深厚覆盖层悬挂式超深混凝土防渗墙施工技术研究

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摘  要：深厚覆盖层建设高坝的技术难点之一是坝基渗漏及渗流控制措施，特别是百米以上超深覆盖层地基防渗处理技术，常常关系到工程的安全与成败。据统计，国内外大坝失事中因渗流导致的高达30％～40％，我国241座大型水库土石坝的千次事故中，渗透破坏占31.9％。渗漏及渗流控制的措施主要有截水墙、防渗墙、帷幕灌浆等垂直防渗措施和上游黏土铺盖等水平防渗措施。本文针对深厚覆盖层悬挂式超深混凝土防渗墙进行技术研究，旨在为类似项目提供技术参考。

关键词：深厚覆盖层；悬挂式混凝土防渗墙；施工工艺；各工序工艺选择

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引言

伴随着我国西部大开发与“西电东送”战略的实施，我国水利水电工程的开发重点逐步向西部地区转移。西南地区社会经济条件较差，水利水电工程大多地处高原地区，山高谷深、气候恶劣、覆盖层深厚（500m级），工程建设面临众多技术难题。一大批高坝覆盖层地基100m以上超深复杂地质条件下悬挂式混凝土防渗墙工程需要建设，本文根据深厚覆盖层悬挂式超深（100m以上）混凝土防渗墙的一些施工案例，总结西部地区深厚覆盖层防渗墙施工技术工艺的选择。

1防渗墙作用机理及接头形式

混凝土防渗墙（以下简称“防渗墙”）是在水工建筑物地基或土石坝（围堰、堤）体中，利用钻孔、挖槽机械，以泥浆固壁造孔挖槽，在泥浆下浇筑混凝土筑成的地下连续构筑物（防渗墙由若干单元槽段，相邻槽段采用特定的接头技术连接成整体，（接头的选型及施工质量决定防渗墙的防渗质量），主要起防渗作用和提高土基或土石坝（围堰、堤）体的渗透稳定性，在水利水电工程之外的其他基础设施行业，统称为地下连续墙。

2防渗墙接头形式选择

防渗墙均有若干单元槽段连接而成，槽段间采用特定的接头连接。目前用作防渗墙的接头形式仅2种，铣接头及接头管接头。

（1）铣接头

铣接头施工工艺是采用双轮铣槽机将先施工完成的2幅1期地下连续墙混凝土铣削至一定厚度，可在一期槽上形成凹凸状的齿痕，起到类似于新旧混凝土施工缝中的凿毛作用。二期槽混凝土浇筑后，与1期混凝土连成整体，地下连续墙接缝类似于混凝土结构中的施工缝。

（2）接头管接头

接头管施工工艺是指在1期槽段清孔换浆后，在1期槽段两侧下放圆形的接头管，然后浇筑1期槽段混凝土，根据一期槽段混凝土的凝固情况，起拔接头管，原下放接头管的地方构成二期槽段主体，待2期槽段施工完成后，1、2期槽段形成圆弧接头。

3施工工艺选择

3.1 成槽工艺选择

成槽的主要设备有冲击钻机、冲击反循环钻机、钢丝绳抓斗、液压抓斗、液压铣槽机。

目前主流的施工工法有钻劈法、纯抓法、纯铣法、钻抓法、抓铣结合法、钻抓铣结合法。以上工艺适应于各种覆盖层地层，通常在高精度要求下，都会使用抓斗及双轮铣。

针对渗透性强的地层采用“平打法”与“分段钻劈法”。

针对陡坡硬岩地层时，当陡坡倾角大于70°时，特别是超深防渗墙工程，墙体嵌岩施工十分困难。陡坡硬岩段槽孔施工往往是制约工期的关键，同时嵌岩深度不能保证，往往会严重影响工程质量。

其施工技术要点如下：

1、沿防渗墙轴线，设置先导孔补充勘探，摸清岩石陡坡平面位置和坡面形状。

2、先施工一期槽孔陡坡主孔。

1）采用冲击钻机钻进至基岩陡坡最高点时，采用十字钻头钻进，手动操作间断冲击，钻进过程中，加强检查，发现孔歪时，回填块石和碎石及时修正，使陡披斜面冲砸出台阶。

2）当采用钻机冲砸台阶困难时，可在孔内实施槽内聚能爆破，通过爆破使陡坡斜面产生台阶或凹坑。

3）在孔内台阶位置下置专有定位器或套筒钻头，采用全液压钻机或地质钻机跟管钻进爆破孔。

4）钻孔成功后，在定位管或定位器内下置爆破筒，提升定位器进行爆破。

5）爆破后用冲击钻头进行冲击破碎，直至终孔。

3、一期槽孔主孔终孔后，施工相邻副孔，利用主孔形成的临空面，基岩自上而下，一钻压一钻向下施工，必要时辅以槽内聚能爆破，直至槽孔施工完成。

4、由于陡坡段岩石坚硬，钻孔极易顺坡溜钻偏斜，除采用回填块石修孔外，可采用定向聚能爆破纠偏。

针对大孤石地层，采用槽内聚能爆破方法破碎大孤石。

槽内聚能爆破方法的核心技术是保证定向弹的严格密封，使泥浆或水的压力不传递到定向弹内部，经旁多水利枢纽等工程应用，可以成功完成200m级深孔泥浆下的爆破，解决了超深防渗墙深孔爆破的技术难题。

