混凝土防渗墙围堰体加高防渗施工技术
童耀，唐结齐
(葛洲坝集团基础工程有限公司)
1 引言
随着水电开发深度的不断增加，建坝条件越来越复杂。尤其是重点建设的西部水电站地处高原、山高谷深、水湍峡长者居多，对挡水防渗围堰性能的要求越来越高。在挡水防渗围堰度汛后，时有遇到防渗围堰体需加高或损毁围堰体段需修复，进行二次围堰填筑及防渗处理的情况。从工期、方案、经济等方面进行方案研究、比选，采取在混凝土防渗墙体上接高压喷射灌浆防渗体的施工方法，以期达到快速、高效的加高或修复挡水围堰体的目的。但对于在混凝土防渗墙上接高压喷射灌浆防渗体作为临时挡水围堰，在国内尚无成功经验可供借鉴。本文即是针对混凝土防渗墙围堰体加高防渗施工技术进行相关介绍。
2 工程概况
某水电站以发电为主，兼顾防洪，施工导流采用河床一次截流、隧洞导流的方式，左岸布置2条导流洞，出口均与电站尾水结合，右岸布置3条导流洞，其中2条出口与电站尾水结合，另外1条导流洞高程较高、断面较小，在靠山侧单独出水。左岸导流隧洞出口围堰为枯水期临时挡水建筑物，枯水期围堰堰顶高程为828.5m，出口部位围堰原采取混凝土防渗墙进行防渗处理。根据水电站2013年度汛技术要求，左岸导流隧洞出口围堰为过水围堰。在度汛期间，由于金沙江水位持续上涨，流量激增，导致左岸导流洞出口围堰临江侧出现沉降变形。当左岸导流洞出口水位达到832.23m、流量11200m3/s时，围堰堰体向江侧最大沉降变形达1.3m，并持续加大。为确保围堰的整体稳定，避免围堰受损的进一步扩大，实施了破堰充水，确保了汛期安全，但围堰ZW0+138.646～ZW0+337.067m部分受到不同程度损坏，混凝土防渗墙沿轴线变形长度约200m。
为了保证导流洞过流的目标工期，确保基坑内土建的安全施工，需对损毁的混凝土防渗墙围堰体进行二次围堰填筑及防渗处理。混凝土防渗墙围堰体受损部分二次围堰填筑采用石渣料进行回填，厚度达到25m。
3 受损围堰防渗施工方案比选
在混凝土防渗墙体上搭接新的防渗体作为临时挡水建筑物，目前国内尚无成功经验可循。为此，拟定了4种方案，从工期、方案、经济等方面进行比选。
（1）土工膜防渗。土工膜与原防渗墙混凝土接触面需进行连接处理。由于工程还处于汛期，水下部分土工膜与原防渗墙混凝土之间不能得到有效的处理，土工膜两侧保护料回填也不能得到有效的控制。
（2）黏土心墙防渗。黏土心墙对宽度要求较高，且心墙需做碾压处理，目前混凝土墙面位于水下，采用黏土心墙与原防渗墙混凝土墙搭接，水下部分心墙宽度不能进行有效控制，同时也不能满足碾压的要求。此外，黏土心墙与原混凝土防渗墙结合面上的淤泥夹层也需采用灌浆等措施进行处理。
（3）混凝土防渗墙。混凝土防渗墙对回填料要求相对较低，混凝土防渗墙也有较好的防渗效果。但由于混凝土防渗墙施工过程中对回填料的振冲较大，造孔施工至原防渗墙混凝土面时对原墙体也会造成冲击破坏，且后期防渗墙混凝土浇筑完成后还要对新老混凝土接触面进行专项灌浆处理，整个施工工期较长。此外，新老混凝土防渗墙搭接处的防渗处理，目前国内还没有成功案例可供借鉴。
（4）高喷墙防渗。高喷防渗墙可待水下部分回填结束后再进行施工，对回填料要求略高，但可通过控制选料以满足要求；高喷防渗墙可采用双排或多排造孔形成墙体厚度不等的防渗体系；高喷防渗墙施工机具振动小，不会对邻近建筑物造成不良影响；高喷防渗墙与原混凝土防渗墙搭接深度可通过高喷孔钻孔深度进行控制，且原混凝土墙面不需要进行专项灌浆处理。
