泸定大坝超深防渗墙施工技术

摘要：泸定水电站大坝防渗墙地质条件复杂，覆盖层深，施工难度大，槽孔深度刷新了世界纪录。在防渗墙施工中采用了新型固壁泥浆技术、墙段连接等一系列新技术和新工艺，取得了良好的效果，使我国防渗墙施工技术达到了世界先进水平。

关键词：防渗墙；MMH正电胶；墙段连接；覆盖层

中图分类号：TV543.8 文献标识码：A

Construction Technology of the Super-deep Cut Off Wall in Luding Hydropower Station

WANG Shao-li1,MAO Shu-man2

(Hebei Water Conservancy Engineering Bureau,Shijiazhuang 050021,China

Qianxi water Authority of Hebei Province,Qianxi 064300,China)

Abstract: There exist the problems of poor geologic condition, difficulty in construction and depth of overburden layer in the construction of the cut off wall in Luding hydropower station. The maximum depth of slot bore creates new world record.A series of new technology including new slurry strengthed wall technology, wall-segment connection technology are used. The results of in-situ test create good condition for main subject and technicall level of cut off wall is improved up to world advanced level.

Key word: cut off wall; MMH positive colloid; wall-segment connection; overburden layer

1．工程概况

泸定水电站是大渡河干流水电梯级开发的第12级电站，由粘土心墙堆石坝、泄洪建筑物、引水发电系统等组成，水库总库容2.4亿立方米，电站总装机容量920兆瓦。

粘土心墙堆石坝坝顶高程1384.00m，正常蓄水位1378.00m，死水位1375.00m，大坝建基面最低高程1300.00m，最大坝高84.0m；坝顶宽度12.0m，上、下游坝坡均为1:2，坝体上下游均设有弃渣压重。防渗心墙顶高程1382.00m，顶宽4.0m，上、下游坡均为1:0.25，上、下游反滤层水平厚度分别为6.0m和8.0m，上、下游过渡层水平厚度均为12.0m。粘土心墙基础覆盖层进行固接灌浆。

坝址区河床覆盖层深厚，一般深度为120～130m，最大深度148.6m，覆盖层自下而上主要为沙质砾石层、孤石层、弱-强胶结角砾石土层、粉细沙层、松散漂（孤）石层等，地层结构复杂，孤石、漂砾、胶结存在普遍，地层透水性强。

2 防渗墙简介

基础防渗采用上游围堰悬挂式混凝土防渗墙+水平粘土铺盖+坝基悬挂式混凝土防渗墙下接四排帷幕灌浆形式，坝基防渗墙厚1.0m，最大墙深超过150m。混凝土防渗墙布高在粘土心墙中心线下，左起桩号0＋085.5，右止0＋510.83。轴线全长425.33m。左岸0＋085.5～0＋105.5段和右岸台地段（桩号0＋246.97～0＋510.83段为全封闭式的防渗墙。主河床段（桩号0＋105.5～0＋246.97，轴线长141.47m）拟采用以下防渗形式：墙深110m,墙下接两排帷幕灌浆，防渗墙底高程为1200m。混凝土防渗墙墙厚1m，墙体材料C35F100W12，大坝基础防渗墙设计工程量为30000m2。

3防渗墙施工技术

3.1 施工平台及导向槽

主河床段施工平台高程1310m，高出原河床4m，平台长226m，桩号为0+085.5～0+311.83，防渗墙轴线上游侧宽17m，轴线下游侧宽15m。由于防渗墙孔深超过130米，地层结构又较为松散，对孔口及施工平台的保护尤为重要，根据地质条件的不同分别采用了水泥+碾压和预灌浓浆两种方案。主河床右端（桩号：0+086―0+124）上部地层主要由砂砾石层和淤泥质砂层组成，地层较密实、回填层较薄，采用水泥+碾压方法。主河槽及左岸导墙下为厚8～15m回填层和松散漂砾石层，受水下回填制约，水泥+碾压处理困难，其下漂砾石层也较松散，进行预灌浓浆处理。

