粟強(qiáng) 湖南省溆浦縣劉家坪水電站

水利建設(shè)是我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的項(xiàng)目之一，而水庫(kù)大壩作為重要水工建筑物在水利樞紐工程的作用尤為重要，特別是土石壩中防滲墻施工與設(shè)計(jì)是水庫(kù)大壩建設(shè)中的重要一環(huán)，重視對(duì)水庫(kù)大壩防滲墻混凝土加固施工作業(yè)及設(shè)計(jì)的優(yōu)化，以體現(xiàn)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力。文章將對(duì)水庫(kù)大壩混凝土防滲墻施工和設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)展開(kāi)分析探討，在后續(xù)工作過(guò)程中，望能夠起到一定借鑒作用。

1.防滲墻槽孔施工工法對(duì)比

（1）沖擊式鉆進(jìn)法。

所謂沖擊式鉆進(jìn)法，主要是指以曲柄連桿機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過(guò)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)向反復(fù)運(yùn)動(dòng)的變化去完成鉆頭提升與下放的鉆進(jìn)手段。這項(xiàng)技術(shù)主要利用鉆頭提升之后自由下落的重力去達(dá)成對(duì)孔底土層進(jìn)行沖擊的目標(biāo)，破碎土層，完成鉆進(jìn)，并且要利用一定濃度的泥漿形成護(hù)壁，孔壁在泥漿的壓力作用之下，坍塌的可能性會(huì)更小，并且能夠避免出現(xiàn)滲漏問(wèn)題。在孔底的鉆渣逐漸增加之后,要在掏渣后將抽筒放入，混凝土澆筑要在成孔后開(kāi)始，一般可以利用水下直升導(dǎo)管法去完成?；炷翂w可依靠混凝土重量與自流平特性去形成，為了連接墻段，可使用鉆鑿法去完成。在工程領(lǐng)域當(dāng)中，沖擊式的鉆進(jìn)法是最早采用的方法，這一方法在各類環(huán)境下，包括礫石、卵石、軟硬巖及砂層當(dāng)中，都能夠適用，但是實(shí)際操作時(shí)工效相對(duì)較低。一般來(lái)說(shuō)，鉆進(jìn)所使用的鉆具，其結(jié)構(gòu)包括鉆頭與抽筒兩個(gè)部分，其中鉆頭可以分為十字、一字、圓鉆頭、角錐鉆頭及空心鉆頭等等，根據(jù)不同的施工需求靈活應(yīng)用。

（2）沖擊式反循環(huán)鉆進(jìn)法。

所謂沖擊式反循環(huán)鉆進(jìn)法，主要是基于沖擊式鉆進(jìn)法進(jìn)一步發(fā)展出的鉆進(jìn)法。在使用沖擊式循環(huán)鉆進(jìn)法開(kāi)展施工時(shí)，需要事先將排渣管設(shè)置在空心套筒式鉆頭的中心部分，而且在實(shí)際施工過(guò)程中，要利用反循環(huán)砂石泵把循環(huán)漿液與鉆渣打進(jìn)排渣管與循環(huán)管路,持續(xù)從孔底抽入安設(shè)于地面的泥漿凈化裝置，以達(dá)成凈化目標(biāo)。在完成凈化過(guò)程之后，泥漿通過(guò)循環(huán)漿池輸入槽孔，便能夠循環(huán)使用。在完成循環(huán)之后，便要開(kāi)始鉆進(jìn)及排渣兩個(gè)環(huán)節(jié)，直至完成造孔作業(yè)。一般來(lái)說(shuō)，在實(shí)際施工過(guò)程中，利用反循環(huán)的出渣方式能夠有效提升鉆進(jìn)速度，保證鉆進(jìn)的高效完成。沖擊式反循環(huán)鉆機(jī)這一施工設(shè)備，最早的開(kāi)發(fā)時(shí)間是在五十年代，而研發(fā)的地點(diǎn)是在法國(guó)，我國(guó)在九十年代研發(fā)了CZF-1200型沖擊式反循環(huán)鉆機(jī),并且推動(dòng)了后續(xù)更多新型號(hào)鉆機(jī)的開(kāi)發(fā)，隨著工程領(lǐng)域的不斷發(fā)展，我們依然要對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行更新與完善，以滿足新時(shí)代的施工需求。