3.2 泥浆固壁技术

针对覆盖层深厚，已研制出正电胶泥浆，并应用于旁多水利枢纽、泸定等工程。正电胶固壁泥浆具有固壁效果好、防渗漏性能高、携带与悬浮能力强、环境综合成本低的优势。

正电胶是混合金属层状氧化物的简称。由于其胶体颗粒带永久正电荷，所以统称为正电胶。以正电胶为主剂配制的浆液称为正电胶浆液。

事实上，单纯外泥皮很难维护孔壁稳定，孔壁稳定体系是由“外泥皮+桥塞区+浸染区”共同构成的，如下图所示。外泥皮堵塞了槽壁的渗漏通道，增强了槽壁的抗剪切能力，是槽壁稳定的强有力保证；同时，由于泥浆的渗入，泥浆颗粒充填了槽壁孔隙，并起到胶凝作用，形成了桥塞区胶体，增强了地层结构；更深处的泥浆渗入，还形成了浸染区，也在一定程度上提高了槽壁土体的强度和抗渗性。

带正电荷的正电胶胶粒加入泥浆体系后，会降低体系的负电性，甚至会转化为正电性，更容易吸附在孔壁上，形成外泥皮，也更容易进入松散地层，强化桥塞区和浸染区。

3.3 清孔装备及技术

清孔的主要目的是清除底部沉渣及孔内泥浆悬浮的砂。目前主流的清孔工艺有：气举反循环、泵吸正循环。

深度超过100m槽段的清孔工艺一般选择气举反循环清孔。

气举反循环清孔是利用空压机的压缩空气，通过安装在导管内的风管送至槽孔内，高压空气与泥浆混合，在导管内形成一种密度小于泥浆的浆气混合物，因其密度小而上升，在导管内混合器底端形成负压，槽孔底部的泥浆在负压作用下上升，通过导管经过净化器，在净化器作用下将大颗粒砂石筛分出来，净化后的浆液通过管道在孔口补浆，形成孔底抽浆，孔口净化补浆的内循环。工艺原理如下图所示。

3.4 接头管技术

依托狮子坪、泸定、旁多、黄金坪、新疆小石门水库等100m以上深度防渗墙工程开展应用研究，100m及以上接头管设计按如下形式较为合理

（1）采用卡键直接顶升管体方式，保证了拔管机卡键与接头管的牢固结合。

（2）液压站的设计采用大、小两个双油泵系统，大油泵主要用于正常的起拔，小油泵用于拔管初期，可以连续地微动起拔，控制了混凝土与管壁黏结力的过度增长。

（3）采用“限压拔管法”施工方法，建立了液压拔管机的拔管力、混凝土的凝固情况和压力表压力的关系，将混凝土的凝固情况、液压拔管机的拔管力直接反映在液压系统的压力表上，并设置了拔管时各阶段压力安全上、下限值，在规定范围内拔管。

（4）接头管管体结构、底座结构、管体间连接方式等均为创新性设计，使用简捷且安全性能高。

3.5 接头处理技术

接头一般采用钢丝刷，由牵引设备（钻机）挂着钢丝刷，对侧壁泥皮进行清理，待刷子无泥后，即视为刷壁干净。

防渗关键在于接头的刷壁质量，此处可采用旋挖配钢丝刷，利用旋挖长钻杠的优势，将接头处的泥皮处理干净。

3.6 混凝土浇筑技术

混凝土浇筑都采用水下导管直升法。接头管法施工对混凝土的浇筑速度有较为严格的控制，浇筑速度过快会直接影响接头管在混凝土中的受力，压力会因握裹力的增加而突然上升，给接头管的起拔带来不利，甚至造成铸管。

4结论

（1）超深覆盖层下，超深悬挂式防渗墙可采用“钻抓铣”工艺进行成槽施工：1）若深度超过120m，冲击钻、抓斗、双轮铣等设备需要进行改造；2）抓斗建议钢丝绳抓斗；3）针对粉细砂、粉土层等易液化地层采用冲击钻，配合正电胶泥浆进行施工，不宜采用抓斗及双轮铣；4）针对强渗透地层，采用“平打法”与“分段钻劈法”；5）陡坡硬岩地层时，采用“钻爆法”；6）针对深层孤石，采用“槽内聚能爆破方法”。

（2）泥浆宜选用正电胶体泥浆，并需要进行原位试验，进一步验证泥浆的可行性，固化泥浆配比。

（3）清孔宜采用气举反循环清孔工艺，配合高性能除砂机，快速将孔内悬浮砂降至2%及以下。

（4）接头宜采用成熟工艺的“接头管”工艺：1）拔管机宜采用YBJ系列卡键直顶式大口径液压拔管机；2）接头管的接头形式及自重需根据实际情况进行设计优化，在不影响使用的前提下，尽量减轻自重。

（5）接头清理工艺建议采用旋挖（钻杆需加长至设计孔深）+自制刷头进行清理，常规一般采用牵引设备+钢丝刷进行刷壁，极大概率清理不干净。

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