施工平台及导墙采用钢筋混凝土形式，导墙采用“L”型断面，开挖后立模浇筑。导墙深200cm，底边宽180cm，墙厚60cm，配Φ22螺纹钢筋。考虑到本次试验防渗墙深度超过130m，接头孔采用拔管法施工，导墙必须能承受超过400T拔管压力，施工平台及导墙均采用了超常规加固处理，采用了C35钢筋混凝土，底板厚度达50cm，施工中承受住了113.03m国内目前最大拔管深度和相应压力。

3.2 泥浆系统

3.2.1 泥浆系统布置

泥浆生产系统布置于防渗墙轴线上游侧，供浆池占地面积为2×1500m2(包括膨润土、粘土存放平台600m2)，配置3m3泥浆搅拌机2台套，浆池结构为砖砌石。沿防渗墙轴线方向在其上游测辅设150mm输浆钢管，每15m开一接口，闸阀控制。

3.2.2 制浆材料

为了解决超深覆盖层防渗墙造孔固壁这一难题，本次施工使用了一种新型浆液－MMH正电胶浆液。MMH正电胶(混合金属氧化物)是一种带有正电荷的无机化合物胶体，在油气井的开发中得到了广泛应用。与传统的泥浆相比，MMH具有独特的流变性能，较强的抑制性和较强的抗盐性及较好的热稳定性，解决了常规泥浆难以处理的松散砂层、砾石层段的孔壁稳定性问题。MMH正电胶浆液配比见表1。

表1 正电胶泥浆配合比表

水

（kg） 膨润土

（kg） 纯碱

（kg） CMC

（kg） 正电胶

（kg） 烧碱

（kg）

正电胶泥浆

KWXS－1 1000 47.5 1.190 0.1 0.072 0.570

3.2.3泥浆制备和使用

在浆液制备过程中严格按控制配合比，各种材料的加量误差不得大于2%。泥浆处理剂使用前配制成一定浓度的水溶液，纯碱水溶液浓度为20%，CMC水溶液浓度为1.5%，可以有效提高浆液性能。新制MMH浆液必须存放24h，经充分水化溶胀后再行使用，其性能指标应达到表2中规定的标准。储浆池内泥浆要经常搅动，保持浆液的均匀性，避免沉淀或离析。

表2 MMH浆液性能指标

密度g/cm3 马氏漏斗粘度S 表观

粘度MPa.s 塑性

粘度MPa.s 动切力 静切力 失水量 PH

1.04 40-50 18-23 7-9 10-15 8-12 20-21 9.5

3.2.4 泥浆净化及回收

抓斗造孔时，所抽出的浆渣用清水稀释后，经排浆沟流至集浆坑，沉淀后上部含砂量较少的浆液可回收重新利用。清孔换浆时，经净化处理后直接返回槽孔。浇筑混凝土时，用排污泵将槽内排出浆液输送至集中制浆站回收池内，检验各项指标后，针对性进行再生，重复使用。

3.3 防渗墙成孔

3.3.1 造孔工艺

针对地层渗透性较大和漂砾、孤石含量高的特点，防渗墙成孔采用“钻抓法”和“钻劈法”联合施工。主孔采用CZ-9冲击钻机造孔，抽桶出渣；主孔施工到110-120m，用HS855HD重型抓斗抓取副孔上部（孔深＜90m）的地层；副孔下部（＞90m）地层采用CZF-1500新型冲击反循环钻机，利用“钻劈法”施工及出渣清孔。

3.3.2孔形控制与终孔验收

本工程大坝防渗墙设计墙厚1.0m，孔位偏差不大于3cm，至于孔斜率指标，由于采用接头管技术保证了墙体连续性及墙体有效连接厚度，同时考虑墙体深度过深，最深可达150多米，所以孔形、孔斜验收标准可适当放宽。孔斜测量拟采用重锤法测量等手段进行。孔深验收使用专用的孔深测绳进行测量，测量前应将冲击反循环钻机取出的终孔段地层岩样进行妥善保存并做好相应记录。

3.3.3清孔换浆及验收

清孔换浆采用气举反循环，籍助空压机输出的高压风进入排渣管经混合器将液气混合，利用排渣管内外的密度差及气压来升扬排出泥浆并携带出孔底的沉渣。主要设备是空压机、排渣管、风管和泥浆净化机。