（3）射水法。

這一方法主要的運(yùn)作原理是利用水泵送水，將水送至成形器當(dāng)中的射水裝置，進(jìn)而形成高速射流，借助成形器與導(dǎo)水管的沖擊力，以及下移動(dòng)時(shí)成形器內(nèi)刀片的切削等作用，能夠?qū)ν翆拥恼w結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，在水土混合回流后，泥沙會(huì)溢出地面，利用卷?yè)P(yáng)機(jī)操作成形器，經(jīng)過(guò)上下方向的不斷移動(dòng)，借助切削的方式可以完成孔壁整修，能夠形成更加規(guī)則的槽孔，此外利用一定濃度的泥漿能夠形成高強(qiáng)度的護(hù)壁。在成孔過(guò)程結(jié)束之后，開(kāi)展混凝土澆筑工作可以利用水下直升導(dǎo)管的方法去完成，依靠混凝土的重量與自流平特性形成墻體，對(duì)于一期操控混凝土側(cè)面可以利用成形器去完成側(cè)向水噴嘴沖洗，這樣能夠保證一期與二期的混凝土連接更加緊密，進(jìn)而提升防滲墻的強(qiáng)度。這種施工手段一般情況下在針對(duì)粒徑不足10cm的粉土、黏土、砂土等地基更為適用，施工效率高且成本較低。

（4）鋸槽法。

所謂鋸槽法，其運(yùn)作原理主要是利用鋸槽機(jī)帶動(dòng)鋸管鋸去完成地層的切割，形成規(guī)則的槽孔，并且使用泥漿去形成護(hù)壁。要事先將排渣管設(shè)置在鋸管上，利用反循環(huán)砂石泵完成出渣過(guò)程,再利用混凝土等材料完成護(hù)壁泥漿的置換,利用這樣的材料能夠最終形成強(qiáng)度更高且防滲效果更加理想的連續(xù)墻體。這一施工方法一般情況下在對(duì)松散的粉土、砂土及粘土地基開(kāi)展施工時(shí)往往會(huì)有更加理想的施工效果。

（5）抓斗挖槽法。

所謂抓斗挖槽法，其主要的運(yùn)行原理是利用蚌式（即蛤式）抓斗的機(jī)械作用，結(jié)合斗體的本身重量，通過(guò)開(kāi)閉斗門的方式抓取土體，把土帶出孔外，并且利用泥漿形成護(hù)壁，以保證墻壁整體性的挖槽方式。在成孔之后，混凝土澆筑可以利用水下直升導(dǎo)管法去完成，混凝土依靠本身的重量與自流平特性形成墻體，一般情況下，可以利用接頭管或是接頭管去完成各個(gè)墻段之間的連接。這一施工方式一般情況下適用于多種土層以及軟巖,對(duì)于含小漂石與石塊的地基來(lái)說(shuō)，在挖槽過(guò)程中的使用效果更為理想。隨著技術(shù)的不斷革新，新型的抓斗已經(jīng)能夠調(diào)整斗體的角度，因?yàn)槎嗯溆袦y(cè)斜與糾偏的裝置，能夠保證挖槽的垂直精度得到進(jìn)一步提升。這一挖槽方式的主要優(yōu)勢(shì)是墻體的整體性高，厚度合理、適用的地層也廣泛，施工效率更高。一般情況下，在黏土層當(dāng)中，液壓抓斗的工效顯然更高。最早的施工過(guò)程中，抓斗是利用鋼絲繩去完成懸掛并且完成控制的，自六十年代的后期，液壓抓斗便開(kāi)始在施工過(guò)程中投入使用。依照抓斗的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)于抓斗進(jìn)行分類，可分為液態(tài)抓斗、混合式抓斗、鋼絲繩抓斗、導(dǎo)桿式抓斗等多個(gè)類別,以滿足不同的施工需求。

（6）雙輪銑槽法。

所謂雙輪銑槽法，其主要的運(yùn)作原理是利用機(jī)架上所安裝的兩個(gè)鼓輪的反向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪上的切刀完成地層的切割、旋銑、擠碎,在土層松動(dòng)之后，利用泵將碎砂土塊泵抽至地面,并且利用泥漿形成護(hù)壁的方法。在槽孔形成之后，混凝土澆筑作業(yè)可以領(lǐng)水下直升導(dǎo)管法去完成，依靠混凝土本身的重量與自流平特性，能夠形成混凝土墻體，可以利用雙輪銑槽機(jī)去對(duì)墻段連接的切割。在一、二序墻段的連接過(guò)程中，一般無(wú)需使用特殊的封堵手段或是專門連接件便能夠完成墻段的接頭。一般情況下，這一施工手段適用于多種土層及軟巖,在安設(shè)特制的滾輪銑刀之后，對(duì)于堅(jiān)硬巖石也有鉆進(jìn)能力。為了保證作業(yè)的精準(zhǔn)度，可以使用導(dǎo)向調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電子測(cè)斜裝置與角度可控的鼓輪旋銑器去開(kāi)展作業(yè)，能夠確保精度的進(jìn)一步提升。這樣的施工方式有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，包括墻體的整體性高、厚度合理、適用單位大、成槽深等等，所以在實(shí)際施工過(guò)程中有著很大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

