混凝土防渗墙技术在水利工程中的应用及前景

2022-09-10

混凝土防渗墙技术, 在我国的水利工程的发展己经有几十年历史了, 目前已经开发出多种混凝土防渗墙新技术, 如射水法、锯槽法、抓取法等, 适应了堤防加固防渗工程的需要。另外, 混凝土防渗墙技术在水库的消险加固及防渗方面也得到广泛应用, 且取得了良好的效益。

1 防渗墙施工工艺简述

1.1 工艺简述

众所周知, 混凝土防渗墙施工离不开钻孔机械设备。钢绳冲击钻机, 利用钻头反复冲击破碎地层表面, 直至地层碎屑被破碎到可以用泥浆悬浮为止, 通过抽砂筒将其碎屑排出。冲击式反循环钻机, 利用泵吸来进行连续出渣, 避免了钻机的钻头反复破碎地层颗粒, 从而提高了工效, 但仍需有泥浆净化机配套才可进行分离钻渣。而抓斗挖槽机, 则完全利用它的斗齿来破碎土层, 从而直接抓出渣土, 避免了以泥浆作为工程介质。

1.2 造孔方式比较

(1) 钻劈法, 普遍适用于一般砂卵石性地层。墙轴线的相邻两个槽段, 使用钢绳冲击钻机或冲击式反循环钻机, 分一、二期 (或者说是前、后期) 分批进行施工, 按照主、副关系进行钻孔, 相邻两个主孔钻进去有一定深度之后, 再钻劈副孔, 然后再存接钻劈下来的石渣, 将其提出孔外。

(2) 钻抓法, 适用于紧密的地层中挖较深的槽孔, 采用冲击钻和抓斗法联合进行施工, 在石层及基岩上用冲击钻钻主孔, 用抓斗来抓掘相邻两个主孔之间的副孔。根据所挖槽孔的尺寸大小, 通常可采用两钻一抓或者是三钻两抓。

(3) 抓取法, 适用于砂卵石层或是粉土层中修建混凝土防渗墙, 采用抓斗法直接挖掘槽孔, 这一方法可大大地提高工效。

1.3 其他的关键工序

(1) 导墙。

混凝土防渗墙的每一段槽段的施工周期由于比较短, 所以尽可能使用可重复使用的钢结构导墙, 导墙断面一般为高×宽=50cm×30cm的矩形, 这样可大大降低工程成本。

(2) 墙体材料。

通常情况下, 一般选用一级配塑性墙体材料作为混凝土防渗墙的墙体材料, 这种材料的强度和变形模量都比较小, 渗透系数小, 适应变形能力强, 抗渗性能较好。

(3) 防渗墙的连接。

防渗墙的连接工程上一般采用“接头管法”, 如何正确把握住接头管的起拔时间, 是防渗墙的连接的关键所在, 接头管起拔时间通常应在混凝土初凝之前就要进行。通过试验来准确对接头管最佳起拔时间进行选择, 除了要参考混凝土初凝时间之外, 还要综合考虑当地气温湿度、混凝土的配比、接头管的埋深等因素。另外, 起拔接头管时所形成的接头气孔, 为防止造成混凝土及其覆盖层的坍塌, 必须及时充填泥浆等工程介质。

2 混凝土防渗墙施工技术应用

2.1 混凝土超薄防渗墙施工技术

混凝土超薄防渗墙施工之前, 一般要先要向导向孔内灌入泥浆, 泥浆水平面保持在低于导墙面30cm左右。工程中所用泥浆通常用膨润土和烧碱进行配制, 黏粒含量大于50, 塑性指数大于20, 含砂量小于5, Si O2与Al2O3含量的比值约3左右。

混凝土超薄防渗墙施工工艺特点如下。

(1) “两钻一抓法”成槽:原理如上述钻孔工艺所述, 抓斗沿导墙边挖土成槽。槽内清底排渣时, 抓斗伸入孔底, 直接将孔底残留物以同体方式排出槽孔外。其中很关键的一点, 为防止孔壁坍塌, 挖槽过程中不可让孔内的泥浆脱离之前灌入水平线范围, 应在工程过程中及时补充孔内新鲜泥浆, 从而维持孔内泥浆侧压力防止塌方。并定时检测孔内泥浆性能指标, 若发现指标参数异常应立即进行调整。

