第3篇第04讲 水利水电工程“四新”技术应用案例（四）
六、预应力锚杆在小湾水电工程不良地质地下洞室开挖中的使用
（一）预应力锚杆使用条件
地下工程“新奥法”施工方法要求地下洞室开挖过程中，尽量保证开挖岩体的完整，应适当地控制岩石变形，适时进行支护，充分利用围岩的自稳能力。预应力锚杆能快速的对岩体提供锚固力，并对已发生变形的围岩适当予以变形补偿，并避免由于锚喷支护不及时造成围岩失稳。
小湾水电站施工过程中，预应力锚杆主要有以下四种用途：
（1）对隧洞开口位置进行锁口支护。隧洞开口前，在洞室轮廓线外层布置预应力锁口锚杆，隧洞进洞后在洞口附近布置径向预应力锁口锚杆，以对洞口处岩体进行预先加固和及时锚固尽量保证洞口处围岩的完整性，同时改善洞口处岩体的受力条件。
（2）对地下厂房岩壁吊车梁岩台进行及时锚固。地下厂房岩壁吊车梁岩台开挖后24小时内，打设3排Φ32，L=4.5m，间距1m的预应力锚杆结合系统锚喷支护对岩台进行锚固，防止岩台因应力过度释放造成岩体松动降低岩台的受力能力。
（3）对洞室开挖揭露出来的松散破碎岩体施加预应力进行锚固。对相邻洞室之间岩墙破碎部位布置预应力锚杆，如：厂房Ⅶ、Ⅷ开挖时机组尾水管间岩柱两侧开挖施工是先后进行的，原设计布设在岩柱上的1000kN对穿锚索（L=10.5m）需在两侧开挖结束后方可施工，为保证岩柱在爆破开挖时的稳定，同时加快施工进度，取消岩柱上的对穿锚索和系统锚杆，采用岩柱两侧打设125kN级预应力搭接锚杆替代，锚杆参数：Φ*******×1.5m，L=9m ，梅花型交错布置。
（4）对边坡破面施加预应力锚固。
（二）预应力锚杆的类型及施工工艺流程
预应力锚杆采用Ⅱ、Ⅲ级钢筋制成，施加预应力以提供所需的主动支护力的锚杆，又可分为树脂预应力锚杆和水泥卷式预应力锚杆。树脂预应力锚杆为锚固段采用树脂，张拉段采用缓凝型水泥卷。水泥卷式预应力锚杆为锚固段采用速凝型水泥卷，张拉段采用缓凝型水泥卷。
小湾水电工程多采用Ф32，L＝9m，125KN级预应力锚杆。设计一般要求杆材采用HRB335钢筋，预应力锚杆内锚固段长2.5m，孔径不小于50mm；内锚固段及张拉段锚固材料等级不低于M25。锚垫板规格：Q235，250 mm×250 mm×10 mm。在施工过程中，锚杆、垫板、垫圈按照设计要求在加工厂制作成型。锚杆杆体采用无锈、顺直的整根钢筋加工，不得采用焊接。杆体端部的丝扣按设计要求加工，加工好的杆体按规范要求进行检查验收，验收合格的杆体，螺（母）帽从专业厂家购买并应用于本工程，螺母必须与杆体丝牙配套。锚固剂所用材料应具有出厂证明书，符合国家标准，并按材料报验程序，经检查验收通过后方可使用。
预应力锚杆的施工程序为：首先根据设计图纸上预应力锚杆的桩号、间排距放好锚杆孔位，并用红油漆做好标识；钻手根据测量放好的孔位按设计要求进行施钻；钻孔到达设计要求后用高压水清洗钻孔；验收合格后安装水泥卷、安插锚杆。锚杆安装时，一起连垫板、垫圈和螺帽带上；在缓凝水泥初凝前、速凝水泥强度（含垫板后找平速凝水泥卷）达到20MPa后调整托板、垫圈，张拉和锁定锚杆。
其施工工艺流程为：
施工准备→测量放点→造孔→清孔→孔口砂浆找平→验孔→装速凝水泥卷→装缓凝水泥卷→安插锚杆→待凝→张拉锁定→验收评定→结束。
（三） 预应力锚杆的施工质量控制
（1）基面处理
预应力锚杆安装前，应对基面进行处理，清除松动岩块并将岩面清理干净。
（2）施工风、水、电、照明和道路
施工时分别从就近的系统供风、水、电阀门（接线盒）接管（线）。
（3）测量放线
测量人员根据设计图纸进行放线：a.放出支护区域的起桩号和基准高程，要求桩号每隔5m做一个标记，根据需要，部分洞段桩号可适当加密。b.按图纸支护参数进行锚杆孔位放样，并用红漆做好标识。
（4）造孔
小湾水电工程锚杆钻孔多采用BOOMER-353E三臂凿岩台车钻孔，选用Φ56mm球齿合金钻头，钻孔角度根据洞室的结构形式和锚杆所处的部位，一般情况下垂直岩面或略向上仰，顶拱部位的锚杆孔造孔时一定要控制在径向方向与岩面垂直。
施钻时钻头要对准岩壁上锚杆孔位标识下钻，最大偏差不得大于100mm，开孔应用小功率缓慢钻进，钻进约500mm后，校正钻孔方向，全功率钻进。钻孔深度可根据钻杆长度的标识控制，要求钻孔深度不能小于杆体设计长度，并不大于锚杆的效长度的30mm。
（5）洗孔
利用BOOMER-353E三臂凿岩台车钻孔，可一边钻孔一边洗孔。当孔内不再有浊水流出时，结束冲洗。若采用其他设备钻孔，则采用高压水或高压风将孔内杂物清洗干净。