（7）兩鉆一抓法。

所謂兩鉆一抓法，是沖擊式鉆進(jìn)與抓斗挖槽兩類施工手段結(jié)合后的產(chǎn)物。其主要的運(yùn)作原理是首先使用沖擊反循環(huán)鉆機(jī)或是傳統(tǒng)沖擊鉆機(jī)去完成相鄰兩個(gè)主孔的鉆進(jìn)。在完成開(kāi)孔后，再利用抓斗去對(duì)中間副孔進(jìn)行抓取的施工方法。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，便衍生出了兩鉆三抓這一方法。兩種方法各自有不同的適用范圍以及優(yōu)勢(shì)。在對(duì)施工方法與設(shè)備進(jìn)行選擇時(shí),為了保證適用性，應(yīng)當(dāng)主要考慮壩基、壩體填充料、壩肩地層、巖層特性、地質(zhì)水文環(huán)境等要素的影響。除此之外，在實(shí)際開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)于開(kāi)挖的寬度、深度、強(qiáng)度，設(shè)備的適用條件等也要多加注意。為了真正滿足實(shí)際施工需求，必須要做到針對(duì)性選擇，才能夠避免因施工手段不合理而阻礙施工。

2.防滲墻施工布置注意要點(diǎn)

在水庫(kù)大壩的防滲墻加固與防滲處理過(guò)程中，特別是防滲布置過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)考慮以下幾點(diǎn)要素去完成施工。其一是要考慮到壩基施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)與水文條件。要根據(jù)不同的環(huán)境做出不同規(guī)劃，防滲墻的設(shè)置應(yīng)盡可能避開(kāi)地質(zhì)水文環(huán)境不理想的區(qū)域，應(yīng)當(dāng)將防滲墻放置于不透水的、堅(jiān)固的基巖或是粘土層當(dāng)中。墻底部分應(yīng)設(shè)置在相對(duì)不透水的地層，要與大壩的壩基覆蓋層、防滲體以及基巖內(nèi)的防滲設(shè)施達(dá)成緊密連接，形成整體。其二是要保證布置銜接的合理性，要與原有的其他建筑物以及防滲體形成緊密連接。連接土層防滲體時(shí),應(yīng)當(dāng)處理成更加光滑的楔形，對(duì)于接觸面的允許比降，應(yīng)當(dāng)依照土料的允許比降去進(jìn)行確定。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真做好防滲連接，在實(shí)際布置過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)盡可能遠(yuǎn)離與壩身混凝土構(gòu)筑物連接的部分，盡可能減少接頭處理。其三是要重視兩岸的連接設(shè)計(jì)優(yōu)化，保證連接的穩(wěn)定性。其四是應(yīng)當(dāng)最大程度控制工程量及成本造價(jià)，避免不必要的時(shí)間與資金耗費(fèi)。

3.防滲墻墻厚比選

在設(shè)計(jì)防滲墻的厚度時(shí)，相關(guān)人員必須要首先意識(shí)到這項(xiàng)工作的重要性，這是混凝土防滲墻設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵一環(huán)，我們需要考慮到壩體高度、滲透穩(wěn)定性、施工環(huán)境以及地質(zhì)水文條件等諸多要素對(duì)于施工的影響。但是相關(guān)規(guī)定當(dāng)中并沒(méi)有對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行明確闡述，只是在部分條文當(dāng)中進(jìn)行了簡(jiǎn)單說(shuō)明，提出了混凝土防滲墻上限值的要求。例如某省的大中型水庫(kù)大壩，百分之八十的壩體高度普遍不超過(guò)40米，我國(guó)許多水壩是八十年代以前興建的,壩體經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，必然會(huì)出現(xiàn)沉降，在沉降之后，逐漸趨于穩(wěn)定，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，對(duì)防滲墻的厚度進(jìn)行比選時(shí)，對(duì)于混凝土防滲墻允許滲透比必須要合理控制，才能夠避免因偏差而影響施工效果。

