌浆、坝体做混凝土防渗墙，防渗轴线长488m。通过招（投）标，大坝防渗处理工程由曲靖市水利水电开发有限责任公司和云南省水利水电工程有限公司组成的联合体中标承担施工任务。
大坝防渗处理工程主要由坝体砼防渗墙和坝基帷幕灌浆两部分组成，帷幕灌浆与防渗墙墙体的搭接长度为1.5m，砼防渗墙布置在坝轴线上，灌浆孔为单排布置在坝轴线上游0.5m，孔距2.0m，帷幕轴线长488m。
2、施工方案
选用CZ-22A型冲击钻机采用“钻劈法”成槽。混凝土接头采用“钻凿法”成孔。泥浆下直升导管法浇筑混凝土的施工方案。
3、施工顺序
按施工图纸要求测量放线，开挖施工平台，测量定出防渗墙轴线，放线开挖导向槽，浇筑导墙，测量放线进行槽段划分，并在适当位置布置控制点，供施工期间进行检测和校核。先施工Ⅰ期槽段，再施工Ⅱ期槽段，最后进行质量检查。
4、施工平台与导墙
施工平台的施工是将原坝顶开挖降低1.0m，使防渗墙施工平台宽度达到10.5m。施工平台及导向槽采用挖掘机进行开挖。导墙采用现浇钢筋混凝土构筑。导墙高度1.2m～1.3m，顶部高出地面80mm～100mm。导墙中心线与防渗墙轴线重合，导墙平面轴线与防渗墙壁轴线平行，导墙内墙壁面竖直。导墙内侧间距比防渗墙厚度大40mm～80mm。
钻机轨道平行于防渗墙中心线，其地基经压实后铺设枕木，轨枕间用土料充填。倒渣平台采用现浇混凝土铺筑。
5、固壁泥浆
采用当地黏土作为原材料，各种外加剂的用量，根据实测浆液性能适量添加，通过试验确定配合比，然后按配合比配制泥浆。
6、槽孔建造
（1）防渗墙的轴线及墙顶高程，依照设计要求，根据测量基准点进行控制。
（2）槽段划分。设计墙厚0.4m，槽段长6.0m～12.0m。施工中根据成槽进度、孔壁稳定等情况对槽段划分作适当调整，实际槽段长3.0m～8.2m。
（３）槽孔建造。采用钻劈法建造槽孔，一般情况下，主孔终孔后方可劈打副孔。槽孔建造时，固壁泥浆应保持在导墙顶面以下300mm～500mm。
7、清孔换浆
清孔换浆采用掏换法或泵吸反循环法。采用掏换法时，用抽桶从孔底提取废浆，新浆从槽口补入槽内，先浅后深，反复多次，直至槽内浆液密度、沉淀厚度合格为止。采用泵吸反循法是用砂浆泵从孔底抽出泥浆经净化装置处理后返回槽内，对于被严重污染的泥浆则给予废弃，并同时向槽内补充新鲜泥浆，直至合格为止。二期槽孔清孔换浆结束前，用钢丝刷子钻头分段刷洗清除接头槽壁上的泥皮。刷洗合格条件是：刷子钻头上基本不带泥屑，孔底淤积厚度不再增加。清孔换浆结束1h后进行检查，以达到质量要求。
清孔换浆合格后，应于4h内开浇混凝土。
（３）混凝土拌和及运输
采用JS500型混凝土搅拌机拌制混凝土，HBT-80型混凝土泵输送混凝土。实际拌和及运输能力满足最大计划浇筑强度的要求。
拌制混凝土前应对原材料的质量进行检查：① 检查砂、碎石、黏土和水是否符合要求；② 检查水泥应有厂家产品检验资料，并分批取样按相关标准进行检测；③ 检查粉煤灰和外加剂应有出厂检验合格证。否则不得使用。
混凝土拌制过程中，配料要求准确，砂、碎石、黏土、粉煤灰、外加剂等用磅称或电子称称量，水泥用袋装水泥以袋计量。拌制时观察熟料的稠度、均匀性、和易性等，合格后放入储料斗，用混凝土泵输送至浇筑漏斗，各浇筑管均匀放料，使混凝土面均匀上升。
（4）泥浆下混凝土浇筑
① 混凝土浇筑前，必须拟定浇筑方案，其主要内容有：
A、绘制槽孔纵剖面图；
B、计划浇筑方量、供应强度、浇筑高程；
C、导管等浇筑机具及埋设件的布置与组合；
D、浇筑方法、开浇顺序、主要技术措施；
E、混凝土配合比、原材料品种及用量。
② 泥浆下混凝土浇筑采用直升导管法，导管内径为220mm。一个槽孔使用两套以上导管浇筑时，中心距不大于4.0m。导管中心至槽端部或接头管壁面的距离为1.0m～1.5m。当槽孔底部的高差大于250mm时，导管布置在其控制范围的最低处。导管的连接和密封必须可靠，管节接头采用快速连接方式。在每套导管的顶部和底节导管以上部位设置数节长度为0.3m～1.0m的短管。开浇前，导管底口距槽底的距离控制在150mm～250mm范围内，并在导管内放入可浮起的隔离塞球。开浇时先注入少量的水泥砂浆，随即注入足够的混凝土，挤出塞球并埋住导管底端。
③ 混凝土浇筑过程中必须遵守下列规定：
A、混凝土的浇筑应连续进行，若因故中断，中断时间不宜超过40min；
B、导管埋入混凝土的深度不得小于1m，不得大于6m；
C、混凝土面上升速度不得小于2m/h；
D、混凝土面应均匀上升，各处高差应控制在500mm以内；