（6）钻孔检查与验收
钻孔清洗完毕，进行孔位编号，以分清不同孔深及张拉参数的锚杆施工。编号后对各孔的实际孔径、孔深、孔位、孔向和孔洁净度进行检查，填好检查记录表。验收合格后用干净的水泥纸或其它物品将孔口盖好。
（7）装速凝剂
水泥卷式预应力锚杆，安装速凝水泥卷前，安装人员先用杆体试探钻孔的深度，并做出标记，根据设计内锚固段长度和钻孔孔径，根据体积计算并结合现场试验得出水泥卷用量。水泥卷入孔前应根据所选用的水泥卷出厂使用说明书用清水浸泡（40～120s），然后将水泥卷装入专用的水泥卷喷射枪，最后将喷枪送至孔内预定位置，抠动扳机，将水泥卷均匀打入孔内，在注入水泥卷时，喷枪喷管按水泥打入速度均匀退出。速凝药卷的浸泡时间、速凝药卷的每孔用量、安装时间等均详细记录。
（8）装缓凝水泥卷
与速凝水泥卷安装一样，先用体积法计算出水泥卷用量。然后按所选用的水泥卷出厂使用说明书用清水浸泡，浸泡40～120s完毕后，用喷枪将水泥输送至孔底。
（9）安插杆体、搅拌水泥卷
缓凝水泥卷装完后，开始安插锚杆体。锚杆安装采用人工安装，采用锚杆平台车或其它登高设备，将杆体缓慢推至设计位置。推进时，缓慢转动杆体。为了防止浆液流失，孔口应密封保护。
杆体送至设计位置时，停止推送，然后用木楔临时固定杆体。锚杆体必须在速凝前安装到位。
（10）安装托板、垫圈（球形垫）和螺帽
速凝水泥初凝后，开始安装锚杆托板、垫圈和螺帽，并调整托板位置使之与锚杆由轴线垂直。若岩面采用球形垫也难以调平螺母与球形垫板平行，可用采用适量速凝药卷垫平。当速水泥卷达到10MPa强度（约47～50min后）适当拧紧螺帽（扭力约100N?M），预紧固定托板，准备完全终凝后（6～8小时）张拉。
对于采用树脂卷端头锚固的锚杆，应采用设计文件规定的树脂卷。树脂卷应存放在阴凉、干燥和温度在+5～+25℃之间的防火仓库内。过期和变质的树脂卷不得使用。锚杆安装前，应先用杆体量测孔深并做出标记，然后用锚杆杆体将树脂卷送至孔底。搅拌树脂时应缓慢推进锚杆杆体，并按厂家产品说明书规定的搅拌时间连续搅拌。树脂搅拌完毕后，应立即在孔口处将锚杆临时固定，搅拌完毕至少15分钟待树脂完全凝固后安装好垫板。
（11）张拉锁定
锚杆的张拉锁定应在缓凝水泥初凝前、速凝水泥强度（含垫板后找平水泥卷）达到20MPa后调整托板、垫圈，张拉和锁定锚杆，根据选用的水泥卷初、终凝时间，张拉时段在装入速凝药卷后6h～8h之间，张拉采用扭力扳手加载。扭力扳手采用厂家生产配套工具，根据率定结果不同的刻度对应不同的张拉力。张拉过程中应始终保持锚杆轴向受力。
预应力锚杆孔孔深不应该小于杆体的有效长度，且不应大于杆体有效长度30mm；锚杆张拉应进行原位试验，以确定合理的张拉工艺，验证张拉指标，避免强行张拉；锚杆张拉时机应在速凝剂形成强度之后和缓凝剂凝固之前，具体时间根据出厂说明书通过现场试验确定，施工过程中严格控制；对每一个锚杆孔均进行编号，确保每一个锚杆均能够按照规定的施工程序进行施工。
（四）预应力锚杆锚固效果分析
预应力锚杆在小湾水电站地下工程施工及边坡锚固过程中得到了广泛的应用，其对岩体快速锚固并施加预应力的功能，对保持岩体稳定，减少开挖后岩体应力释放对围岩强度造成的破坏起到了很好地使用效果，有效的减少了锚喷支护时间，加快了施工进度。
七、在钢衬底部回填施工中采用自密实混凝土
（一）使用自密实混凝土回填钢衬底部的目的
小湾水电站引水发电系统采用单机单管引水方式，6台机组布置6条引水压力管道，并分别通过121m长的竖井连接上下弯段，竖井段与下平段连接的下弯段半径为22m，角度为90°，上部60°范围内全断面采用混凝土衬砌，下部30°范围为钢衬砌，下弯段至厂房蜗壳的下平段采用钢衬砌。钢衬段开挖断面均为圆形断面，断面直径为10.3m，一期支护后断面直径为10.0m。钢衬起点（厂横0-051.00桩号）至厂横0-037.00桩号直径为8.5m，厂横0-037.00桩号至厂横0-021.00桩号直径从8.5m渐变为6.5m，厂横0-021.00桩号至厂横0-010.00桩号直径为6.5m。钢衬段混凝土采用钢筋混凝土衬砌，下部120°采用高流态自密式混凝土衬砌，上部240°采用C20普通混凝土衬砌，混凝土衬砌厚度从75cm渐变为175cm。钢衬段厂横0-051.00桩号至厂横0-021.00桩号采用E型和F型钢筋布置，断面布置Φ28双层环向主筋，Φ16单层纵向分布筋；厂横0-021.00桩号至厂横0-011.00桩号采用G型钢筋布置，断面布置Φ28单层环向主筋，Φ16单层纵向分布筋。