4.防滲墻墻體材料比選

墻體材料的對(duì)比與選擇，對(duì)于最終施工成果的影響是直接而長(zhǎng)遠(yuǎn)的，為了達(dá)成實(shí)際施工目標(biāo)，必須要在施工的前期做好材料比選，才能為后續(xù)的施工過(guò)程打好基礎(chǔ)。墻體施工過(guò)程中，材料應(yīng)當(dāng)主要選用普通與塑性混凝土兩種。普通混凝土的用量應(yīng)當(dāng)保證在每立方米350千克以上，強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)為C10或以上，水膠比則應(yīng)當(dāng)保證不超過(guò)0.65。這樣的材料，在強(qiáng)度與彈性模量上都更高，所能承受的垂直與水平荷載也更大。但是因普通混凝土的極限應(yīng)變能力不足，彈性模量太高，所以壩體與墻體之間所產(chǎn)生的沉降差以及變形差，會(huì)導(dǎo)致墻體在側(cè)摩阻力以及垂直壓力的共同作用下產(chǎn)生產(chǎn)生破壞。塑性混凝土則是通過(guò)削減普通混凝土水泥用量，增加黏土、膨潤(rùn)土用量而得出的新型混凝土，其主要的構(gòu)成是水泥、水、砂石骨料、粘土、膨潤(rùn)土與外加劑等等，水泥的用量約每立方米70到200千克,膨潤(rùn)土的用量約為每立方米20到50千克，粘土的用量約為每立方米150到300千克，抗壓強(qiáng)度2到5兆帕,彈性模量300到1000兆帕。相對(duì)于普通混凝土來(lái)說(shuō)，塑性混凝土的初始彈性模量低,極限應(yīng)變能力更強(qiáng)，所以能夠適應(yīng)更大幅度的形變,能夠優(yōu)化墻體的應(yīng)力狀態(tài),此外這類材料具別更理想的抗?jié)B性能，在采取墻段連接鉆鑿施工方法時(shí)因墻體的強(qiáng)度低所以更方便實(shí)施，所以可作為優(yōu)先選擇。

5.防滲墻施工泥漿比選

泥漿是施工過(guò)程中影響很大的主要材料，在實(shí)際的槽孔施工過(guò)程中，泥漿具備懸浮、支承孔壁、攜帶鉆渣、潤(rùn)滑鉆具及冷卻等諸多功能，這樣的作用是至關(guān)重要的，但是實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中卻往往很容易被相關(guān)人員所忽視。當(dāng)前許多省市都已經(jīng)將泥漿實(shí)際運(yùn)用在加固設(shè)計(jì)當(dāng)中，但是水庫(kù)所在地的粘土料往往并不能確保滿足相應(yīng)技術(shù)規(guī)范的要求。相關(guān)規(guī)定要求粘粒的含量應(yīng)當(dāng)超過(guò)50%，塑性的指數(shù)應(yīng)當(dāng)超過(guò)20，而含砂量則不應(yīng)超過(guò)5%。氧化硅與三氧化二鋁的含量比值，一般應(yīng)當(dāng)為3到4。為了保證泥漿材料的規(guī)范性，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)著重選用商品膨潤(rùn)土制備泥漿,并且應(yīng)當(dāng)視情況摻加增粘劑、分散劑等外加劑,保證泥漿的性能符合規(guī)范要求，提升泥漿穩(wěn)定性。

6.防滲墻細(xì)部設(shè)計(jì)

（1）防滲墻與地基的連接。

在連接地基與防滲墻時(shí)，一般情況下應(yīng)當(dāng)在墻底嵌入0.5米到1米的弱風(fēng)化基巖,在基巖相對(duì)不透水層的埋藏深度較深的情況下,應(yīng)當(dāng)做好灌漿帷幕的銜接。

（2）防滲墻與兩岸的連接。

在兩岸皆為緩坡的情況下，實(shí)際施工可以依照一般的防滲墻施工流程去完成，在兩岸巖石破碎程度較高的情況下，如果相對(duì)不透水層的埋藏深度較深,可以考量在兩岸的坡段墻底部分去完成帷幕灌漿，在兩岸皆為陡坡的情況下，應(yīng)當(dāng)選用帷幕灌漿的方式去完成施工。

（3）與頂部的連接。

頂部連接應(yīng)當(dāng)從壩頂部分的防滲墻開(kāi)始，順沿壩頂防滲墻的軸線盡量向上游方向完成布置過(guò)程。防滲墻的墻頂高程應(yīng)當(dāng)合理規(guī)劃，保持在非常運(yùn)用條件的靜水位或以上。墻頂部分不應(yīng)當(dāng)與壩頂?shù)墓酚不访嬗兄苯舆B接,應(yīng)當(dāng)保留過(guò)渡層，保證防滲水的效果。

