混凝土防渗墙施工关键技术研究
2017-06-19
0.引言
混凝土防渗墙施工技术，广泛用于水利、水电工程中，在我国的应用已经有几十年历史，为了适应堤防加固垂直防渗工程的需要，已开发出多项混凝土防渗墙施工新技术，如射水法、锯槽法、抓取法等。现此项技术除在堤防上广泛应用外，在水库的消险加固和水库防渗等方面也广泛使用，且取得了良好的效益。本文对混凝土防渗墙的概念和导墙结构进行了叙述，并重点讨论了防渗墙的施工技术。
1.混凝土防渗墙概念
在松散透水地基中连续造孔，以泥浆固壁，往孔内灌注混凝土而建成的墙形防渗建筑物。防渗墙按分段建造，一个圆孔或槽孔浇筑混凝土后构成一个墙段，许多墙段连成一整道墙。墙的顶部与闸坝的防渗体连接，两端与岸边的防渗设施连接，底部嵌入基岩或相对不透水地层中一定深度，即可截断或减少地基中的渗透水流，对保证地基的渗透稳定和闸坝安全，充分发挥水库效益有重要作用。它也可作为土石坝中的防渗墙，还可用以加固渗漏严重的土石坝。
2.导墙结构形式
按照目前的混凝土防渗墙的施工工艺，建造槽孔前应修筑导墙。导墙的安全性是防渗墙施工的保证，是保证工程顺利进行和施工企业取得经济效益的先决条件。为适应不同的地质条件，导墙结构有多种形式，但一般情况下均采用“┓┏”形式的钢筋混凝土连续梁结构。与其它结构形式相比，它具有结构简单、施工方便、开挖和回填工程量小等优点。为了保证槽口稳定，在导墙设计时同时采取其它配套措施。
（1）钢筋混凝土梁深埋1m，梁高0.7～0.8m，梁上架设定制钢槽板，钢槽板的上口用拉筋加以固定。
（2）当地层为河床砂卵石或人工填筑的强透水层时，为防止在钻孔时因漏浆引起坍塌，防渗墙轴线两侧各2m范围用粘土加以置换，置换尝试一般为3m左右，粘土分层夯填密实。粘土回填至梁上口高程时，采用两次开挖的方式立模浇筑混凝土连续梁。
（3）在配筋时，按简支梁计算，计算长度为槽段长度加2m，荷载取最不利工况下的荷载，即梁上部地层的静荷载、设备的静荷载、正常施工时的设备的动荷载、其它非正常荷载的组合。不计地基反力，按施工槽段梁以下全部坍塌考虑。
3.防渗墙施工技术
3.1施工设备
钻孔机械是防渗墙施工的主要设备，仿苏式钢绳冲击钻机，其钻孔原理是利用钻头对地层进行反复;中击破碎，直至地层碎屑被破碎到能被泥浆悬浮，用抽砂筒提出孔外，因而功耗大，工效低。冲击式反循环钻机，改抽筒断续出渣为泵吸连续出渣，避免了钻头对地层颗粒的重复破碎，工效提高，但需要有泥浆净化机配套分离钻渣。抓斗挖槽机，抓斗无须以泥浆为介质，完全利用斗齿切割，破碎土层，直接抓出渣土，按工作原理可分液压抓斗和钢绳抓斗。
3.2造孔工艺
（1）钻劈法
适用于一般砂卵石地层。施工时墙轴线划分不同长度的槽段，相邻两个槽段分一、二期先后施工。使用钢绳冲击钻机或冲击式反循环钻机，分主、副孔钻进，当相邻两个主孔钻进一定深度后，再劈打副孔接存劈落的石渣并提出孔外。
（2）抓取法
在粒径较小的砂卵石层或粉土层中修建防渗墙，可用抓斗直接挖掘成槽，可大大地提高工效。
（3）钻抓法