由于压力钢管道的底拱120°衬砌段较平缓，采用常态混凝土浇筑，随着混凝土浇筑高度的增加，施工空间减小，不便于混凝土的振捣，并且难以排除混凝土中的气体，致使钢衬段底部混凝土浇筑难以饱满、密实。因此，为确保小湾引水发电系统压力钢管下部混凝土浇筑饱满密实，钢衬段混凝土底部120°范围采用高流态自密实混凝土浇筑，上部拱240°范围采用C20常态混凝土浇筑。自密实混凝土施工不需要机械振捣，而是依靠自身的重量使混凝土达到密实，且自密实混凝土的流动度高，骨料粒径小。
（二）自密式混凝土工艺性试验情况
1.室内自密实混凝土试验
自密实混凝土施工在小湾水电站尚属首例,为此要求进行自密实混凝土施工现场的模拟试验。试验模型按压力钢管底拱120°回填范围1∶1进行试验，试验目的在于考察混凝土拌合物各项指标对成型以后混凝土的影响、混凝土配合比的合理性、混凝土填充效果等，并总结施工工艺，为下一步大规模自密实混凝土施工提供一套科学的施工方法及合理的施工配合比。
原材料：水泥采用滇西水泥厂生产的“上登牌”中热水泥，强度等级42.5级；粉煤灰选用宣威电厂生产Ⅰ级粉煤灰；减水剂选用江苏省建筑科学院江苏博特新材料有限公司生产的 JM-PCA高分子减水剂；引气剂选用北京利力公司生产的 FS引气剂；骨料采用小湾右砂系统生产的机制砂和机制碎石；水采用室内拌和用水。
通过室内自密式混凝土试验，得出如下结论：胶凝材料用量偏少，混凝土拌和物较粗糙，浆液富余较少，拌和物抗离析性差；胶凝材料用量过高，混凝土拌和物抗离析性和粘聚性好，但是流动性相对较差，对于密集配筋条件下施工不利。
从试验结果参照规范，混凝土出机口拌和物指标按照如下控制：高流态混凝土拌和物塌落扩展度：650mm≤sf≤750mm； T500流动时间：2s≤T500≤5s 。
2.自密实混凝土拌合物性能检测
（1）经对自密实混凝土配合比多次研究调整并测得的混凝土拌合物性能见表3-9-9。
表3-9-9 自密实混凝土拌和物性能检验成果
水胶比
总胶凝材料kg/m3
粉煤灰掺量%
减水剂掺量%
引气剂掺量×10-4
扩展度mm
L仪试验（H2/H1）%
7天抗压强度
MPa
室内
现场
室内
现场
室内
现场
0.38
472
35
0.9
0.7
620
620
92
98.9
23.3
36.1
0.36
458
35
0.9
0.6
605
/
/
/
23.8
38.6
注：L型仪试验结果为98.9%，即是指混凝土拌合物停止流动以后，通过L型仪的拌合物高度H2与未通过L型仪的拌合物高度H1的比值。《自密实混凝土设计与施工指南》（CCES02-2004）（以下简称《指南》）要求不小于80%。
（2）现场试验扩展度检测：一级配自密实混凝土扩展度出机口为630～660，施工现场为510～670，出机口T500检测为5s；二级配自密实混凝土扩展度出机口为680，施工现场为560～650。
（3）钻芯取样：一级配、二级配自密实混凝土钻芯情况分别见表3-9-10、表3-9-11。
表3-9-10 一级配自密实混凝土芯样检查
芯样一
芯样二
芯样三
芯样四
骨料分布均匀，成形密实，表面浮浆层厚10mm，最大气孔直径4mm。取样部位为底拱中部。
骨料分布均匀，成形密实，表面浮浆层厚不明显，周边气孔较少，最大气孔直径3mm。取样部位为第一次浇筑部位的侧面
骨料分布均匀，成形密实，表面浮浆层厚不明显，周边光滑，无大气孔。第二次浇筑部位侧面。
骨料分布均匀，成形密实，表面浮浆层厚30mm，有少许直径为1mm的气孔。顶面。
表3-9-11 二级配自密实混凝土芯样检查
芯样一
芯样二
芯样三
骨料分布均匀，成形密实，表面浮浆层厚30mm，且疏松，有稍许细小气孔。周边光滑取样部位为顶面。
骨料分布均匀，成形密实，表面浮浆层厚不明显，周边光滑。取样部位为立面较高位置。
骨料分布均匀，成形密实，表面浮浆层厚不明显，周边较光滑，最大气孔直径3mm。取样部位为立面较低位置。
（4）拆模后表面情况及分析：拆模以后整体成型较好；底拱顶面部位，混凝土表面局部因泌水出现波纹状，同时混凝土难以排气导致表面有少量气孔；几个侧面外观较光滑，甚至比振捣过的常态混凝土效果更好
3.自密实混凝土原型试验总结