(2) 防渗墙接头采用在管上抹油、裹膜的新工艺:防渗墙的接头管采用直径330mm、壁厚100mm的焊接管, 成槽之后, 为了减小管壁与混凝土之间的摩擦力, 事先要在接头管的管壁抹上润滑油, 表面裹上塑料薄膜, 然后才将接头管铺入到所指定深度。

2.2 塑性混凝土防渗墙施工技术

近年来, 在水库除险加固工程中防渗墙得到了广泛的采用。塑性混凝土防渗墙施工技术, 采用一种含有大量的粘土或是膨润土在内的新型墙体材料, 很大程度上改善了普通防渗墙墙体的很多物理特性的不足, 新的墙体材料弹性模量低、适应土石坝的变形需要、具有一定的抗压能力、应力状态较好、防渗性能较强、节约水泥等等。

塑性混凝土防渗墙的施工过程如下。

(1) 导向槽及施工平台准备:导向槽的宽度一般大于设计防渗墙宽十几厘米, 深度取决于工程中上部土层而定, 导向槽采用钢筋混凝土做材料, 保证与防渗墙之间中心线一致看齐, 从而能够对造孔浇筑进行导向以及支撑住上部孔壁。

(2) 造孔:造孔是塑性混凝土防渗墙施工的一道重要工序, 为了有利于施工更快速、安全的进行, 槽孔的划分要依照预先已经划分好的槽孔来进行, 从而尽量减少墙段的接头。

(3) 泥浆护壁及混凝土浇筑。

2.3 冲切成槽建造薄壁混凝土防渗墙技术

在冲击成槽建造混凝土防渗墙技术的基础之上, 钻孔的圆钻头换成扁钻头, 抽砂筒排渣换成泥浆循环系统, 并对某些工艺加以改进, 从而形成了冲切成槽法这一种新型的薄壁防渗墙施工技术。与通常的防渗墙施工不同, 采用冲切成槽法对混凝土防渗墙进行施工, 对泥浆的循环要求更高。施工过程需安装正、反两循环系统抽吸, 其中气举反循环装置一般采用2.6m3/min的空压机供风。为便于较为快速地排出粗大颗粒, 提高冲切速度, 出浆管采用管径较大的套管。防渗墙接头时, 在下接头管的表面涂抹脱模剂, 以保证接头钢管外壁的绝对光滑。

3 研究与发展前景

根据水利工程建设现状及发展的要求, 本人认为, 混凝土防渗墙施工技术主要发展方向有以下几点。

(1) 提高墙体深度:在某些堤防工程中, 有些地层要求墙体能够深入30m以下, 但现有的施工设备的实际应用都大多数限制了墙体的施工环境及墙体深度, 因此, 今后的研究重点将放在开发研制出对墙体深度不限, 并可以适应任何不同施工环境的的防渗墙施工设备。

(2) 低成本、高质量:参照以往的堤防工程实例, 普遍都因为技术及设备落后等原因, 使墙体普遍偏厚, 从而使得所需水泥量也偏多, 提高了工程成本。因此, 必须设计开发出超薄连续的防渗墙施工技术及设备。

(3) 施工现场布置紧凑化, 过程简单化:堤防工程建设的特殊性, 决定了在施工过程中施工现场场面铺设不宜过大, 而且必须尽量缩短施工工期, 使施工过程简单。

4 结语

我国水能资源开发程度仅为15%左右, 远远低于发达国家水平, 且水资源分布很不平衡。随着国民经济的快速发展, 水利建设、水能资源开发都面临着极大的机遇和挑战。我国的城市化进程任重道远, 老城改造、新城建设、交通问题、环保工程等等, 都需要建设大量的混凝土防渗墙。可见, 混凝土防渗墙技术有着广泛的市场需求, 发展前景十分看好。

摘要：随着水利事业的迅猛发展, 混凝土防渗墙技术因自身特性在水利工程防渗加固中得到了广泛应用, 本文将综述近年常用的混凝土防渗墙技术, 同时也展望了未来发展前景。

关键词：混凝土防渗墙,施工技术,前景