通过对上述拟选用方案的比选，高喷防渗墙比其他方案具有较明显的可行性，主要体现为：新老防渗墙体的接触面不需进行专项防渗处理；能通过调整钻孔布置形式及选用高喷灌浆参数调整墙体厚度及强度；能灵活控制新老防渗墙体的搭接深度；钻孔施工过程中机具振动小，不会对邻近建筑物造成不良影响；施工工期上较混凝土防渗墙有较大的优势，且国内采用高喷防渗墙防渗的成功案例较多。
从现场施工条件、工期、防渗效果及可行性等方面综合考虑，经充分讨论研究后，决定选用“高喷墙防渗”方案对出口围堰受损部分堰体进行防渗处理。同时，拟定灌浆方案作为补强预案。
4 施工重点及难点
4.1 施工重点
由于受水流冲刷、不能压实等外部条件制约，围堰体水下部分存在细粒料流失，且存有较大块石，形成局部块石架空结构，高喷灌浆施工中需重点解决以下问题：
（1）架空部分的水泥浆漏失量极大，如何确保高压喷射灌浆施工的防渗效果。
（2）如何保证高喷灌浆防渗体与下部混凝土防渗墙的良好结合。
4.2 施工难点
（1）高压喷射灌浆施工区域为人工回填料，对高压喷射灌浆造孔影响极大，钻孔的孔斜率控制较难，这是影响新老防渗墙体有效搭接的关键因素之一。
（2）高压喷射灌浆可能发生大量失浆、返浆困难等现象，施工处理难度大，并直接影响高压喷射灌浆防渗效果。
（3）工期紧，施工强度高。本工程工期要求38d，钻孔月施工强度达14900m，高压喷射灌浆最大月施工强度达14300m。
5 施工方案
5.1 灌浆孔位布置
受损围堰防渗施工采用二重管法进行高压旋喷灌浆，结合围堰受损部分回填地层情况，为确保两种防渗墙体间的搭接宽度及厚度，在受损的200m围堰轴线上布置两排高压喷射灌浆孔，第一排布置在原防渗墙轴线上，孔深按深入破损防渗墙顶面3m控制；第二排布置在原防渗墙临江侧，孔深比第一排相邻孔深10m，但孔底不超过800.00m高程。先施工第一排，后施工第二排孔。高喷孔排距0.7m，孔距0.8m，呈梅花形布置，排内分三序施工。
为探查混凝土防渗墙的受损深度，在混凝土防渗墙轴线上布置8个勘探孔进行探查，并在高喷孔施工中布置6个先导孔，进行取芯复核受损深度，确保新老两种防渗墙体的有效搭接。
5.2 主要技术参数
高压旋喷防渗墙采用两重管法施工，采用排间分序、排内加密，分Ⅰ序、Ⅱ序、Ⅲ序孔进行施工，原混凝土防渗墙轴线上为Ⅰ序排、临江侧排为Ⅱ序排。
高压旋喷施工参数见表1和表2。
表1 Ⅰ序排高压旋喷施工参数表
表2 Ⅱ序排高压旋喷施工参数表
续表
5.3 高压喷射灌浆工艺
5.3.1 施工程序
高压喷射灌浆孔施工前，先施工勘探孔，根据勘探孔探查的原混凝土防渗墙受损深度确定高压喷射灌浆孔的孔深。
高喷墙先施工第一排，再施工第二排（临江侧），原则上从中间较深部位开始向两边进行。高喷防渗墙的施工分序进行，其施工程序为：Ⅰ序孔（先导孔）→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔→检查孔。
5.3.2 施工工艺
高喷孔采用跟管钻机进行造孔，达到设计孔深后，在套管内下入PVC管，再拔出套管后，下管喷灌。
5.3.3 下喷射管