1）混凝土拌合物严格按照配合比执行，但是出机口检测混凝土拌合物各项指标与试验室所得到的结果差异较大；运输到仓面的混凝土塌落扩展度与出机口及L仪试验检测结果均较出机口好，塌落扩展度甚至有超出出机口所测得结果，分析原因：混凝土运输过程中不断搅拌，减水剂得到充分分散。
2）混凝土7天抗压强度达到36.1MPa，已经满足了设计要求，且有一定的富裕度，室内试验同样已经证实了振捣成形与自密实成形的混凝土在强度上无质的差异；本次试验再次证实了未经振捣，仅依靠混凝土自重成型的混凝土时可以满足设计要求的。
3）从芯样看，钻芯得到的芯样整体情况较好，骨料分部均匀，未出现分离现象，浆液包裹骨料充分，整体浇筑密实。对于芯样表面出现的气孔，通过调整引气剂掺量，加快入仓速度、连续浇筑等手段是可以尽量避免的。
4）混凝土拌合过程中有一定的波动，具体表现为：出机口混凝土塌落扩展度时大时小，出机口混凝土和运到仓面的混凝土都不能保证砂浆包裹骨料一起流动。
5）一级配浇筑后表面有浮浆，成因为砂浆浮起，强度较高；二级配混凝土浇筑过程中保证了连续性，内部密实性好于一级配，但是表面有一层浮浆，疏松多孔，无强度。产生这种现象的原因为粉煤灰悬浮于气泡上。
6）通过现场浇筑结果和各项指标检验情况，认为混凝土塌落扩展度大，浆液流动性虽好，但是浆液包裹骨料流动有限，特别是二级配，易造成表面浮浆。扩展度小，包裹性好，但是混凝土流动性差。
7）总体浇筑成型良好，但一级配优于二级配。
（三）自密式混凝土施工工艺及效果分析
采用6m3搅拌运车运输至钢衬段各工作面后，底拱高流态自密实混凝土浇筑采用溜管引至浇筑面入仓，并在浇筑过程中有目的的使钢管二侧自密实混凝土面呈现一边稍高的形态，促使其在钢衬底部形成流动，从而使钢衬底部浇筑饱满。
根据现场浇筑情况看，混凝土流动性较好，整个仓面在无需振捣，完全靠混凝土自重情况下，就能处于水平状态；在底部模板完全覆盖之后，Ⅰ级配自密实混凝土在一侧下料时，能从模板底部流向另一侧，像水在连通器中一样。自密实混凝土保水性较好，泌水较少，但上浮力较大，初凝时间比常态混凝土长得多。
施工中的注意事项：（1）由于高流态自密实混凝土塌落扩展度宜为600～650mm，泵送混凝土入仓容易造成泵管堵塞，宜采用溜筒（管或槽）入仓。（2）自密实混凝土采用搅拌车运输时，应尽量缩短混凝土从机口到入仓的运输时间，以使混凝土尽量保持原有的流动性、均匀性及塌落扩散度，为此，对浇筑高流态混凝土应加强协调，控制运输时间。（3）满足高流态自密实混凝土水平方向流动距离，确保混凝土充分填充到各个角落，宜采用一级配自密实混凝土施工。同时需要控制混凝土的浇筑强度，一般应根据仓面体积计算混凝土入仓强度。
自密式混凝土施工筑过程中及浇筑后24小时内，采用小铁锤敲击钢管探听回音，通过声音判断压力钢管内混凝土的密实度情况，检查证实钢衬砌段回填混凝土在浇筑过程中回填饱满。通过对混凝土浇筑7天后的1#压力管道钢衬段回填混凝土干缩脱空情况进行检查和统计，本次检查范围为底拱80°（即是高流态自密式混凝土回填部位），检查发现钢衬段回填是否混凝土在靠近底拱轴线部位有局部出现干缩脱空现象。
钢衬底部自密实混凝土干缩脱空初步分析：（1）自密实混凝土胶凝材料用量大，混凝土中气体在压力钢管底部附着而难以排除。（2）自密实混凝土在一侧下料时，富裕浆液附着在压力钢管底部加肋环二侧，未能排除，在混凝土终凝后干缩所致。待各压力钢管回填混凝土龄期达180天后，监理将组织对钢衬底部存在的脱空进行彻底调查，分析其所占据的面积比、连通情况以及收缩率与收缩量，组织设计单位进行论证是否需采取其它措施处理。
[案例3-9] 点评
本案例系统地介绍了小湾水电工程建设过程中，应用新技术、新工艺、新材料以及新设备，对提高工程施工质量、加快施工进度、降低施工成本起到的积极作用。
事实上，我国广大水利水电建设者在工程实践中研究了许多新材料，发明了一些新技术，探索了一些施工新工艺，制造或引进了部分新设备。总结推广这些“四新”成果，对促进水利水电工程的建设具有重要意义。作为水利水电工程监理人员，必须学习新技术，掌握新工艺，熟悉新材料，了解新设备，尤其是要了解新成果在工程建设中的关键技术环节，才能进一步提高自身的监理业务能力与工作水平。
水泥灌浆施工中，当采用按有效灌入的干水泥重量计量支付的方法时，做好灌浆支付计量控制则是监理机构的重要工作。承包人应将用于灌浆质量及工程计量记录的灌浆自动记录仪送当地政府质量检验和计量部门进行率定或校准，并保持此种率定或校准部有效性。与此同时，监理机构还应通过现场检测对灌浆自动记录仪的记录成果进行验证。鉴于目前市场采购环境的复杂性，为加强灌浆质量及工程计量控制，有的工程还规定，用于灌浆质量及工程计量记录的仪器由业主统一采购和外送率定或校准。