在紧密的地层中造槽或施工深槽孔，即采用冲击钻和抓斗联合施工;中击钻钻进主孔漂卵石层及基岩，两主孔之间的副孔用抓斗抓掘。根据槽孔的大小，可采用两钻一抓或三钻两抓。
3.3防渗墙的具体施工方法
根据施工工艺的不同，防渗墙可分为槽段式、桩柱式和预制拼装式。特别是射水、锯槽、多头搅拌桩、插板、垂直塑膜等薄墙方法可较为经济有效地适用于堤防的垂直防渗。
（1）槽段式防渗墙槽段式防渗墙可采用抓斗、冲击钻劈打、轮铣、射水、锯槽、链斗、多头钻等成槽机具分一、二期跳打成槽。按槽厚可分为薄墙和厚墙。受机械尺寸所限，抓斗、冲击钻劈打、轮铣等机具仅能形成厚墙，槽孔长度多依据地质条件、混凝土供应强度、施工工艺等确定。而射水、锯槽、链斗、多头钻等成槽机具和改进的薄型抓斗、轮铣机具可以形成较薄的薄墙。各种机具都有其适用地层的问题，如卵砾石含量高且大的地层，多采用冲击钻造孔，抽桶出渣，甚至采用预爆破或定向聚能爆破作业处理。
射水法成墙机主要由造孔机、混凝土搅拌机和浇筑机组成。利用造孔机的成型器内射水喷嘴形成的高速水流（泥浆）切割土层，成型器上下运动切割修整孔壁，采用泥浆护壁，正循环或反循环出渣。槽孔成型后经灌注水下混凝土、塑性混凝土或钢筋混凝土形成防渗墙。该方法适用于密实黏土、亚黏土、淤泥、砂土及和粒径小于10cm的砂砾石地层。
锯齿掏槽法成墙是由专门的锯槽机完成。主要由近乎垂直的锯管在功率较大上下摆动的装置或液压装置（又称液压开槽机）驱动下，锯管设置的刀刃切割地层，随锯槽机根据地层状况移动开槽。采用泥浆护壁，正循环或反循环出渣。槽孔成型后，根据需要可采用导管法水（泥浆）下浇筑混凝土、塑性混凝土或钢筋混凝土形成防渗墙，但需要采用水胀胶囊等隔浆装置隔离开槽区和浇筑区。该法适应于颗粒粒径小于100mm的松散地层，如黏土、砂土、砂、砾及小卵石等地层。
（2）桩柱式防渗墙可采用回转钻、冲击钻、螺旋钻、多头钻、搅拌钻等成孔机具成孔。墙体材料可采用混凝土、钢筋混凝土、塑性混凝土、水泥土等，采用套打连接成墙。多头搅拌桩薄墙是利用多头小直径深层搅拌机，将水灰比为0.8～2的水泥浆喷入土体并搅拌成水泥土墙。该方法适用于粘土、砂土、淤泥质土及少量粒径小于5cm砾石地层。
4.结语
混凝土防渗墙是覆盖层地基和土石坝（围堰）工程的主要防渗措施。近几年，防渗墙技术在病险水库的除险加固工程中应用较广泛，它施工简便、速度快、消耗少，在处理坝基渗漏等渗透变形隐患问题上效果较好。目前，我国的防渗墙技术总体上达到了国际领先水平，近年来并不断有新的发展。
参考资料
[1]王满莹，孙洪亮. 浅谈混凝土防渗墙工程施工[J]. 河北工程技术高等专科学校学报，2014，03：26-28.
[2]黄荣峰，周江沭. 塑性混凝土防渗墙在土坝防渗加固中的应用与探索[J]. 城市建筑，2012，17：97+106.
[3]薛云峰. 混凝土防渗墙质量控制及检测技术研究[D].中南大学，2012.
[4]许子福. 混凝土防渗墙粘土泥浆零排放施工法[J]. 科技资讯，2013，06：63.
