杜海民
松花江水力发电有限公司吉林丰满发电厂 吉林吉林 132000
摘要：在目前的水利水电工程中,混凝土防渗墙技术可以很好地起到防渗效果,从而提高水利水电工程的质量和寿命,所以对于混凝土防渗墙技术操作一定要谨慎施工,从而保证工程的质量。针对水利水电工程技术建筑中混凝土防渗施工技术进行研究,介绍了混凝土防渗墙的类型,分析了混凝土防渗墙施工技术要点,并阐述了混凝土防渗墙施工技术在水利水电工程混凝土超薄防渗墙和塑性混凝土防渗墙施工中的具体应用,旨在为相关人员提供理论参考,进一步完善水利水电工程建设。
关键词：水利水电工程；建筑；混凝土；防渗墙施工
引言
随着国民经济的快速增长，水利水电工程建设发展迅速，相应的问题也逐一凸显而出。我国小型水利水电枢纽工程数量比较多，分布较广，坝型也普遍多样化，发挥着防洪减灾、农业灌溉、提供生活用水等重要作用。这些水利水电工程普遍存在一些病险，是行业重点关注的内容，比如防洪标准较低、坝基发生渗漏等问题，导致水利水电工程运行出现不稳定因素，产生安全隐患。对此，应当加强对常见病害的防范管理。可以说防渗墙是水利水电工程最关键的防渗处理措施，防渗墙技术本身具有很多优势，包括墙体厚度较小，耐久性比较好，同时造价也不高。近几年防渗墙技术已逐渐成为水利水电工程的首选防渗施工技术。因此，探究混凝土防渗墙在水利水电工程中的运用具有现实意义。
一、水利水电工程中混凝土防渗墙的种类
1.1桩柱式混凝土防渗墙
桩柱式混凝土防渗墙的建造是首先使用较大型号的具有强冲击力的钻头在墙体上钻出直径较大的孔洞，或者是运用其他的方法。在钻洞完成之后，用套管和泥浆这两种材料，对钻出的孔洞进行一个回填的工序，所用的填充材料就是水泥混凝土。接下来就是建造防护墙的过程。在建造桩柱式的防渗墙的时候，可以根据桩孔的形式以及分布情况来进行连接，从而成为不同的形式。而如果是在工程建筑中，建筑的基地是土坝类型的，可以在建造和施工的过程中，用搭接或者是连锁这两种比较常见和基本的方法来进行桩孔之间的连接，这样就可以比较好的保障防渗墙的防渗效果，达到防护和坚实的效果。
1.2板桩灌注式混凝土防渗墙
这种防渗墙的建造就是用震动冲击的方法，把钢板桩全部打入地基之中，在板桩的边缘要用焊接的方法焊上小管。小管的作用就是在想要把已经打入地基的钢板桩从地基中拔出的时候，可以通过焊接在钢板桩上的小管的底部上面的活动的阀门将防渗的材料通入已经打好的孔洞之中，这是板桩灌注式混凝土防渗墙的建造过程。
1.3槽板式混凝土防渗墙
这种混凝土防渗墙的建造就是在挖出槽孔之后在其中灌入泥浆进行加固使其稳固。在用泥浆进行加固完成之后，就可以在其中加入水泥混凝土进行具有一定的连续性的防渗墙的建造了。槽孔的长度一般是在5米到9米之间，在实际的施工规程中，还要根据具体的情况来调整槽孔的实际长度，并不是一定要在这个范围之内。连接方式和上文所述的桩柱式的混凝土防渗墙的连接方式相似。
1.4泥浆槽混凝土防渗墙
这种防渗墙的建造方式首先是在地面上挖出宽度在1.5米到3米之间的沟槽，这种沟槽是用挖的方式，和之前的几种防渗墙的建造方式有所不同。之后就是在沟槽之间用泥浆进行加固处理，以确保在之后的施工之中可以对这个所挖的沟槽进行回填。回填所用的材料一般是以砂石、具有粘性的泥土等材料所混合而成的混合材料。
二、使用的施工设备和施工工艺
2.1防渗墙所需要的施工设备