案例3-10 长江重要堤防隐蔽工程薄防渗墙施工质量控制
一、长江重要堤防隐蔽工程简况
长江重要堤防隐蔽工程包括长江一、二级堤防和重要堤防工程的穿堤建筑物、基础加固和防渗处理、抛石固基等，工程施工难度大、技术要求高。长江重要堤防隐蔽工程实施项目分护岸工程、防渗工程和穿堤建筑物。实施项目岸线长度近1000km，共28个项目，涉及长江中下游的湖北、湖南、江西和安微四省。其中，长江干堤工程（内含5座涵闸）17项，支流重要堤防隐蔽工程2项，河势控制工程8项，以及涵闸工程1项。至2002年汛前，累计完成堤身防渗加固373.0 km，加固涵闸6座；完成土方3108.7万m3，石方2137.0万m3，混凝土60.0万m3，防渗墙419.0万m3。
长江重要堤防隐蔽工程作为长江防洪工程建设的重点，是一个全面规划、突出重点的系统工程，所采用的工程施工技术及措施成功借鉴了国内外成熟的经验。在实施过程中，采用、改进、推广了新技术和新设备、新材料、新工艺。如护岸工程采用的铰链混凝土沉排、模袋砂软体沉排、模袋混凝土沉排等；防渗墙工程采用的多头搅拌桩机成墙、薄壁液压抓斗成槽、射水和锯槽法成槽、气举反循环成槽、振动切槽或振动沉模造墙等新技术。
二、薄防渗墙在堤防中的运用
薄防渗墙（20～30cm）是近几年为适应堤防建设而逐步发展起来的一项新技术，长江重要堤防隐蔽工程推广使用了这项新技术并在实践中促进了新技术的发展。
（一）搅拌成墙工法
搅拌成墙工法是用单头、双头、多头等搅拌机具将被加固土层与注入的水泥浆一起搅拌，使土体固结成水泥土桩，桩与桩搭接形成水泥土防渗墙。该工法施工简便、快捷，造价较低，广泛运用于施工深度在15m以内的粘土、壤土和砂土层加固中。其进浆、搅拌成墙过程基本实现了自动记录。其中多头小口径深层搅拌法是国内研制出的一种设备简单、成墙可靠、工效高、单价低的新技术，在隐蔽工程的应用过程中，造墙深已由13m加深到20m，其造墙设备已从各自独立的3头发展到6头联动，提高了墙体的完整性。因而，在长江重要堤防防渗墙施工中广泛采用。搅拌工法施工的水泥土防渗墙在防渗墙工程中占2/3以上，成墙面积近300万㎡。
（二）置换成墙工法
置换成墙工法利用机械在被加固土层中开槽，并填充具有防渗能力的材料，从而形成一道连续的防渗墙。开槽方式包括薄抓斗成槽、振动切槽、锯槽、射水、链斗、气举反循环成槽等多种工法。这类工法是置换出槽中的土，借助泥浆护壁形成槽孔，再用导管法浇注塑性混凝土防渗墙。这类工法的施工过程便于检测，成槽质量和塑性混凝土浇注质量有保证，墙体连续性好，应用于粘土、壤土、砂土，甚至应用于卵石层，最大成墙深度达到30～60m，是堤防防渗处理的主要工法之一。
（三）高压喷浆成墙工法
高压喷浆成墙工法是利用能量高度集中的射流冲切掺搅地层，并将随之带入的水泥浆液与土层中颗粒混合凝结，形成防渗固结体的方法。高压喷浆又分单管、双管和三管法，根据喷浆形式又分为定喷、摆喷和旋喷。定喷运用于粉土和砂土层，摆喷、旋喷运用于粉土、砂土、砾石和卵（碎）石地层。该工法是一项成熟的技术，适用地层范围广，且施工机具较经便，运用于处理地下障碍、施工场地或空间狭小、施工干扰大的堤段。
三、薄防渗墙施工工艺及质量控制要点
（一）深层搅拌桩防渗墙
1.成墙施工工艺
深层搅拌桩是利用水泥或水泥沙浆作为胶凝材料，通过特制的施工机械在地基深处就地将松散土层与注入的水泥浆一起强制搅拌，经物理化学反应硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土桩，桩与桩相割搭接形成厚度和渗透性满足防渗要求的水泥土防渗墙。1999～2000年度堤防工程中所使用的搅拌机主要是单头搅、双头搅、三头搅和“SMW”型，2000～2001年度发展到四头、五头、六头搅拌机，可用于粘土、壤土和砂壤土施工，遇块石、卵石地层时成墙工效显著降低，成墙深度一般在10～20m。
2.施工质量控制要点
水泥土防渗墙施工中，水泥掺入量、注浆量和水泥浆与地基土是否搅拌均匀是决定墙体质量的主要因素。水泥土防渗施工技术控制的重点和难点是桩径、桩体斜率和桩体间的相互搭接、提升和搅拌速度、浆液比重和掺入浆量。
（1）水泥掺入比
