混凝土防渗墙接头缝的设计和施工.pdf

水 利水 电工 程设 计D WR HE 2 0 1 0年 第 2 9卷 第4期 混凝土防渗墙接头缝的设计和施工 张玉飞 李 杰 范佳 摘要混凝土防渗墙主要作用是防渗。墙段接头缝防渗能力最弱，是最容易发生渗漏的部位。做好混凝土防渗墙 墙段接头缝的设计和施工，对提高混凝土防渗墙整体防渗能力至关重要。 关键词 防渗墙接 头缝质量混凝土 中图分类号T V 5 4 3 文献标识码B 文章编号 1 0 0 7 6 9 8 0 ( 2 0 1 0 ) 04 O O O 4 0 4 混凝土防渗墙施工时 ，要分为若干个槽段单独 造孔成槽 ，然后分别浇筑混凝土成墙。单个板墙连 接起来组成一道混凝土防渗墙。混凝土防渗墙的接 缝是防渗能力最薄弱的部位 。 1 混 凝 土 防 渗 墙 接 缝 的 不 良影 响 我国已建混凝土防渗墙数百道 ，绝 大多数整体 防渗效果很好。因此 ，可以说混凝土防渗墙接缝部 位的防渗效果也是好的。但是 ，也有个别工程混凝 土防渗墙的防渗效果不尽如人意 ，渗漏量偏大 ，超 过设计要求。不仅使大量 的库水 白白流失，而且还 危及大坝的安全。经开挖检查，发现渗漏最严重的 地方，多数是墙体的接缝处。漏水的主要原因如下。 ( 1 )墙段接头刷洗不彻底 ，结合不紧密，缝 内 尚有夹泥 ，有的夹泥厚度达 35 c m，甚至贯通混 凝土防渗墙上下游 。夹泥强度低 ，抗冲蚀能力差 ， 一 旦库水位升高，此部位极易形成渗漏水通道。 还有专家认为 ，混凝土防渗墙建成后 ，下游水 位下降 ，防渗墙接缝处的夹泥失水干缩 ，在缝内形 成空隙、空洞成为漏水通道 。特别是从坝顶穿过坝 体嵌入基岩的加 固补强混凝土防渗墙受库水位涨落 变化的影响更大 ，库水位较低时，水位以上部位 的 接缝夹泥会失水干缩 ，在接缝处形成空隙。一旦库 水位上涨 ，接缝处就会形成渗漏水通道。 ( 2 )混凝土防渗墙两个墙段搭接厚度达不到要 求也是接缝处渗漏水的一个重要原因。因为防渗墙 接缝中的夹泥抗冲蚀和防渗能力不如墙体，所以要 求接缝处 的渗径 长度大 于墙厚 ，一般 为 1 5倍 墙 厚 。如果施工中接头孔偏斜大 ，接缝处 的渗径就达 不到 1 5倍墙厚 ，或在墙的下部根本连接不上 ，形 成 “ 裤衩” ，留下 “ 天窗” ，成为大的漏水通道。 如北京西斋堂水库 大坝 ，1 9 7 4年 8月建成 蓄 水至 1 9 8 7年运行基 本正常。1 9 8 7年 7月水库水位 降落后 ，在坝上游高程 4 3 0 m的坝坡平台上 ，发现 2 个塌坑 。1 9 8 7 年 1 0月 ，对塌坑进行了开挖检查 ， 发现两期槽孔混凝土板墙接头处夹泥较厚是漏水重 要原 因。其 中 2 塌 坑 防 渗 墙 的 接 缝 ，从 高 程 4 1 5 3 5 m向下开裂漏水 ，裂缝最大宽度 7 0 m m。 又如崇各庄 水库 为粘土斜 墙砂 砾石坝 ，1 9 6 0 年水库蓄水后 ，因坝基漏水严重 ，又在斜墙坡脚增 设 1 道混凝土防渗墙。1 9 7 7 - 1 9 8 0年坝基渗流量从 3 6 5 L s 增大到 5 8 0 L s 。1 9 8 1 年 3月 2 6日，在防 渗墙下游 2 i n 处出现直径 2 m、深 3 i n的塌坑。经 开挖检查 ，原因是防渗墙接缝处有漏水洞 ，墙下游 侧又有水平纵向空洞 ，这些孔洞都是 由施工时留下 的夹泥厚度较大 、夹泥干缩形成的。渗水通过孔洞 将粘土带人坝基砂砾石层 ，引起粘土斜墙破坏 ，发 展成为塌坑 。 2 混 凝 土 防 渗 墙 墙 段 连 接 形 式 混凝土 防渗墙 由单元槽段 连接而成。