E、至少每隔30min测量一次槽孔内混凝土面深度，每隔2h测量一次导管内的混凝土面深度，并及时填绘混凝土浇筑指示图；
F、槽孔口应设置盖板，避免混凝土由导管外撒落槽孔内；
G、不符合质量要求的混凝土严禁浇入槽孔内；
H、应防止混凝土将空气压入导管内。
9、墙段连接
墙段连接采用钻凿法。施工接头孔时应遵守下列规定：
（1）在已浇混凝土终凝后方可开始钻凿接头孔。一般是在Ⅰ期槽孔浇筑混凝土48h后钻凿接头孔；
（2）尽量减小接头套接孔两次孔位中心的偏差值。一般是将Ⅰ期槽孔浇筑的混凝土在槽端用“钻凿法”套打一孔，使成墙后的Ⅱ期槽孔与Ⅰ期槽孔连接成整体，且使搭接处满足设计墙体厚度的要求；
（3）Ⅱ期槽孔混凝土浇筑前，接头孔端面应用钢丝刷子钻头分段刷洗清除接头槽壁上的泥皮，刷洗至刷子钻头上基本不带泥屑，孔底淤积不再增加。
10、特殊情况处理
（1）导墙严重变形或导墙底部坍塌，影响成墙施工时，可采取以下方法处理：
① 改善导墙地基条件或槽内固壁泥浆性能；
② 在变形破坏部位补贴一段导墙或重新修筑导墙；
③ 回填槽孔，处理塌坑或采取其他安全技术措施。
（2）混凝土浇筑过程中导管堵塞、拔脱或导管破裂漏浆，需要重新吊放导管时，应按下列程序处理：
① 将事故导管全部拔出，重新吊放导管；
② 核对混凝土面高程及导管长度，确认导管的安全插入深度；
③ 抽尽导管内泥浆，继续浇筑。
11、墙体质量检查
墙体质量检查应在成墙后28d进行，检查内容为墙体的物理力学指标、墙段接缝和可能存在的缺陷。检查采用开挖检查坑、墙体水平取样、钻孔垂直取样试验及钻孔注水试验四种方式。
共布置2个检查坑，1#检查坑布置于4、5号槽段上游面开挖检查。2#检查坑布置于34-37号槽段下游面检查。
（1）1#检查坑开挖检查情况说明：
①检查坑揭露的单个槽段的塑性混凝土墙面连续完整，表面光滑无蜂窝，无断桩现象，但具微小气孔分布；墙面整体平整垂直，偏斜率小，主孔部位混凝土稍外凸，呈柱状。
②4#与5#槽段墙体连接良好，接缝处无水平冷缝，表面局部夹泥块，接缝线呈类锯齿状曲线痕迹。
③垂直于防渗墙轴线钻孔取芯采样，单个槽段内岩芯采取率大于90%，岩芯呈柱状，长度多数大于30cm；岩芯外表光滑致密，骨料分布均匀，胶结物中无泥块，但存在不均匀分布的微小气孔，岩芯表面呈“水磨石”状花纹。
（2）2#检查坑开挖检查情况说明：
①检查坑揭露的单个槽段的塑性混凝土墙面连续完整，表面光滑无蜂窝，无断桩现象，但具微小气孔分布；墙面整体平整垂直，偏斜率小，主孔部位混凝土稍外凸，呈柱状。
②各槽段墙体连接良好，接缝处无水平冷缝，表面局部夹泥块，接缝线呈类锯齿状曲线痕迹。
③垂直于防渗墙轴线钻孔取芯采样，单个槽段内岩芯采取率大于90%，岩芯呈柱状，长度多数大于30cm；岩芯外表光滑致密，骨料分布均匀，胶结物中无泥块，但存在不均匀分布的微小气孔，岩芯表面呈“水磨石”状花纹；岩芯中不均匀分布有微小气孔，墙体中心部位较少，靠上下游表面逐渐增多。
2#检查坑看到的防渗墙壁面情况
两个检查坑均在不同的深度分别从水平向钻孔取样3组，共取样6组，抗压强度最小为6.8MPa，最大为8.3MPa；弹性模量最小E=3164.9MPa，最大E=4171.1MPa。
检查孔完工28后，在防渗墙槽段内和槽段接头部位共布置7个检查孔，自上而下作注水试验，共完成25试段。渗透系数最小值 k=1.9×10-7cm/s，最大值k=8.10×10-7cm/s。平均k=3.32×10-7cm/s。
12、结论
通过对实测资料的对比分析，得出：花椒水库坝体混凝土防渗墙工程的实施，减少了大坝渗漏水量，消除了大坝渗透破坏的隐患，实现了除险加固工程的目标。实践证明，钻劈混凝土防渗墙技术是解决 地层中含有较多的卵石和漂石混凝土施工的有效措施，该工程方案具有施工技术先进，施工方法可靠，运行年限长久，投资经济合理，保证大坝安全等优点。
参考文献：
[1]水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范[S].SL174-96.
[2]高钟璞.坝基础混凝土防渗墙[M].北京：中国电力出版社，2000.
[3]白永年.中国堤坝防渗加固新技术[M].北京：中国水利水电出版社，2001.
[4]《混凝土结构设计规范》
[5]《花椒水库除险加固工程初步设计报告》
论文作者:钱林艳
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/2
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