因为在施工的第一步通常是在施工面钻出所需要的各种孔洞等等，所以在实际的施工当中，钻孔机械类的设备是最常见和基础的设备。在钻孔机械类的设备中，如果是要使用到钢绳冲钻机，还是要先在地面用冲击钻头对其进行粉碎的操作，之后才可以用钢绳冲击钻进行后续作业。并且还要将冲击钻作业所产生的碎石块和泥屑进行清理。这样的操作比较耗费能源，并且实际的效率也是比较低的，所以在施工中还是有比较大的劣势。挖槽时可能会用到的抓斗挖槽机可以直接进行作业工作，不需要借助泥浆进行一个缓冲，可以说是比较方便和迅速的就可以破碎地面的土层。在设备中间，有很多的都是优势和劣势并存的，所以在实际的 施工过程中，要根据实际的情况来制定施工的方案。
2.2 混凝土防渗墙的施工的工艺
钻抓法施工就是在施工的时候需要将冲钻机和抓斗这两种施工设备相结合来使用，一般是在对比较紧密的地层进行施工的时候才会使用。施工的工艺就是在在漂卵石层和主孔的基岩之间用到冲钻机切入两个层面之间，之后运用到抓斗机的方面就是运用其来挖出副孔。然后在主孔和副孔的联合下进行施工。钻取法施工就是在建造的过程之中，因为想要提高施工的效率，直接使用抓斗机来挖去槽沟，这种施工方法是可以充分使得土层中间的沙土等进行施工。钻劈法施工的工艺就是在施工的时候在槽段的分段2 的时候不是按照轴线来分段的。在分段完成之后，就用钢绳冲钻机等设备对已经打出的孔洞进行进一步的分层。所谓的钻劈中的劈就是对主孔和相对应的副孔反复地劈打。在这个过程之中还要将在施工中产生的碎石块和泥屑等排出孔外。
2.3 防渗墙在施工中的先后工序
首先就是要对施工的作业面进行开挖等工序。沟槽等挖成之后就要进行加固这一项工作了。增加固定性一般是用泥浆等材料在沟槽的内壁等进行一个稳定性和固定性的一个完善工作。在实际的施工过程中，泥浆的选择一般是要拥有一定的膨胀性的黏土来进行所需要的泥浆的制作。之后就是制作导墙。导墙一般就是起到保护的作用，可以对沟槽进行一定程度的保护效果。钢结构型的导墙是为了节约成本，并且这种导墙是一种可以进行重复的改装，所以在之后的施工改造中，可以起到一定的节约成本的作用。孔洞在打造好之后就要进行浇筑的工作了。在浇筑时要用到的就是导管，导管的直径不能太大，不然对于孔洞浇筑的均匀性就有一定程度的影响。在混凝土的选择方面是比较重要的一个步骤，因为是制造防渗墙的特殊原因，所以在防渗性能方面要有很严格的要求，一般选用的就是一级配的塑性水泥混凝土。在连接时还要特别注意，因为要防渗，所以在墙段之间的施工时要在连接的过程中相当严谨。
三、水利水电工程建筑中混凝土防渗墙在实际施工中的运用
3.1工程概况
某水库大坝坝高为45.6m，坝顶长度为658.2m，控制流域面积为38.3km2，总库容为2970万m3，大坝防渗墙位于大坝底部，轴线的全长为233m，防渗墙墙顶高程为533～557.5m，防渗墙设计宽度为60cm，最大槽深为28.5m，防渗墙面积为5500m2。
3.2工程地质条件
混凝土塑性防渗墙处的坝基上面是由重粉质壤土所建，厚20m左右，高537m以上，硬土的压缩性为低等到中等，其上面大约8m。具有孔隙发育、垂直节理等特征，并且还显示黄土状土等特性，这种黄土属于非自重湿陷性的，主要采用强夯的方法。它的下部一般为厚3～6.5m的泥质砾砂，最厚的地方可以达到10m，主要以中级的透水为主，可以与河床上的砂卵石相接，或者附近的裸露的河床部分，一般要用塑性的混凝土防渗墙进行拦截修整，主要因为水库里的积水会沿着透水层漏出而产生渗漏。粉质黏土属于相对不透水层，一般被用在泥质砂砾的下面，规定防渗墙不得渗入相对不透水层＞2m。
3.3塑性混凝土的原材料及配合比
3.3.1塑性混凝土的原材料
1)黏土:一般采用Q2粉质的黏土，主要位于坝基右岸，加入37.3%的黏粒，粒径不超过0.005mm。
2)水泥:采用一般的水泥，硅酸盐强度等级为42.5MPa，通常是由渑池水泥厂生产的。水泥的化学成分和物理性能均应符合《通用硅酸盐水泥》(GB175－2007)中的要求。