如前所 述 ，如果 2 个单元墙段连接不好 ，就可能产生集 中 渗漏 ，降低防渗墙 的防渗效果 ，甚至危及大坝的安 全 。 槽段连接形式与造孔方法和成槽机具有关。国 内常用的槽 孔式板墙连接方 法有钻凿法 、接头管 法 、双反弧法、铣削法 、加设止水装置等墙段连接 法。 前 4种多用于水利水 电工程，第 5 种方法工 业 、民用建筑和市政等行 业建设 的地下连 续墙常 用 ，孔深一般不超 过 3 0 n l 。近几年水 电工程也有 采用 ，但并不多见。 2 1 钻凿法 钻凿法是我 国混凝土 防渗墙槽段 连接 传统做 法。优点是结构简单 ，施工简便 ，对孔深、地层适 应性强 ；冲凿出的混凝土面如同犬牙交错 ，有利于 两期槽段混凝土结合 ，可使缝 隙内夹泥间断 、不连 张玉飞等 混凝 土 防渗墙 接头缝 的设计 和施工 续、增长渗径，有利于抗渗。缺点是冲击钻钻头钻 凿已浇混凝土时， 据有关试验资料记载可对相邻混 凝土产生 2 5 0 k N的冲击力 ，会在接 头外 留有 已被 振裂但未清除的混凝土。因此 ，接头部位混凝土强 度偏低 ；重复钻凿费工费时 ，浪费墙体材料 ，增加 了费用；接头孔孔斜不易控制 ，偏斜较大时 ，减少 了渗径长度 ，偏斜严重会在墙下部 留下 “ 天窗”成 为漏水通道 。 实践证明，只要按 水 电水利工程混凝土防渗墙 施工规范 ( 以下简称 规范 ) 施工，控制好接头孔的 偏斜 ，认真刷洗接头，钻凿法连接的墙段防渗效果 是好的。如已建深达 6 5 IT I 的碧 口水 电站大坝补强混 凝土防渗墙 ，完工后在两墙段 间骑缝钻孔检查 ，两 墙段间缝 内夹泥很薄，上部夹泥一般 58 m i l l ，下 部小于 5 ra i n ，个别段混凝土芯样中未发现夹泥 ，说 明接缝中夹泥不连续。水库已运行 3 0 多年，特别是 经过 2 O 0 8年四川汶川大地震波及影响后 ，混凝土防 渗墙防渗效果仍然很好。又如云南毛板桥水库大坝 加固 昆 凝 土防渗墙接缝骑缝取芯单根岩芯长度多数 3 m以上，岩芯获得率达 9 0 以上 ，岩芯 内泥缝很 薄，多在 5 m l n以下 ，而且不连续。孔 内注水试验 q ：2 L u ，渗透系数 5 1 0 c m s 。 从西斋堂水库塌坑开挖后对防渗墙接缝夹泥防 渗性能统计结果知道 ，当接缝夹泥开度小于 5 ra i n 时，不出现渗流。若 防渗墙施工采用 优质泥浆 固 壁、造孔 ，如使用膨润土或当地优质粘土制浆 ，混 凝土防渗墙墙段接头部位是能结合紧密的。接缝开 度在 1 0 i n l n之 内，被致密的膨润土或粘 土紧密充 填，其抗渗性能可以满足水利水电工程的防渗要 求。如果接缝中夹泥过厚 ( 1 0 i n l n ) ，而且上下游 贯通 ，就会留下集中渗漏 的隐患 。 2 2 接头管法 接头管法所形成 的墙段接缝形式 与钻凿法相 同，都是半圆形 ，这种施工方法接触面光滑 ，刷洗 方便 ，接缝结合紧密。如接头刷洗干净 ，缝中夹泥 可控制在 5 m l n以下 ；同时孔斜易控制 ，搭接厚度 有保证 ，不会在接头下部留有 “ 天窗”等优点 。缺 点是此方法施工要有专门的设备，工艺复杂，特别 是在防渗墙深度较深时使用此方法较 困难 。 混凝土防渗墙孔深小 于 3 0 m 的薄 型墙 ( 墙厚 3 0 4 0 e m) 使用接头管法效果较好 。 2 3 双反弧接头法 双反弧接头法也是一种用冲击钻机造孔的墙段 连接技术，在各种用途的地下连续墙中都有应用。 