（4）建筑物與岸邊連接。

在連接混凝土構(gòu)筑物以及岸邊混凝土墻時(shí)，針對(duì)結(jié)合部分開(kāi)展灌漿作業(yè)時(shí)，可以利用高壓噴射灌漿的方式去完成銜接，以保證結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。

（5）墻段連接。

連接墻段的方式有許多，實(shí)際連接過(guò)程中，要依據(jù)實(shí)際的成槽成孔需求去選擇施工工藝與設(shè)備，例如可以利用鉆鑿法、軟接頭法與接頭管(板)法等等。在實(shí)際開(kāi)展設(shè)計(jì)工作的過(guò)程中，要考量槽段的長(zhǎng)度要求去完成施工，盡可能減少墻段連接縫的數(shù)量。

（6）墻體內(nèi)垂直成孔防滲墻下接帷幕灌漿。

在墻體施工過(guò)程中，對(duì)于墻體內(nèi)部，可以利用預(yù)埋管使用方法亦或是拔管方式去完成成孔作業(yè)，如果墻深在30米以內(nèi)，這種情況下可以選擇拔管法，而墻深超過(guò)30米，則推薦使用預(yù)埋管方式，對(duì)于管子的強(qiáng)度、剛度與管子在墻體內(nèi)的有效固定手段必須要事先加以確定，避免在施工過(guò)程中出現(xiàn)誤差。

（7）墻內(nèi)觀測(cè)儀器的埋設(shè)。

觀測(cè)儀器的埋設(shè)有利于對(duì)墻體的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)確認(rèn)，當(dāng)前在防滲墻施工過(guò)程當(dāng)中，墻內(nèi)所埋設(shè)的觀測(cè)儀器主要包括土壓力觀測(cè)儀、水壓力觀測(cè)儀、測(cè)斜儀與鋼筋應(yīng)力計(jì)等等。儀器的埋設(shè)斷面應(yīng)當(dāng)確保在相鄰導(dǎo)管間的中心部分，要依照埋設(shè)的實(shí)際位置與方向去選擇實(shí)際施工的方法，做好埋設(shè)與加固。

7.防滲墻設(shè)計(jì)指標(biāo)與質(zhì)量要求

設(shè)計(jì)指標(biāo)是施工的依據(jù)，實(shí)際設(shè)計(jì)開(kāi)始之前，必須要對(duì)設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行確認(rèn)，明確相關(guān)要求。對(duì)于槽孔施工、墻內(nèi)管控質(zhì)量、清孔施工、膨潤(rùn)土泥漿及混凝土澆筑等各方面設(shè)計(jì)指標(biāo)都要進(jìn)行明確，一般情況下，最主要的指標(biāo)包括以下幾個(gè)方面。其一是槽孔建造施工的相關(guān)施工指標(biāo)。包括孔的位置、深度、槽寬、孔的斜度、槽孔間接頭套厚度、基巖巖樣與槽孔嵌入基巖深度等等。其二是膨潤(rùn)土泥漿的相關(guān)施工指標(biāo)。包括泥漿的濃度、密度、粘度、pH值、靜切力等等。其三是清孔的相關(guān)指標(biāo)。包括接頭孔壁的刷洗質(zhì)量、孔底的淤積厚度、泥漿的粘度、密度、含砂多少等等。其四是泥漿下混凝土澆筑的相關(guān)指標(biāo)。包括混凝土的擴(kuò)散度、坍落度、導(dǎo)管的間距、混凝土面的上升速度、高差等等。其五是成墻混凝土的相關(guān)指標(biāo)。包括彈性模量、強(qiáng)度、滲透系數(shù),允許滲透比降等等。其六是墻內(nèi)的孔管相關(guān)施工指標(biāo)。包括管身的彎曲程度、管位的偏差值等等。在混凝土墻體成墻后的一個(gè)月后，應(yīng)當(dāng)做好混凝土防滲墻墻身的質(zhì)量檢查，檢查的具體內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包括墻體可能存在的缺損、墻體的均勻性、墻段接縫處的連接情況、墻體混凝土的彈性模量、強(qiáng)度、滲透系數(shù)及允許滲透比降等等。

8.結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)大壩防滲墻的施工質(zhì)量決定著水庫(kù)整體能否正常運(yùn)行，在新的時(shí)代發(fā)展背景下，我們更要明確大壩防滲加固工作，以保證大壩的穩(wěn)定性與使用壽命。因此文章探討了大壩的混凝土加固施工與防滲設(shè)計(jì)要點(diǎn)，分享給同行業(yè)相關(guān)人員，共同探索，共同進(jìn)步。