3)膨润土：一般采用白色粉末状的钙基膨润土，其与水泥等其他材料混匀后一起使用。
4)砂、石骨料:细骨料采用经检验符合相关规范规定的当地天然中级砂砾，含有3.4%的泥量，有3.2的细度模数；粗骨料是经检验符合相关规范规定的连续级配碎石。
3.3.2塑性混凝土施工配合比
根据现场试拌情况及施工配合比例要求情况，设计表1为最后规定的施工配合比例。表2为对出机口塑性混凝土拌合物的性能指标。
表1塑性混凝土施工配合比（kg）
水泥 膨润土 砂子 黏土 石子 水
80 20 640 280 730 384
表2出机口塑性混凝土性能指标
坍落度/cm 扩散度/cm 初凝时间/h 拌合析水率/% 终凝时间/h
20～ 24 34～ 40 ＜3 ≤8 ≤48
3.4施工工艺
3.4.1防渗墙导墙施工
导向墙可简称为导墙，导墙具有防止坍塌及稳定土体的功能。可先画出中心线(用经纬线做工具)，用灰线在中心线两侧测出坡顶线和坡脚线，之后挖基槽，范围要求在坡脚线范围之内，当要到达30cm的时侯，马上采用水准仪打平，然后装上水平桩，作为调控深度的标准。在开挖基槽完成后开始刷坡，挖掘机粗整人工找补的办法被用在刷坡的工程上，1∶1.5为坡度比例，开挖基槽的宽度为3.9m，之后浇筑。结束导墙施工后，回填土工程开始，当回填30cm时要求分层夯实。在每层土夯实后，要注意压实度必须满足规范要求。
3.4.2槽段划分及施工
为了增强墙体的整体性以及减少槽段之间连接的数量，成槽的槽段长度应该尽量增加长度。但槽段的长度又不应过长，因为会受到成槽的深度及墙基地质限制等外界因素影响。根据以前的槽壁牢固性及施工经验计算，考虑多种地表特征、造孔技术、施工时间等条件，将长度为233m的防渗墙划分为两个槽段，为一期和二期，槽段一共有29个，接头有28个，槽段每个约长8m。应分开布置一期与二期槽段，一期槽段先施工，然后再对二期槽段施工。依据工程特征，接头孔利用钻机钻，用“三抓”完成槽段的中间段。它的优点在于既可确保端孔的槽孔精确度，又可以增加槽长，能完全显现抓斗的作用，提高施工效率。
冲击钻的特性是方便掌握槽孔的垂直度，而且，冲击钻产生的积压作用及冲力作用，有利于漏浆及时制止槽壁的塌陷。而且，液压抓斗的清孔及成槽的速度非常快，方便调整槽孔的垂直度。运用空心的钻头在黏土层中，按顺序将主孔直钻到底，用“+”符号铸钢的钻头可以钻进砂砾石、碎石层、基岩地层中，抽砂筒出渣。在二期中，清洗套接处的泥皮被用在混凝土接头处，然后进行抽筒捞渣换浆。
3.4.3泥浆固壁及清孔换浆
在进行混凝土的防渗墙实施过程中，对整个工程起着非常重要作用的是泥浆，它可以对工程的实施进程和槽壁的牢固性起着非常重要的作用，另外，其在实施工作中起到润滑钻具以及预防坍塌的功能；泥浆又具有特定的抗剪力度，像牢固的塑性体，可以产生抵抗力作用来支持槽壁。这些条件的综合功能，确保了槽壁的牢固性。实施工作中，应采用较好的物理性质并且牢固性好的泥浆。
依据规范的规定及本工作项目的特点，固壁的泥浆材料主要采用200目膨润土和纯碱，膨润土含量的3%为纯碱。如表3所示为新制的膨润土泥浆性质。导墙的上部为倒浆的平台布置，连接着施工的导墙。纵向的排浆沟紧密连接倒浆的平台上部，平行于轴线，可以收集泥浆，泥浆主要由造孔及在混凝土浇筑时排出得到。
表3新制泥浆的性能指标
密度/(g·cm-1) 含砂量/% 黏度/s 胶体率/% 稳定性 失水率(mL·30min-1)
1.1～1.2 ≤10 18～25 ≥96 ≤0.03 ≤30