与接头管法相比，操作简单、易行、风险小，与浇 筑混凝土施工无干扰；与钻凿法相比，不重复钻凿 接头孔 ，省工、省材料 ，能适应较大的孔深 ，有利 抢工期。缺点是如果相 邻 2个槽段 接头孔偏斜严 重，不仅给钻孔带来困难，而且会在下部留有渗漏 通道；双反弧接头法致命缺点是接缝成倍增加。所 以，水利水电工程中以防渗为主要作用的混凝土防 渗墙不宜采用双反弧接头法 。 2 4 铣削接头法 铣削法接头连接适用于采用液压铣槽机成槽 的 防渗墙工程。此法是在 2 个一期墙段之间留出比铣 槽机长度略小的位置作为二期槽孔 ，该槽孔铣槽施 工时，同时将两端已浇筑的一期墙段的端部混凝土 铣去 l 0 2 0 c m，形成锯齿形 的端面。二期墙段浇 筑后 ，墙段接缝也为锯齿形。这种接缝 的阻水性能 优于平面接缝。但液压铣槽机价格昂贵 ，只有个别 大 的水 电工程才能使用。 3 提高 混凝 土防渗墙整体 防渗能力的研究 自1 9 5 9 年密云水库第 1 道槽板式混凝土防渗 墙修建以来 ，我国在混凝土防渗墙设计与施工方面 积累了丰富的经验 。 3 1 选用混凝土的抗渗等级要考虑墙段接缝对 防 渗墙整体防渗的影响 3 1 1 混凝土 防渗墙接头缝个数 影响混凝 土防渗 墙整体抗渗等级的选择 我国渗流专家刘杰指出 “ 从防渗角度 ，如果防 渗体的渗透系数 K值能达到小于l 1 0 I 4 e n d s 的要 求 ，计算可知 ，通过防渗体的渗流量是很小的，完 全可以满足防渗 的要求” ；也有些灌浆专家认为 K 值能小于 1 1 0 I 4 c m s 在大多数水电工程中也就足 够了，毋须使防渗体达到更高 、更致密的程度 。混 凝土防渗墙有时要穿过多层介质 ，如砂卵 ( 砾 ) 石 层 ，此种地层透水性很强 ，防渗墙混凝土的渗透系 数选取值理应小 于其他 防渗体 1 1 0 c m s的要 求。一般 K小于 1 X 1 0 I c m s ，防渗效果便比较满 意了。 据有关资料记载，混凝土防渗墙的抗渗等级 w同渗透系数 K对应关系如表 l 。 从表 1 可看出混凝土防渗墙无论采用那一级的 抗渗等级，对应的渗透系数 值都可以满足小于 1 1 0 c m s 这一要求。 但是 ，从混凝土耐久性考虑 ，渗透系数越小 ， 抗溶蚀能力则越强。同时，还必须注意到混凝土防 6 水利 水 电工程 设计D WR I- I E 2 0 1 0年 第2 9卷 第4期 渗墙若干个接头缝处的抗渗能力远远低于墙体本 身，加之混凝土为泥浆下浇筑，在质量不易均匀控 制的情况 ，为了提高混凝土防渗墙整体防渗能力 ， 混凝土防渗墙的抗渗等级不宜选用太低 。 混凝土防渗墙段接头缝数 目、缝 内夹泥厚度及 夹泥缝抗渗透性的能力减弱等因素对墙身整体平均 渗透系数的影响是较大的。根据笔者经验 ，建议 由 下式( 笔者总结) 估算防渗墙的整体平均渗透系数： K ： 式 中 K防渗墙整体平均渗透系数 ； 防渗墙墙身渗透系数，由墙上钻孔 注水试验求得 ； 夹泥缝渗透系数 ，由渗透试验取得 ； 凡 夹泥缝数 目； 夹泥缝厚度 ； 防渗墙总长度。 混凝土防渗墙是深埋地下的隐蔽工程 ，边界条件 复杂，至今还没有一个成熟的计算理论，仍处在一个 半理论 ，半实践 阶段 ，且实践重于理论。根据 4 0多 年数百道混凝土防渗墙实际运行 隋况的总结， 规范 给出了防渗墙墙体材料性能的一般适用范围( 见表2 ) 。 表 2 防渗墙墙体材料性能的一般适用范围 3 1 2 减少混凝 土防渗墙接 头数量 ，提高混凝 土 防渗墙整体防渗性能 只有增加槽孔长度 ，才可减少防渗墙 的接头个 数。