清孔换浆结束后1h，在槽孔内取样进行泥浆试验。如果达到结束标准，即可结束清孔换浆的工作。结束标准是清孔换浆结束一小时后，槽孔内淤积厚度不大于10cm；泥浆密度不大于1.15g/cm3；泥浆粘度不小于32s(马氏)；含砂量不大于6%。

3.3.4 墙段连接

墙段连接采用接头管法，使用中国水电基础局有限公司研制的YBJ-800型大口径液压拔管机。接头管下设前检查接头管底阀开闭是否正常，底管淤积泥沙是否清除，接头管接头的卡块、盖是否齐全，锁块活动是否自如等。拔管法施工关键是要准确掌握起拔时间，起拔时间过早，混凝土尚未达到一定的强度，就会出现接头孔缩孔和垮塌；起拔时间过晚，接头管表面与混凝土的粘结力增大，增加了起拔难度，甚至接头管被铸死拔不出来，造成重大事故。

3.4 灌浆预埋管埋设

防渗墙内预埋双排灌浆管，孔距1.5m、排距0.6m，预埋灌浆管最大深度大于130m，管体采用Φ114mm焊接管，顶部5m与墙内钢筋笼一同下设，5m以下采用钢筋定位架固定。定位架使用Φ22mm钢筋制作，预埋管与钢筋架通过绑扎连接为整体桁架，定位架在垂直方向的间距为12m。

3.5 混凝土浇筑

混凝土浇筑在清孔换浆结束后4小时内进行，防渗墙混凝土强度等级为C35，抗渗标号W12，塌落度18-22cm，配合比见表4。混凝土采用拌合楼拌制，6m3混凝土搅拌车运输，泥浆下直升导管法施工。混凝土开浇时采用压球法，连续浇筑，槽孔内混凝土上升速度不小于2m/h，并连续上升至高于设计规定的墙顶高程以上0.50m。

表4 混凝土施工配合比

配合比编号 设计强度等级

（MPa） 水胶比 外加剂掺量

（％） 引气剂掺量

（％） 1m3混凝土材料用量（kg）

水泥 粉煤灰 水 砂子 小石 中石 减水剂 引气剂

Z-2 C35 0.45 0.6 0.07 221 148 166 750 567 567 2.214 0.258

3.6防渗墙合拢段处理

合拢槽段是防渗墙施工的最后阶段，由于其余各段均已封闭，地下水头被抬高，大量的地下水将由合拢段向下游侧渗漏，对施工槽孔造成极大威胁。为保证施工的顺利，在合拢槽段上游侧8m设置降水井，降水井直径1m，井深60m，内侧用渗网防护，用水泵不断抽取井内积水，降低水位，保持水位低于槽孔内泥浆2m以下，保护槽段的安全施工。

3.7 混凝土质量控制

每个槽孔混凝土浇筑时在混凝土拌和楼机口或槽口随机取样，做现场坍落度试验和扩散度试验，并取混凝土试块，按规范要求制作、养护、确认达到28天龄期后做室内检测试验，测试结果要符合水下混凝土性能要求。

防渗墙成墙28d后进行钻孔检查，钻机选用XY-2型地质钻机，分骑缝孔和墙体孔，沿墙体轴线布置，每个接头孔段一个检查孔。检查孔自上而下分段取芯钻进，通过钻孔取芯检查，墙体混凝土连续、完整，墙段连接紧密，满足防渗要求。检查孔分段作压水试验。分段长度5.0m，压水压力0.6MPa，注水试验结果表明，渗透系数全部达到设计标准要求。

4结语

（1）对于水下回填层及松散漏失地层，预灌浓浆是有效的处理手段，可大大降低成槽过程中的漏浆及塌孔概率，而对于地层较密实、回填层较薄的地层，则可采用水泥+碾压的方法。

（2）大深度防渗墙施工中，固壁泥浆的性能至关重要，MMH正电胶浆液具有较好的流变性和稳定性以及良好的携屑、悬屑能力，在松散及强漏失地层能有效封堵渗，漏维护孔壁稳定，具有良好的应用前景。

（3）混凝土接头施工是影响防渗墙质量和工效的关键环节，拔管法施工是混凝土接头施工的最有效的手段，由于深孔拔管难度大，选择新型高效的拔管机型，把握好拔管时机，控制混凝土浇筑速度，实时监测拔管力的变化是保证拔管施工的关键。

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