采用跟管钻机钻进至设计孔深时，将特制PVC管下至孔底，在起坺套管后进行喷管下设。为防止喷嘴堵塞，下放喷射管之前，在进行全面试压正常后，采用塑料薄膜包裹喷头；下喷射管过程中，边低压送浆边下管。喷管下到孔底时，确认具备灌浆条件，然后开喷。
5.3.4 浆液配制
采用强度等级42.5MPa的普通硅酸盐袋装水泥配制浆液，浆液水灰比为1∶1～0.5∶1，水泥浆比重为1.5～1.8g/cm3。
浆液自制备至用完的时间不宜超过4h；当浆液存放时间超过有效时间时，按废浆处理。浆液存放时间应控制浆体温度在5～40℃范围内。
5.3.5 喷射灌浆
喷射管下放到设计深度后，送入合乎要求的气、水泥浆，喷射1～3min，待注入的浆液冒出地面后（冒浆量正常范围为10%～20%注浆量，比重不小于1.3），按设计的提升速度、旋转速度，自下而上边喷射、边转动、边提升，直到设计高度，停送气、浆液，提出喷射管。喷射灌浆开始后，必须经常检测高喷气、水泥浆的流量、浆液比重、压力以及旋转速度、提升速度等各项施工技术参数是否符合设计要求，并且随时做好记录。
下入或拆卸喷射管时，应采取措施防止喷嘴堵塞。高喷中途拆卸喷管时，搭接段应进行复喷，复喷长度不得小于0.2m。
5.3.6 静压回灌
为解决旋喷凝结体顶部因浆液析水而出现凹陷现象，喷射结束后，随即在喷射孔内进行静压充填灌浆，直至孔口液面不再下沉为止。
5.3.7 特殊情况及其处理
高喷灌浆过程中，出现压力突降或骤增、孔口回浆浓度或回浆量不正常等情况时，必须查明原因，及时处理。
孔口未能正常返浆区域喷灌孔结束后，对孔口未能正常返浆的孔进行加密补强，加密补强孔根据相邻喷灌孔情况确定孔位向上游或向下游平移20cm重新开孔喷灌。
6 施工关键技术
6.1 石渣回填地层快速成孔技术
左岸导流隧洞出口土石围堰受损部分采用石碴料回填，缺口段厚度达到25m。由于受水流冲刷、不能压实等外部条件制约，围堰体水下部分存在细粒料流失，且存有较大块石，形成局部块石架空结构，高喷孔采用传统方法成孔存在工效低、质量差的问题，对施工进度及质量具有较大的影响。鉴于此，本项目高压喷射灌浆孔利用履带式跟管钻机对石渣回填地层适应能力强的特点，先导孔采用跟管钻机钻至原防渗墙墙体受损顶面后，向孔内下入PVC管，再改用地质钻机钻进取芯，直至终孔；其余高喷孔采用跟管钻机钻至设计孔深后向孔内下入PVC管，钻孔进度大幅提高，达到了快速钻进取芯的目的。
6.2 两种防渗体系间的搭接技术
由于对土石围堰受损部分进行回填石渣料前未清理水下淤积体，且局部存有块石架空结构，给水下区段高喷施工带来了较大难度，如果处理不好将直接影响新老防渗墙体搭接面的喷射灌浆防渗效果。而在混凝土防渗墙上接高压喷射灌浆防渗体作为挡水围堰国内外尚无成功经验可供借鉴。如何确保两种不同防渗体系间的有效搭接，使挡水围堰修复后能完全满足充水及过流条件，是本项目首先要解决的关键技术问题。为此，研究了两种防渗体系间的搭接技术，采用在受损混凝土防渗墙上接高压喷射灌浆进行防渗处理，实现了两种不同防渗体系间的成功搭接，快速高效的修复了挡水围堰，为国内首创。
此技术的重点在于：①以勘探孔为主、先导孔为辅进行受损墙体深度探查，确保探查受损墙体深度的准确性；②对高喷孔孔位及钻孔孔斜两方面进行控制，确保高喷孔的终孔段位于老混凝土防渗墙墙体内；③提出了“高喷孔嵌入混凝土防渗墙体3m、搭接面静喷5min”等工艺措施，加强对防渗墙体搭接面钻喷工艺控制。