混凝土防渗墙槽孔( 段) 划分长度应依据以下原 则考虑 ： ( 1 )地层 、孔深 、水位情况 ； ( 2 )混凝土供应强度 ，以每小时槽 内混凝土上 升面不低于 2 0 m为前提 ； ( 3 ) 施工环境、技术水平 、机械配备等情况 。 目前 ，国内已建混凝土防渗墙槽孔长度 ：墙厚 不小于 0 8 m，槽长 6 8 1 6 8 m。墙厚小于 0 8 m， 槽段可长些 。如碧 口水 电站 1 3 m厚坝基混凝土防 渗墙 ，地层为砂卵石层 ，嵌入相对不透水层凝灰岩 1 3 m，孔 深 2 0 53 6 5 m，槽 长为 1 1 0 51 4 3 m；碧 口水电站大坝补强混凝土防渗墙穿过坝土 2 9 m，砂卵石层 2 0 5 3 6 5 m ，嵌入凝灰岩 1 0 11q ， 最大墙深 6 5 5 m，槽长 1 2 8 2 4 8 m。在防渗墙两 端孔深小于 4 0 m的 4个槽孔 内还配设钢筋笼 ，最 长配笼槽 孔长 l 4 8 m；碧 口水 电站粘土 防渗墙墙 长 5 0 8 m。槽孔穿过砂卵石层人基岩 1 0 m，平均 槽深 2 1 5 m，最大槽深 2 9 0 111 _ 。因不需浇筑混凝 土 ，不受混凝土供应强度 限制，本防渗墙 长 5 0 8 m，采用全墙一槽 的施工方法 ，创造了国内槽孔最 长记 录 。 病险水库大坝加 固工程一般坝体疏松 ，于容重 偏低 ，个别坝体 已出现裂缝 ，或坝体土饱和 ，下游 坝坡普遍湿陷 ，特别是不少水库在汛期带水作业 ， 诸多因素给施工造成 了困难 ，稍有疏忽就可能发生 槽孔坍塌 ，严重时会溃坝。对于此种情况，设计时 宜用短槽 ，充分发挥短槽的拱效应作用 ，达到安全 施 工 。 但是 ，目前病险水库大坝加 固混凝土防渗墙设 计 中有一种倾 向值得注意 ，不少工程设计不分具体 情况 ，盲 目追求短槽施工 ，如不分槽深槽浅，河床 与岸边 ，库水位高与低等情况 ，不作具体分析 ，没 有区别一律用短槽 ，增加了接头数量 ，影响了 昆 凝 土防渗墙整体防渗效果 ，浪费了混凝土。 3 2 提高施工水平，保证混凝土防渗墙接头质量 槽长确定后 ，接头数已成定数 ，做好每个接头 部位的施工， 保证接缝的渗径长度，减少接缝内夹 泥厚度 ，且不连续 ，使一 、二期槽段混凝土结合紧 密 ，接头底部不 留 “ 裤衩 ”和 “ 天窗” ，接缝处具 有较好 的、稳定 的防渗能力 ，对确保整体混凝土防 渗墙防渗效果至关重要。根据经验 ，提高接头缝隙 防渗能力有如下主要方法 。 3 2 1 保证槽孔端孔孔型，偏斜不超 规范 ( 1 )掌握接头孔钻凿的时间。套打一钻时混凝 土强度高了，不仅影响钻进速度，而且冲击产生的 张玉飞等 混凝 土 防渗墙 接头缝 的设 计 和施工 振动力会对已浇墙体造成不利影响，如产生裂缝 等 ；混凝土尚未凝固即钻凿 ，振动还会影响混凝土 凝结强度 ，甚至出现溜坡等。所以 ，接头孔开钻时 间要合适 ，根据经验 ，粘土混凝土( C 7C 1 2 ) 在槽 孔浇筑结束后 2 4 h ，已基本凝 固，此时开钻为好 ； 塑性混凝土 ( C 2C 5 ) ，因强度低 ，特别是初期强 度更低，终凝时间长，待凝时间应更长一些( 3 6 h ) ，一般应在 3 6 h后开始钻凿接头孔为好。为了 便于开子 L ，开正孔 ，在塑性混凝土初凝之初混凝土 不再流动时 ，提前人工挖出一个深 1 m左右的导向 孔。开始钻凿接头时顺导向孔间断冲击钻进 ，待钻 头完全进入混凝土后方可连续 冲击。 ( 2 )严格控制孔斜。 规范 要求 ：钻劈法施工 时接头孔孔斜率不得大于 4 ；套接孔的2 次孔位 中心在任何一深度的偏差值 ，不得大于设计墙厚 的 1 1 3 。