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塑性混凝土防渗墙施工质量控制景宏伟

发表时间：2021/6/23 来源：《基层建设》2021年第6期作者：景宏伟1 李响2

[导读] 摘要：漳州核电项目泵房基坑的止水结构由陆域防渗墙和围堰双液灌浆截水墙构成。

        1.中国核电工程有限公司福建省漳州市 363300
        2.中国核电工程有限公司辽宁省葫芦岛市 125100
        摘要：漳州核电项目泵房基坑的止水结构由陆域防渗墙和围堰双液灌浆截水墙构成。塑性混凝土防渗墙的施工质量是止水效果好坏的关键，也直接影响了后续泵房开挖、土建和安装施工。本文通过对漳州核电项目泵房基坑陆域防渗墙施工质量控制过程的总结，给出了一些质量管理重点和控制方法。
        关键词：防渗墙；质量控制
        1 前言
        塑性混凝土防渗墙可适用大多数地质条件、耐久性较好，防渗效率较高等特点，目前塑性混凝土防渗墙技术成为地基和土石围堰的主要防渗工程措施。漳州核电项目泵房深基坑采取陆域防渗墙和围堰双液灌浆截水墙组成其止水结构。
        2 工程概述
        漳州核电项目泵房陆域防渗墙长度为356.4m。防渗墙墙体材料为塑性混凝土，厚度为800mm，墙顶标高为+3.5m，墙体穿透回填砂层、回填开山石碴和土层等，并进入强风化岩3m。

        图1 防渗墙断面示意图

        图2 防渗墙平面布置图
        根据地勘报告，施工区域内地层主要由填土层、第四系全新统海相沉积、第四系全新统冲洪沉积层、黑云母二长花岗岩和正长花岗岩等组成。陆域防渗墙施工区域为开山土石回填而成（即填土层），回填料技术指标为爆破所得的500kg以下土石，内含较多大粒径（＞50cm）微风化块石，且底部多有抛石挤淤的大块石；工程场地内全风化岩、强风化岩均呈砂土状，强风化花岗岩岩层顶绝对高程为-24.20m~7.29m，岩面起伏较大。

        图3 工程地质剖面图
        3 施工工艺
        3.1 工艺概述
        根据地质条件选择可行、合适的钻孔施工工艺是防渗墙施工的核心。确定钻孔施工工艺后，再进行后续工序工艺的匹配选择。由于墙体穿透回填砂层、回填开山石碴等回填层，内含较多微风化块石，为确保施工可行性，便于质量控制，选择CZ-8A型钢绳冲击钻机成槽作为钻孔施工工艺。具体采用如下的工艺进行防渗墙的施工：
        （1）采用冲击钻机进行成槽施工；
        （2）采用粘土泥浆护壁；
        （3）抽桶法置换泥浆清孔；
        （4）混凝土搅拌站拌和混凝土；
        （5）混凝土搅拌运输车输送混凝土；
        （6）采用泥浆下直升导管法浇筑混凝土；
        （7）采用钻凿法进行Ⅰ、Ⅱ期槽段连接。
        具体工艺流程见表1。

