混凝土防渗墙施工工艺

混凝土防渗墙施工工艺一、概况•1.1防渗墙定义•混凝土防渗墙是在松散透水地基或土石坝（堰）坝体中以泥浆固壁连续造孔，在泥浆下浇筑混凝土或回填其它防渗材料筑成的，起防渗作用的地下连续墙。•混凝土防渗墙主要是按施工方法来定义的，对墙体材料并无严格的限制。一、概况•1.2混凝土防渗墙的类型：•水工混凝土防渗墙的类型可按墙体结构形式、墙体材料、布置方式和成槽方法分类。•(1)按墙体结构形式分：可分为桩柱型防渗墙、槽孔型防渗墙和混合型防渗墙三类（见图）。槽孔防渗墙使用更为广泛。1221221312112121211211212121(a)(b)(c)一、概况•(2)按墙体材料分：主要有普通混凝土防渗墙、钢筋混凝土防渗墙、粘土混凝土防渗墙、塑性混凝土防渗墙和灰浆防渗墙。•(3)按布置方式分：可分为嵌固式防渗墙、悬挂式防渗墙和组合式防渗墙。•(4)按成槽方法分：主要有钻挖成槽防渗墙、铣切成槽防渗墙、射水成槽防渗墙和锯槽防渗墙。一、概况•1.3防渗墙工序二、施工准备•2.1施工准备的内容•混凝土防渗墙施工准备的内容主要包括下列内容：•(1)收集、研究有关施工要求、施工条件的文件、图纸、资料和标准；•(2)根据批准的设计文件和施工合同，编制施工组织设计和施工细则；•(3)施工场地准备；•(4)设置防渗墙中心线定位点、水准基点和导墙沉陷观测点；•(5)修建导墙和施工平台（见下图1）；•(6)修建和安装施工铺助设施；•(7)进行墙体材料和固壁泥浆的配合比试验，并选定施工配合比和原材料；•(8)补充地质勘探。设计阶段的勘探孔密度一般不能满足防渗墙施工的需要，为保证墙底嵌岩质量，应在原有勘探孔的基础上进行补充勘探，加密勘探孔。•图1：施工平台和导墙布置图三、泥浆制备•制浆站的位置应尽量靠近防渗墙施工现场，并应尽量设置在地势较高的位置，以便于自流供浆。制浆站场地应尽量开阔、平坦，以便于卸运、存储土料。•当使用粘土泥浆时，制浆站主要包括粘土料场、配料平台、制浆平台、储浆池、供应管路、供水管路等设施。一般每台双轴卧式搅拌机平均占地面积40～45m2。其典型布置下图。使用膨润土制浆时，制浆站布置大体相同，面积可以减小一些。图2：制浆站典型布置图四、混凝土制备•防渗墙施工的混凝土搅拌和运输系统应满足《墙规》（DL-T5199-2004）的要求，即浇筑时槽孔内混凝土面上升速度不宜小于2m/h，混凝土的拌合运输能力应不小于最大计划浇筑强度的1.5倍，在浇筑过程因故中断的时间不宜超过40min。•根据工程特点可选用自制混凝土或采用商品混凝土•搅拌站的型式应根据每个工程所在的位置、工程规模而定。工程规模较小、宜设置简易的拌合站，采用人工上料和翻斗车方式运输混凝土。若工程规模、浇筑强度较大，应设置自动化或半自动化搅拌站，并使用混凝土搅拌运输车。五、常用的成槽设备•防渗墙的造孔机械很多，几乎各式钻井的机械都可以用作防渗墙施工，但各种机械适用的施工方法、地层条件和工作效率有很大不同，这里介绍几种使用较多的成槽机械。5.1、钢绳冲击钻机5.2抓斗钻机（SG30型）5.2抓斗钻机（宝俄BG型）5.3液压双轮铣槽机5.3液压双轮铣槽机（铣齿部件图）六、墙体材料•防渗墙墙体材料根据其抗压强度和弹性模量，可以分为刚性材料和柔性材料。