严格控 制一期 槽端 孔孔斜 ，力 争孔斜 最 小。 二期槽端孔开孑 L 前要了解清楚一期槽端孔孔型、孔 斜情况，根据一期槽端孔具体情况调整第 2 次开孔 中心 ；严格控制第 2次孔斜率，并力争使第 2次孑 L 斜方向同原孔斜方向一致。这样接头孔偏斜较小处 混凝土搭接厚度大，反之搭接厚度小。 3 2 2 避免一期槽混凝土端头贴泥 接头孔形成后 ，在劈打二期槽副孔时，注意不 要将劈落下的粘土贴在一期槽混凝土接头上 ，特别 是接头孔的下部。要经常清掏接头孔 内的泥渣 ，经 常检查孔斜变化情况 ，发现孔斜异常后要及时予 以 纠正 。 3 2 3 混凝土接头的刷洗 接头孔刷 洗好坏对槽段结合 紧密程度 至关 重 要。 规范 要求二期槽孔清孔换浆结束前， 应清除 接头端壁上 的泥皮 ，清泥皮宜用钢丝刷钻头分段刷 洗 ，合格条件是 ：刷子钻头基本上不带泥屑 ，孔底 淤积不再增加 ，这是最低要求。中国华水水电开发 总公司、中国水电基础局在 规范 的基础上 ，针对 每个工程情况编写了施工细则 ，对关键工序又作了 更详细 、具体的要求。如规定刷子质量不小于 1 t ； 刷子钻头刷毛高度不少于 1 1 1 1 ，并从钻头最低部焊 起，避免墙体底部漏刷。吊系刷子的钻机靠近被刷 混凝土端头摆放 ，使刷子钻头紧贴被刷混凝土面 ， 提拉刷子钻头上下刷洗接头时有摩擦感。当孔深大 于 3 0 m，要从 上至下分段刷洗 ，相连段刷洗搭 接 长度不应小于 5 m等等。 3 2 4 混凝土浇筑措施 混凝土防渗墙浆下直升导管法浇筑混凝土时应 注意 ：槽孔完成后采用优质泥浆进行清孔换浆 ；清 孔换浆合格后 ，及时浇筑混凝土 ；尽量缩短混凝土 导管同一期混凝土面距离 ，保持混凝土强有力的扩 散能量 ，使一 、二期混凝土 紧密结合 ；使用和易 性、流动性 比较好的混凝土 ，加快混凝土的浇筑速 度 ，保持混凝土浆 下正常扩散 ，混凝土面均匀上 升；严禁从导管外向槽内散落混凝土或水泥砂浆等 杂物 ，避免槽 内出现絮凝物，影响一 、二期槽混凝 土结合和降低整个墙体质量 。 规范 根据多道混凝土防渗墙经验与教训，总 结出混凝 土面上升速度 宜控制在 26 n g h为好 ， 并均匀上升，高差不大于0 5 m，特别是相邻测点 之间高差要求应小于 0 5 m ，最低点不出现在槽孔 端点。浇筑全过程始终保持槽 内泥浆不污染 ，没有 絮凝物产生 。如混凝土浇筑到后期发现槽内泥浆变 稠 ，甚至有类似 “ 棉絮”的团块 ，可用水稀释槽内 泥浆， 并加速排出槽外， 切忌絮凝物靠近混凝土端 头 ，避免将此物夹在接缝 内，增大夹泥厚度。 4 结语 ( 1 )混凝土防渗墙墙段连接处接头是整道 防渗墙抗渗能力最薄弱的部位 ，是 渗漏 的多发处。 如果接头处处理得好 ，接头部位防渗能力会大大提 高。 ( 2 )设计混凝土防渗墙时 ，要将接头缝对整体 防渗墙防渗能力削弱 的因素考虑进去 ，合理选择墙 体厚度 、混凝土抗渗标号 ( 或渗透系数) 等要素。 混凝土防渗墙 ，属于隐蔽工程 ，施工人员不仅 需要有熟练的技术 、丰富的经验 ，更重要 的是应有 良好 的素质和朴实的施工作风。 参考文献 1 刘杰 土 的渗透稳定 与渗 流控制 M 北京 ： 水利 电力 出版社 ， 1 9 9 2 作者简介 张玉飞 男 工程师 云南润滇工程技术咨询有限公司 云 南昆明6 5 0 2 2 4 李杰男 工程师 中国华水水电开发总公 司 北京 1 0 0 0 5 9 范佳 男 助理工程师 中国华水水电开发总公司 北京 1 0 0 0 5 9 ( 收稿 日期2 0 1 0 0 8 3 1 )