        图4 塑性混凝土防渗墙施工工艺流程表
        4 施工质量控制
        4.1 施工准备阶段质量控制
        4.1.1 技术准备阶段
        确保防渗墙底部嵌入不透水地层达到一定深度（本工程要求为进入强风化花岗岩层3米）是止水结构有效的关键，也是质量控制的核心。故在技术准备阶段，应从技术文件的齐全、鉴定方法的可靠性等方面进行梳理，为后续质量控制提供依据：
        （1）施工前应采取多种方式对地质情况进行细致深入的了解。根据《水利水电工程防渗墙施工技术规范》（SL174-2014）1.0.6条：“工程地质和水文地质资料、防渗墙轴线处的勘探孔柱状图和地质剖面图，勘探孔的间距可为 50~100m，地质条件变化较大时，勘探孔间距不宜大于 20m。”由于本工程处于海域回填区边缘，施工轴线由山体延伸入海；且根据地质剖面图显示，强风化花岗岩岩层顶绝对高程为-24.20m~7.29m，岩面起伏较大。由于原有的地勘钻孔不处于防渗墙轴线，无法提过准确施工依据，故施工前我部通过函件请求发包人进行补勘，为后续施工策划和安排提供了直接依据。
        （2）明确孔深控制方法和基岩鉴定原则
        本工程施工前，在防渗墙有钻孔的位置进行试验性钻孔施工，并与钻孔柱状图进行比对，发现由于强风化花岗岩面起伏较大，且以砂土状为主，采取钻凿法施工时，难以通过返碴来准确判断是否入岩，施工时可能已全部贯穿强风化岩。故邀请地勘单位和设计单位进行现场踏勘，确认如下孔深控制方法和基岩鉴定原则：
        ①由设计单位根据地勘报告，发布设计变更单确定排水暗涵各区段防渗墙底标高（原设计文件仅有断面图提供了一个墙底标高数据作为参考），并以此作为预计基岩面进行施工。当孔深接近预计基岩面时，即开始取样，每钻进10cm～20cm左右取样一次，并对取样深度、钻进感觉等情况作记录；当地勘单位判定某一深度岩样的岩性与基岩岩性一致，含量超过70%，且与钻进情况和相邻孔的岩面高程不相矛盾时，即可确定该深度为岩面深度，据此确定入岩深度和终孔深度，所确定的入岩深度应不小于设计入岩深度。
        ②若施工至预计基岩面，地勘单位判定该深度岩样的岩性与基岩岩性不一致，则应继续进行钻孔施工，直至满足基岩面验收要求。
        4.1.2 槽段划分
        防渗墙一般需要分成若干个单元槽段，分两序间隔造孔挖槽、浇筑墙体混凝土。其中先施工的为一期槽孔，后施工的二期槽孔将所有槽段连接成墙。单元槽孔一般由主孔及副孔组成，主、副孔相间布置。为确保施工质量，槽段划分时应综合考虑3个因素：
        （1）墙段接头处为质量控制的风险点，故应尽量减少墙段接头；
        （2）本工程出于回填区，回填料中含有较多大粒径块石，为减少塌孔风险，应控制槽段长度；
        （3）槽孔长度应与混凝土的供应能力相适应，浇筑时混凝土面的上升速度应不宜小于2m/h。
        由于墙体厚度为800mm，故槽段长度定为5.6m，即3个主孔和4个副孔（包括槽孔两端接头管形成的端孔）。该划分能降低塌孔可能，减少槽段接缝，也可以兼顾浇筑混凝土阶段的上升速度要求（混凝土浇筑量不小于10m³/h，可匹配现场实际供应能力）。
        4.1.3 导墙施工的质量控制
        导墙主要起到定位和支承作用。原设计图中采取“Γ”形导墙，竖向厚度仅为20cm。计划进场的冲孔桩机重量（加桩锤）约45t，若采用原设计的导墙型式，在桩机自重及冲击振动的作用下，易发生变形和位移，进而导致孔斜等质量问题。

        图5 导墙设计变更
        为提前消除此项质量隐患，本工程通过设计变更，将导墙竖向厚度增加至60cm（见图6）。

        图6 变更后导墙断面图
        4.1.4 测量控制
        开工前，在槽孔两端设置测量标桩，根据标桩确定槽孔中心线并且始终用该中心线校核、检验所成墙体中心线的误差。孔位在设计混凝土防渗墙中心线上下游方向的允许偏差不得大于3cm，在不同方向都应满足此要求。
        由于本工程采取钻凿法进行墙段连接，故墙段接头的准确性直接影响的接头施工质量。在造孔施工前，应根据计算出的坐标，在钻机钢轨处标出槽段两端控制位置。Ⅰ期槽造孔时，严格按照槽段两端控制位置进行造孔施工，确保槽段位置准确，保证墙段接头处咬合区域足够。
        4.1.5 原材料质量控制
        由于技术指标的不同，塑性混凝土和普通混凝土相比，最大的不同在于掺入了膨润土。
        本工程膨润土采用干掺的方式进行拌和，具体使用方法和罐装水泥类似。值得注意，相比于水泥，膨润土更易受潮结块。故膨润土储存和使用过程中，质量控制要点如下：
        （1）在罐中储存时间最好不要超过一个月，否则容易堵罐并影响膨润土质量。
        （2）膨润土应和水泥、膨润土和砂、石等搅拌均匀后，再加水搅拌，否则膨润土易结块，也易粘糊料罐和拌合机，影响混凝土质量的稳定性。
        4.2 施工阶段质量控制
        4.2.1 泥浆制备质量控制
        泥浆性能泥浆的正确使用和泥浆性能的控制是泥浆护壁挖槽法质量控制的关键。
        （1）护壁泥浆类型的选择
        膨润土泥浆的密度较小，在采用循环出碴方式造孔或用抓斗成槽时，宜优先选用膨润土泥浆。粘土泥浆的密度较大，悬浮钻碴和堵漏防塌的能力较强；且料源广，成本低廉。使用常规冲击钻机（抽砂筒出碴）在含有漂卵石的地层中造孔时，宜优先选用普通粘土泥浆。本工程施工地质含有大粒径块石，属于易发生渗漏地层的情况。为保证成孔质量，选择粘土泥浆。
        （2）泥浆性能的分阶段控制
        表1 不同施工阶段泥浆性能建议参数表