•刚性材料一般抗压强度大于5MPa，弹性模量大于1000MPa，有普通混凝土（包括钢筋混凝土）、粘土混凝土、粉煤灰混凝土等。•柔性材料一般抗压强度小于5MPa，弹性模量小于1000MPa，有塑性混凝土（砂浆）、自凝灰浆、固化灰浆等。七、防渗墙造孔•造孔是防渗墙施工中的主要工序，它受地层等自然条件影响最大，是影响工期、工程成本，甚至决定工程成败的重要因素。•防渗墙施工技术的进步主要是体现在造孔水平上。防渗墙施工的风险和潜力也主要取决于造孔的成效。7.1槽孔划分•槽孔的划分与施工顺序、造孔方法等有关。当采用间隔分序法施工时，可按下图所示划分槽段。施工时先施工一期槽，后施工二期槽。槽段内先施工主孔，后施工副孔。7.2、冲击式钻机造孔成槽•在一般情况下，每一个槽孔都是先施工主孔，后施工副孔，主、副孔相连成为一个槽孔（见下图），槽孔浇筑混凝土后成为一个单元墙段。主孔直径等于墙厚。副孔就是两个主孔之间留下的位置，其长度一般大于墙厚的1.5倍。•由于钻头是圆形的，因此在主、副孔钻完之后，其间会留下一些残余部分，这叫“小墙”。这需要变换钻机和钻头的位置，从上至下把它们劈掉（俗称打小墙）。至此就可以形成一个完整的、等厚度的槽孔。图6-1-7“钻劈法”一期槽孔施工工艺流程1.钻进端头孔4.采用抽筒清孔5.下设浇筑导管后浇筑混凝土泵送混凝土2.劈打主孔进中间主孔3劈打副孔围堰混凝土防渗墙“钻劈法”一期槽孔施工工艺流程4.采用抽筒清孔5.下设接头管及浇筑导管后浇筑混凝土泵送混凝土3劈打副孔围堰混凝土防渗墙“钻劈法”二期槽孔施工工艺流程3.采用抽筒清孔4.浇筑混凝土混凝土凝土泵送混凝土1.钻进二期槽孔主孔2.劈打二期槽孔副孔7.3、其它机械成槽方法•在小型水利水电工程中还有使用射水成槽机、锯槽机等进行造孔成槽的。射水成槽的主、副孔安排与液压铣成槽法中主副孔的安排基本相同。锯槽形成的是连续的沟槽，然后将其分隔为单元槽孔，进行混凝土浇筑。八、孔底淤积的清理•槽孔钻掘完成后，泥浆中的钻渣都将沉淀在槽底，这些钻渣必须在混凝土浇筑前清理干净，否则，将给墙体质量带来危害。清除孔底淤积的方法主要有以下方法。•1.抽筒出渣法•抽筒出渣法是钢绳冲击钻机成槽采用的出渣方式。该法操作简便，但效率低，泥浆损耗大，清渣效果也较差，已逐步被其它方法代替。•2.泵吸排渣法•此法用设置在地面的砂石泵通过排渣管将孔底的泥渣吸出，经泥浆净化系统除去粒径65μm以上颗粒，再返回到槽内使用。该方法效率高，效果好，节约泥浆。•3.潜水泵排渣法•国外一般采用立式潜水砂石泵进行清孔换浆，潜水砂石泵安设在孔底，将混有钻碴的泥浆抽出孔外，经净化处理后再用。•4.气举排渣法•此法的原理是籍助气举排渣器将液气混合，利用密度差来升扬排出孔底的沉渣。九、水下混凝土灌注•防渗墙混凝土的浇筑采用的是水下导管浇筑法（见右图）槽孔混凝土浇筑是关键的工序，所占时间不长（有时只1%），但对成墙质量至关重要，一旦失败，整个墙段将全部报废，经济和时间的损失是很大的，因此应当十分重视，周密组织，细心准备，把握好每一个环节，做到万无一失。