6.3 石渣回填地层高压喷射灌浆技术
针对高喷孔喷灌施工中孔口不返浆的情况，采取按正常提升速度的下限值进行提升控制上提，并从孔口向孔内加砂处理的方法取得了较好的堵漏效果。
对于孔口未能正常返浆区域喷灌孔结束后，对孔口未能正常返浆的孔进行加密补强，加密补强孔根据相邻喷灌孔情况，确定孔位向上游或向下游平移20cm重新开孔喷灌。
7 施工效果分析
7.1 灌浆资料统计分析
7.1.1 孔口未正常返浆情况统计
（1）高喷灌浆共布置499个孔，孔口未能正常返浆的喷灌孔共计28个，其中第一排26个（Ⅰ序孔20个，Ⅱ序孔6个）喷灌孔孔口未正常返浆，占总数的93%，第二排2个（为Ⅰ序孔）喷灌孔孔口未正常返浆，占总数的7%；灌浆孔的主要渗漏点集中在孔底附近的地层。
（2）经过Ⅰ序孔喷灌后Ⅱ序孔返浆情况有明显改善；经过Ⅰ序孔、Ⅱ序孔喷灌后Ⅲ序孔孔口均能正常返浆。证明对于孔口未正常返浆的高喷孔采取的处理措施是合理有效的；按照“排间分序、排内加密，分Ⅰ序、Ⅱ序、Ⅲ序孔的原则”进行喷灌施工的效果是十分明显的。
7.1.2 灌浆成果统计分析
高喷灌浆耗灰量统计见表3。
表3 高喷灌浆耗灰量统计表
（1）第一排Ⅰ序孔、Ⅱ序孔、Ⅲ序孔的单位耗灰量分别为697.3kg/m、687.9kg/m、682.7kg/m；第二排Ⅰ序孔、Ⅱ序孔、Ⅲ序孔的单位耗灰量分别为469.3kg/m、468.5kg/m、469.7kg/m。各排的序间单位注入量均无明显变化。
（2）第一排单位耗灰量为688.4kg/m，第二排单位耗灰量为469.3kg/m，排间单位注入量递减规律明显。
7.2 灌浆效果检查及评价
为检查灌浆效果，灌浆结束14天后，在两排孔中间布置2个检查孔（孔号 GP-J-1、GP-J-1），采用常规钻孔取芯、自上而下分段进行常水头注水试验。
7.2.1 钻孔取芯情况
钻进过程中孔内未见失水，取出芯样较完整，胶结体密实坚硬、较均匀。
7.2.2 注水试验资料统计分析
GP-J-1、GP-J-1两个检查孔共进行13段注水试验，其渗透系数为2.8717×10-7～7.6822×10-7cm/s，较灌前渗透系数降低明显，说明受损墙体回填段地层的渗透情况，经高喷灌浆处理后得到了十分显著的改善。
7.3 基坑抽水检查
开挖完成后基坑内抽水渗水量约300m3/h，几处渗漏点未见渗透破坏现象，经现场勘查防渗效果好，见图1，为基坑内后续施工创造了条件。
图1 出口围堰基坑开挖施工
8 结语
在混凝土防渗墙上接高压喷射灌浆防渗体作为挡水围堰在国内尚无成功经验可供借鉴。本项施工技术，提出并采用“高喷孔嵌入混凝土防渗墙体3m+搭接面静喷5min”等工艺措施，确保了高压喷射灌浆与混凝土防渗墙搭接面间的灌浆防渗效果；突破现行规范要求，提出并采用“最低提升速度+孔口投砂+补强孔”的方式，达到了快速高效防渗施工的目的；提出并采用在受损混凝土防渗墙上接高压喷射灌浆进行防渗处理，实现了两种不同防渗体系间的成功搭接，快速高效地修复了受损挡水围堰，确保了基坑内土建的施工安全。同时，为高压喷射灌浆的适用条件及施工方法探索了新思路。
参考文献
［1］ DL/T 5199—2004水电水利工程混凝土防渗墙施工规范［S］.
［2］ DL/T 5200—2004水电水利工程高压喷射灌浆技术规范［S］.