        4.2.2 造孔阶段的质量控制
        （1）成槽质量控制
        ①墙厚（造孔宽度）质量控制
        钻头的直径决定了墙的厚度。所以，每一槽段终孔时钻头直径不得小于墙的设计厚度，在槽孔内任一部位均可顺利下放钻头，并且可在槽孔内自由横向移动。
        ②孔斜率控制
        根据相似三角形原理采用重锤法进行槽孔偏斜测量：用钢卷尺量出钢丝绳总长，用直径不小于设计墙厚的钻头对准孔位，量出孔位偏差（±3.0cm），缓缓下放钻头，每4m量出一个孔口偏差值，根据相似三角形原理，求出孔斜率。若发现孔斜率偏大，须向与孔斜相反的方向适当移动钻孔中心，并注意轻打慢放，随时检查修孔效果，直至满足垂直度要求（孔斜率不大于4‰）。
        尤其应关注墙段接头处的孔斜率质量控制。由于本工程防渗墙深度较大（最大造孔深度达39.2m），若两个墙段的孔斜交角较大，将导致底部防渗墙厚度不足甚至出现透水夹层。故后施工的二期槽段验收时，应对照一期槽段端孔的孔斜率数据进行核验，确保防渗墙下部厚度满足设计要求。
        ③根据观察，受潮汐变化、桩机冲击振动和地质条件等影响，防渗墙塌孔多发生在导墙以下-4m~-1m，临近海域的槽孔影响尤为明显。故临近海域的槽孔在潮汐变化明显的时段，应在规范范围内提高泥浆密度和黏度，保证成孔质量。
        （2）沉渣厚度质量控制
        在成槽过程中，为把沉积槽底的沉碴清出，需采用掏渣筒捞渣清槽，即采用捞渣筒将槽内浆液混合物倾倒至倒渣平台，进行沉渣清理。若清槽后检测槽内浆液性能不满足要求，可加入适当数量的新浆以补充和改善槽内泥浆性能，并保持槽内始终充满泥浆，以维持槽壁的稳定。沉渣厚度若大于规范要求，则可能在墙底出现透水夹层，影响止水效果。孔底淤积厚度采用测饼进行测量。测量结果应达到小于10cm的标准。淤积厚度等于用钻具测得的终孔孔深减测饼的测深。
        同时，为保证混凝土浇筑前沉渣厚度满足要求，沉渣厚度测量应进行两次：①清孔结束后，下设导管前测量1次；②导管下设完毕，准备浇筑混凝土前测量1次。两次均合格方能进入混凝土浇筑工序，否则应该重新进行清孔。
        （3）接头部位质量控制
        ①在二期槽造孔前，在一期混凝土顶面标识出接头凿除范围，接头长度不小于800mm。
        ②二期槽孔造孔完成后，两端端部浸没在泥浆中，不可避免地被粘上杂物，故在浇筑混凝土之前必须使用装有钢丝刷的接头刷来清洗干净。接头刷由吊机吊放入槽段内，紧贴先期槽段的接头部位，上下拉刷三遍以上，直至刷子钻头上基本不带泥屑，孔底淤泥不再增加。
        （4）特殊地层质量控制
        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黏土球，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。
        5 结论
        塑性混凝土防渗墙工艺目前已广泛用于止水结构施工中。对塑性混凝土防渗墙施工来说，应在充分了解地质情况的基础上，合理选择施工设备，抓住质量控制关键点（如基岩面验收、泥浆性能监控和混凝土连续浇筑等）。本文结合工程实例，从施工准备阶段和施工阶段两大方面进行分析，对塑性混凝土防渗墙的质量控制有一定借鉴意义。
        参考文献：
        [1]曹永华，李卫，刘天韵.浅谈塑性混凝土连续墙施工质量控制[J].广东建材，广州：2011.07，90-91.
        [2]水电水利工程混凝土防渗墙施工规范（DL/T5199-2004）[S].北京：中华人民共和国国家发展改革委员会，2004.
        [3]水利水电工程防渗墙施工技术规范（SL174-2014）[S].北京：中华人民共和国水利部，2014.