•9.1、浇筑导管的配置和布设•导管可用钢板卷焊管，也可用无缝钢管，长度一般为2m、1.5m、1.0m、0.5m、0.3m等导管，内径以200～300mm为宜；•导管有三种连接方式，即法兰盘连接、丝扣连接和柔性键连接方式。法兰盘连接用橡胶垫止水，另外两种都用“Ｏ”型密封圈止水•导管应布置在防渗墙中心线上，间距不得大于3.5m，一期槽孔两端的导管距端面或接头管的距离宜为1.0～1.5m，二期槽孔两端的导管距端面的距离宜为1.0m，开浇时导管口距孔底15～25cm。此外当槽孔底面高差大于25cm时，导管应布置在其控制范围的最低处。9.2混凝土开浇•开始浇筑混凝土时，一般在导管内放入一直径比导管内径略小的排球，以便将最初进入导管中的混凝土和管内的泥浆隔开。当第一罐混凝土压着塞球向下运动时，塞球推压着泥浆自导管下口溢出，当塞球被顶在导管下口岩面处时混凝土已满管。在满管后仍应备有足够的混凝土，以便继续向管内快速灌注。塞球被挤压出导管漂浮至泥浆表面，管内混凝土流出并将导管的下口埋住。随即应连续向管内注入混凝土，务必使混凝土将导管下口埋住最少30cm。因此，准确计算和备足可连续浇入的混凝土方量，是保证浆下混凝土浇筑质量的第一步。9.3混凝土浇筑过程的控制•（1）导管的埋深：我国2004《墙规》规定，导管的埋入混凝土深度不得小于1.0m，不宜大于6.m。•（2）浇筑速度：槽孔内砼面的上升速度不得小于2m/h。•（3）槽孔中混凝土面的量测：为了掌握混凝土的浇筑速度和控制混凝土在槽孔中均匀上升，应经常测定槽孔中的混凝土表面的深度或高程。•（4）终浇高程：由于泥浆下浇筑的混凝土表面混有很多沉渣，因此表层的混凝土质量都会存在很多缺陷。为此，在混凝土终浇时一般都使混凝土终浇高程高出混凝土的设计高程至少0.5m，以便将来凿除这部分混浆层。十、墙段连接•各单元墙段由接缝（或接头）连接成防渗墙整体，墙段间的接缝是防渗墙的薄弱环节。如果接头设计方案不当或施工质量不好，就有可能在某些接缝部位产生集中渗漏，严重者会引起墙后地基土的流失，进而导致坝体的塌陷。由于施工方法的不同，墙段接头的型式有所差异。下面介绍几种接头方式。10.1、钻凿法连接•适用于冲击钻机造孔和墙体材料为低强度混凝土的条件，其施工程序见右图。这种接头方式最终是在一、二期墙段间形成一条半圆形的接缝。这种方法的优点是工艺简单，不需专门的设备，形成的接缝可靠。缺点是要损耗10%左右的墙体材料和工时。•10.2拔管法连接拔管法是在一期槽孔浇筑混凝土前将专用的接头管置于槽孔的两端（下图），然后浇筑混凝土，待混凝土初凝后，用专用的拔管机或吊车将接头管拔出，从而在一期墙段的两端形成光滑的半圆柱面和便利二期槽孔施工的两个导孔，二期槽孔施工完成后，即在此形成一个接缝面。如果二期槽孔混凝土浇注质量良好，所形成的接缝将很密实，缝宽可以控制在1mm以下。（a）下接头管（b）下钢筋笼（c）浇水下混凝土（d）拔出接头管10.3双反弧连接•把一期桩孔改成为槽孔（下图）。施工时先按一般要求完成一期槽孔，相邻的两个一期槽孔间留下一个接头孔（也就是二期槽孔）的位置，然后在这个位置上按主孔的要求钻凿出圆形钻孔，接着用双反弧钻头进行扩孔使圆形孔成为双反弧形状的孔，再接着用液压可张式双反弧钻头将一期墙段端面残留的泥渣凿除刷洗干净，最后浇筑成墙。•