水泥渗入比是指水泥在土料中掺入的重量与被加固的土体天然湿重之比。试验证明，水泥土的强度随水泥掺入量增加而提高，当水泥掺入比达到15%时，若搅拌均匀，水泥土强度可达到1.0MPa以上。在长江重要堤防加固工程建设中，考虑各种有利因素影响，规定水泥应采用标号不低于425号的普通硅酸盐水泥，水泥平均掺入比为15%，设计建议水灰比采用0.5～1.0。按上述参数施工后的质量检验表明，墙体单轴湿抗压强度大于1.0MPa，可满足渗透系数≤i×10-6cm/s（1≤i≤3）、抗渗比降大于50的设计要求。
（2）注浆量
深层搅拌桩中的水泥浆注入量，以注入土体中的水泥浆充分填充土层中的孔隙为准，在搅拌施工时，以孔口微泛浆为控制标准。长江重要堤防加固工程，设计要求按50L/min的注入量进行控制。施工过程中，在每台搅拌设备上配备流量自动记录仪以利及时对注浆量进行适当调整。
（3）施工工艺
为保证墙体的均匀性，必须保证有足够的搅拌次数和适当的钻进、提升速度。长江重要堤防加固工程施工程序：首先将搅拌机钻头下沉到设计深度，开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，边喷浆边旋转搅拌，保持提升速度为0.2～1.0m/min；待钻头提出地面后，再次搅拌沉入土中，到设计深度后再注浆搅拌提升至地面（即“四搅两喷”成墙法）。
粘性土粒之间粘结力较砂性土粒之间的粘结力高，容易造成土体成团块随搅拌头旋转，因而粘性土不易搅拌均匀。施工中要求，在粘性土含量较高的地层应适当降低钻进、提升速度，采用合理的注浆压力，以保证水泥浆与加固土体充分搅拌均匀。
另外，须加强钻杆入土过程中的垂直度控制，以防止墙体开叉；加强搅拌桩机移位的准确性控制，施工过程中需加强对搅拌叶片的检查，发现搅拌叶片磨损、脱落时，应及时补焊、修复或更换，防止单元搅拌桩之间的搭接不良或墙厚不够，提高墙体整体性。
（二）薄型抓斗成槽塑性混凝土防渗墙
1.成槽施工工艺
抓斗主机一般采用国产或进口的专用设备，生产厂家有德国的宝娥和利勃海尔、意大利的土力、日本的真砂、中国抚顺挖掘机等。薄型抓斗斗体厚度有0.3 m、0.35 m、0.4 m 、0.45 m 、0.50 m等几种，可满足不同工程对墙厚的要求，斗体开度一般为2.5 m，高度6～7 m，重量5～8t。
按其工作原理可分为液压式和机械式两种。液压式抓斗依靠液压油缸推拉斗蚌在地层中抓挖成槽，合斗力较高，在土砂层中施工效率较高；机械式抓斗依靠钢丝绳与滑轮共同作用推拉斗蚌抓土成槽，结构简单，可进行冲凿作业，适用于卵石和硬岩地基。除与设备本身的性能、工况有关外，影响抓斗成槽效率的主要因素是地层的密实度和硬度。
防渗墙一般分一、二期施工。抓斗成槽可采用纯抓法或钻抓法。纯抓法适用于松软地层，多采用两主孔一副孔的三抓成槽。如地层较密实，为提高成槽效率，可采用钻抓法，即先用回转式钻机或冲击钻钻导孔（主孔），然后用抓斗抓取导孔之间的土体（副孔），多采用三钻两抓或四钻三抓成槽。
薄型抓斗防渗墙墙体深度可达40m，长江重要堤防加固工程实践表明，40m深度以内的防渗墙抓斗施工成槽效率高，对深度超过40m薄防渗墙也可用抓斗成槽。但随深度增加工效大幅降低，且墙段之间连接也需采取特殊方法。
2.施工质量控制要点
（1）泥浆固壁造孔
为维持槽孔稳定，抓挖成槽过程中，应采用泥浆固壁。一般用膨润土制浆，泥浆的密度应满足槽孔稳定要求。造孔泥浆可回收净化后重复使用。
当堤身填土质量较差时，在抓挖成槽过程中，极易产生堤身劈裂和坍塌。对此，可采取以下一项或多项措施处理：①对导向槽下4～6m深的土体采用深搅或粉喷桩处理；②适当减小一期槽孔长度；③采用跳挖法，即同时开挖的一期槽孔之间至少需留出一个一期槽；④适当降低槽内泥浆面高度。对已劈裂的槽孔，可采用回填、灌浆后再挖的方法施工。
（2）清孔换浆
为保证防渗墙浇筑质量，混凝土浇筑前，应通过循环置换槽内泥浆，以清除孔底残渣（或通过抓斗捞取孔底沉渣），同时使槽内泥浆达到混凝土浇筑要求的技术指标。二期槽还应注意对槽孔两端接头的刷洗，以刷子钻头上基本不带泥皮为准。
（3）墙体混凝土浇筑
墙体混凝土浇筑通常采用泥浆下直升导管浇筑法。浇筑过程中，注意做好导管埋深、墙体混凝土上升速度的计算与检查，并做好浇筑过程记录。同时，还应保证混凝土供料满足连续浇筑的入仓强度要求。
（4）墙体连接