在抓孔的实施过程中，泥浆中会出现少量其他的细渣悬浮物，然后沉降到孔的底部，出现的少量细砂和岩渣主要因为抓斗在挖掘槽孔底部时产生。在混凝土浇筑前，必须处理干净淤积物，否则会危害墙体的质量。因此，完成造孔，并经检查终孔符合标准后，应及时清理孔隙换浆，清孔换浆的过程中，可以采用气举法。该项目槽孔里的大量淤积物和沉渣可用抓斗捞取，清孔时，可用正循环置换法进行清洗。清刷一期的接头，清刷的规定是钢丝刷表层不可有泥皮，直至孔底不再增加沉渣为止。依据规定，清理孔隙换浆完成1h后，规定孔底的基泥厚度不超过10cm，孔内基泥的稠度不超过1.25g/cm3，含砂量不大于10%(见表3)。
3.4.4墙体塑性混凝土浇筑
塑性混凝土的浇筑主要采用泥浆下直升导管的方法，导管利用钢制导管，要求直径为250mm，辅助下设的导管用16t的吊车或冲击钻来施工。要求一期槽端的导管与接头管之间的距离为1～1.5m，规定二期的间距不超过3.5m，并且每孔需要3套导管。浇筑前，用球塞式的隔水栓导管，用隔板将导管料斗的下面隔开，孔底与导管之间的距离大于球塞直径长度。用输送泵将混凝土运送到槽口料斗处，再通过溜槽进行分流到达各个料斗处，导管料斗和储料斗在装满混凝土以后进行浇筑。依据槽段的长度，第一次混凝土的浇筑方量规定不大于6.0m3，埋入混凝土的导管深度需为1～6m。塑性混凝土搅拌、运输应确保持续进行，如果间断，其时间不得大于40min。在混凝土浇筑的过程中，调整各根导管平均下料，要求槽里的塑性混凝土之间高差不大于0.5m，依据混凝土提升速度来拔出导管，混凝土提升速度需控制为2～4m/h。
3.4.5槽段连接
依据当前的项目工艺，槽段的连接方法主要采用“套打一钻”方法或接头管法。接头管法，也就是在一期的浇筑之前，需在槽孔的两侧设置钢制的接头管，等到塑性混凝土凝固之后，按照特定的速度将其拔出。上提的速度需要与混凝土浇筑的强度速度相适应，一般为2～4m/h，接头管需在一期的槽孔浇筑完成8h内拔出，形成接头孔。可是，接头管法也存在弊端，在提起导管时的阻力非常大，由于槽孔的深度规定，例如不能较好地控制混凝土的初凝时间，很可能出现堵管塌落的现象。“套打一钻”法有较多优点，主要在于可以充分地改变二期的槽孔的导向孔，浇筑时间和槽孔深度将不会受到影响。依据以上的两种接头方式的特性以及项目实际的地质状况，项目实施中，主要采用“套打一钻”的方法。
3.5超声波法对塑性混凝土防渗墙施工质量的检测
在项目工作结束后，利用超声波高差同步及水平同步的两种方法，检测塑性混凝土的防渗墙。因此，在塑性的混凝土防渗墙项目实施过程中，主要填埋设置了4根声测导管，并列垂直放置好声测导管，管的中心之间的距离分别为150、200、250mm。声测管需要用钢管，钢管的外径为76mm，内径为70mm，长度为12m，防渗墙地下项目的声测管有1.5m需要留在墙体的外面，需要实际长度为10.5m的声测管。检测的内容有:水平同步主要检测超声频率及超声时；高差同步则主要检测超声频率、超声振幅及超声时。根据超声波检测的结果数据可以得出，除个别的地方，例如像塑性混凝土有部分的缺点外，总的来说塑性混凝土比较均匀、密集，而且防渗墙项目的整体质量是非常好的。
四、结束语
随着我国水利水电工程的不断发展，防渗墙技术已经获得了学者和施工人员的认可。如今，施工单位已经在不同阶段解决了防渗墙施工的技术难题，并且根据实际情况成功完成了比较稳定的防渗墙施工工作。相信该技术能够逐渐走向成熟，并且对水利工程的施工质量起到好的作用。而未来的时间里，水利工程将会更加重视对于自身施工技术水平的提升，以此解决水利水电工程当中的坝体渗漏问题。
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