混凝土防渗墙的整体防渗效果，除了防渗墙深度应到达设计要求的地层外，在很大程度上取决于一、二期槽孔接头质量。长江重要堤防加固工程薄型抓斗防渗墙墙段连接，最常用的方法是“接头管法”。接头管用满足厚壁要求的无缝钢管制成，应具有足够的强度和刚度，管壁应平滑顺直。拔管力结合浇筑墙深和摩阻力通过计算确定，长江重要堤防加固工程薄型防渗墙墙段拔管设备采用30～50t的履带式起重机或专用液压拨管设备。接头管的起拨时间，应根据施工时的气温结合试验确定，拨管时间过短，影响成孔质量，拨管时间过迟，则影响进度甚至造成铸管事故。
（三）射水法成槽造混凝土防渗墙
1.成槽施工工艺方法
射水法成槽成槽原理是：通过正循环泵抽吸泥浆池内的泥浆，经正循环管至成型器底部喷嘴射出，产生高速泥浆射流，主卷扬机提落成型器产生重力冲击，联合冲切、破碎地层，成型器上下运动进一步修整孔壁；用反循环砂浆泵抽吸孔底渣浆以取得进尺，渣浆在沉淀池沉淀后，流回泥浆池重复利用。成型器的往复运动也具有造浆功能，即在槽口直接向槽内抛入粘土、烧碱等制浆材料，可保持槽内泥浆的良好固壁性能。
射水造墙机一般由正反循环泵组、造槽机、混凝土拌和浇筑机三部分组成。各自安装在独立的平台上，三个平台均用滚轮支承在同一条轨上，钢轨与防渗墙轴线平行布置在墙轴线一侧。设备型号主要有CSF-30型和SQ-30型。
成型器为一规则矩形板，造槽过程中可依靠设备自身的软硬导向确保槽孔垂直度。在成型器上设计了侧向喷嘴和可拆卸的钢丝刷，以便在二期槽造孔过程中对一期墙混凝土端面进行刷洗，而一期槽造孔过程中应关闭侧向喷嘴、拆卸钢丝刷。长江重要堤防加固工程中，成型器宽度一般为2 m。
2.施工质量控制要点
（1）造孔偏斜问题
槽孔的垂直度是保证墙体搭接厚度的关键。通过长江重要堤防加固工程实践，射水法造孔孔斜控制的主要措施是：①夯实作业面，铺平轨道，调校造槽机作业平台使之水平，检查成型器导向门架垂直度、检查天轮、门架及台口导向中心是否处于同一铅垂线上，并固定牢靠；②造槽作业力求精细，操作主卷扬频率、冲程要稳定，放绳恰到好处；③提落成型器过程中，正反循环流量保持稳定并同时工作，使其施加给成型器的力量左右基本对称，进尺应均匀；④发现偏差较大时，应及时纠偏。可采用提起成型器上下往复修整，或在机台口人工反向别钢丝绳，或提出成型器焊接临时扶正器修孔等方法。
（2）松软砂层塌孔孔问题
在松软砂层造孔时单靠射流和成型器自重就可获得较快进尺，但提起成型器后槽孔可能坍塌。控制措施包括：加大泥浆密度、粘度、稳定性；降低射流压力，特别应注意控制二期槽孔侧向射流压力；减小成型器冲击行程，平稳操作，减少机台振动；及时向槽内补浆，提高泥浆面，以增大泥浆的渗透能力和对槽壁的侧向压力；成槽后尽快浇筑防渗墙混凝土等。
（四）振支切槽法造防渗墙
1.成墙施工工艺方法
（1）振动切槽法造墙原理
动力设备是振动锤，在两根轴上各装有偏心块，由偏心块产生偏心力，当两轴相向同速运转时，横向偏心力抵消，竖向偏心力叠加，使振动体系产生垂直往复高频振动。振动体系具有很高的质量和速度，产生强大的冲击动能，将钻杆及钻杆底部的刀片通过振动、挤压沉入土中。同时，高压水、气混合体通过钻杆底部的刀片上的喷嘴高速射出，切削分散土体，形成一个槽孔宽度（墙厚）大于刀片最大厚度的矩形槽孔。钻杆刀片沉入至设计深度后，通过钻杆输浆开始向孔内注浆（水泥浆）直至孔口泛浆，然后提升钻杆，边提升边注浆直到将钻杆、刀片提出孔口，形成一个槽孔板墙。不待浆液初凝，移机连续进行下一个槽孔的钻进、注浆。如此循环，直至防渗墙施工结束。单个槽孔长度一般为0.5～1.0 m。
（2）设备类型。按底盘操作系统可分为：步履式、履带式、滚管式、轨道式几钟。
（3）振动切槽成墙施工技术特点：①施工连续不间断，操作简单，成墙效率率高（20m深的槽孔单个板墙完成时间约为10～20min）；②相邻槽孔板墙在槽内水泥浆未凝固前已形成搭接，接头无明显痕迹，防渗墙整体性较好；③板墙厚度可在一定范围内根据墙厚需要进行调整，一般为8～30㎝。
2.施工质量控制要点
（1）墙体搭接
为保证两槽孔板墙的搭接质量，相邻两槽孔需要重叠10㎝。可以通过机台移位进行准确控制。
（2）浆液配比控制
根据工程需要，可采用水泥浆、水泥砂浆、水泥粘土浆、水泥粘土砂浆等，其配比须满足工程要求的渗透系数、抗压强度、抗渗比降指标。
（五）高喷防渗墙
1.成墙施工工艺
地质钻机造孔，孔径一般为100～150㎜。利用高压灌浆设备在40MPa的压力下，通过同轴管将水、浆、气分别送至喷浆杆底部喷嘴射入地层，边喷浆边旋转边提升，直至全孔喷浆结束。
高喷防渗墙，是在高压水的冲切作用下，使地层土料与水、浆进行强烈搅拌，压气的通入可以增强搅拌效果，最终形成水泥土防渗墙。按旋转角度，可分为定喷、摆喷、旋喷三种。
2.施工质量控制
（1）钻孔间距
孔间距与地层特性、喷射压力有关，孔间距大小应确保相邻孔喷浆后形成有效搭接。布孔时，孔距应根据地层特性、喷射压力通过生产性试验确定。
（2）提升速度
摆动、提升速度，均可能对防渗墙的整体均匀性造成影响，应通过生产性试验确定并严格控制。
（3）喷射压力
水压力是主要压力源，必须保证达到规定的并通过生产性试验确定的压力值。
（4）浆液水灰比
浆液水灰比应按满足设计要求的渗透系数、抗压强度指标配置浆液。施工过程中随时检查进返浆液比重，并适时调整。
（5）喷浆中断处理
任何情况下喷浆中断，均应在中断部位保证足够的搭接深度，一般为0.5～1.0m。
（六）锯槽机成槽造混凝土防渗墙
由电动机带动大拐臂轮，拐臂轮带动刀杆作往复切割运动，被切削下来的石子和渣土沿切削面落至槽底，由反循环排渣系统将含渣泥浆抽吸至沉淀池。在牵引作用下，锯槽机在轨道上锯槽推进，形成连续的槽孔。
开槽前，须铺设轨道，安装锯槽设备，利用钻机或其它成槽设备施工锯槽导孔。
成槽后，混凝土浇筑前应每隔6～10m下设隔离体，以分段浇筑防渗墙混凝土。锯槽成槽与墙体混凝土浇筑可依次连续推进。
本工法的主要问题是：（1）锯槽成槽效率，受设备性能及地层影响较大；（2）混凝土浇注过程中，隔离体两侧压力不平衡（一侧为混凝土，一侧为固壁泥浆），容易造成隔离体移位、倾斜，如何保证墙体混凝土浇筑过程中隔离体的稳定，是施工中值得重视的问题。
四、防渗墙施工质量检验
防渗墙的施工质量检验，可以采用钻孔取芯、挖坑检查和注水试验几种方法。
（一）钻孔取芯
钻孔取芯检查，主要目的是对防渗墙的渗透系数、抗压强度、渗透比降等力学性能指标进行检查。也可通过芯样外观对防渗墙的均匀性进行检查。
（二）挖坑检查
主要是对防渗墙的墙面平整度、墙体厚度、墙段连接是否紧密、墙体均匀性、是否存在蜂窝麻面等外观质量进行检查。
通过对长江堤防加固工程采用深层搅拌法实施的水泥土防渗墙进行挖坑检查发现，在同样施工参数条件下，砂性土中成墙均匀性优于粘性土，总体趋势为土体中粘粒含量越高，其成墙的均匀性越差。造成此现象的主要原因是由于粘性土在搅拌过程中，易成团块随搅拌头旋转，从而造成墙体不均匀。
长江重要堤防加固工程大量采用高喷灌浆法来处理堤基防渗墙与穿堤建筑物的结合部位。开挖检查表明，高喷胶凝体自身的抗渗性能良好，但与地下建筑物的连接却值得进一步研究。只要在射流有效作用范围内，高喷胶凝体自身的连接形式主要有两种：一种是“切割式”连接，即先期形成的凝结体如果强度不高，射流能量将其切割形成镶嵌式连接；另一种是“焊接式”连接，即先期形成的胶结体强度较高，射流能量只能将其表面冲洗剥离干净，形成焊接式连接。穿堤建筑物多为混凝土结构，与高喷胶凝体相比已有很高的强度，高喷灌浆胶凝体与穿堤建筑物之间存在明显的结合面。
（三）注水试验
挖坑（钻孔）后，通过注水，观测坑（孔）内水位变化情况，计算渗透系数，检查防渗墙的防渗效果。
（四）工程质量情况
长江重要堤防加固工程沿堤轴线方向平均每2km布置了若干个安全监测断面，从安全监测结果看，防渗墙内外均有一定水位差，其中汛期水位差明显大于枯水期。工程运行情况良好。
[案例3-10] 点评
防渗墙防渗技术在水库大坝及围堰工程中应用广泛，但由于墙体厚（＞60cm），造价高而较少应用于堤防加固工程。在长江堤防加固工程中，薄防渗墙技术得到了推广和发展 （墙厚一般20～30cm，在湖北省监利县南河口堤段采用了墙厚7.5cm的超薄防渗墙），为防渗墙工程提供了可借鉴的经验。
本案例介绍了深层搅拌桩防渗墙、薄型抓斗成槽造塑性混凝土防渗墙、射水法成槽造混凝土防渗墙、振支切槽法造防渗墙、高喷防渗墙、锯槽机成槽造混凝土防渗墙等六种方式形成的薄防渗墙的施工设备、工艺及质量控制要点及薄防渗墙施工质量检验的三种方法。
薄防渗墙有利于采用先进成槽设备施工，工效高，施工速度快，工期短，材料用量少，成本较低。在堤防、水库及水库除险加固等水利水电工程中有广泛的应用前景。
《第3篇第04讲水利水电工程“四新”技术应用案例(4)》相关文档：
水利水电工程施工合同09-01
水利水电工程防洪度汛应急预案02-11
水利水电工程基本建设程序02-15
水利水电工程关于项目划分的规定02-15
水利水电工程施工合同标准格式招标文件04-05
水利水电工程施工合同04-05
水利水电工程标准施工合同范本04-05
