混凝土防渗墙缺陷分析及检测技术.docx

混凝土防渗墙缺陷分析及检测技术赵殿信（安徽省淮委水利科学研究院安徽蚌埠233000）摘 要 本文分析了混凝土防渗墙可能产生的缺陷和产生的原因，对避免产生缺陷的难易进行了分析，提出了防渗墙墙体质量的检测方法，讨论了防渗墙体质量的评价方法。关键词 防渗墙 防渗处理 堤坝加固 施工分重要。福建水口电站围堰防渗墙就是因为基岩确定的不正确造成返工处理2。在工程正式施工前对防渗墙轴线的地质条 件进行详细的勘探是十分必要的。正确的确定了防渗墙的设 计深度后，在造孔时适当的考虑沉渣厚度，比设计稍深，如果 不是刻意所为，防渗墙的深度满足设计的要求是完全应该达 到的。2.2 墙体夹泥问题由于混凝土防渗墙为水下混凝土，在浇筑的过程中，理想 的状况是第一次浇筑的混凝土始终处在已浇筑的混凝土的最 上层，将泥浆和浇筑的混凝土隔开，保证接触层以下全为混凝 土。下部的混凝土通过流动性将上部浇筑的混凝土托起。但是 由于浇筑混凝土的导管的布设、导管的埋深等不规范原因，可 能导致部分混凝土中夹泥的现象。对于防渗墙中的夹泥对防 渗效果存在的影响，笔者认为有两种情况：若泥浆中含粘粒量 较大且夹泥在地下水位或浸润线以下，也就是不会干缩的部 位，对防渗墙的防渗效果影响不大；若夹泥中有大量的砂石， 渗透系数大，或者夹泥位于正常蓄水位以上，在高水位时就可 能对防渗效果有影响。2.3 墙体的强度和弹性模量由于混凝土的弹性模量和强度为正相关关系，要保证强 度和弹性模量同时满足设计要求必须有很好的配合比设计。 对于塑性混凝土尤其重要。就防渗墙的防渗效果来讲，适宜的 弹性模量比强度重要，这是因为由于混凝土墙受底部基岩的 约束和变形的影响，混凝土强度过高，容易出现裂缝。因此，塑 性混凝土得到发展和应用。人们希望得到强度高弹性模量小 的混凝土，对于这样一对矛盾的参数，没有很好的前期混凝土 配合比设计和实施过程中严格的质量控制，是难以实现的。2.4 墙体的渗透性影响混凝土渗透性的因素很多，关键是胶凝材料的用量 和混凝土的密实程度。胶凝材料的用量通过混凝土配合比确 定。对于防渗墙这种水下混凝土密实性是靠混凝土的流动性1 引言在目前的水库除险加固工程中，土坝的防渗工程作为重 要的加固内容。混凝土防渗墙被广泛的在堤坝加固中采用。混 凝土防渗墙是“利用钻机、挖槽机械、在松散透水地基或坝（堰）体中以泥浆固壁，挖掘槽形孔或连锁桩柱孔，在槽（孔）内 浇筑混凝土或回填其他防渗材料筑成的具有防渗功能的地下 连续墙”1。地下连续墙技术起源于欧洲，1950 年在意大利和 法国开始应用，1992 年日本在横跨东京湾的高速公路，使用 液压铣槽机建成了深 136m，厚 2.8m 的防渗墙。我国混凝土防 渗墙建设开始于上世纪 50 年代末期，北京密云水库、云南毛 家山水电站、三峡工程、黄河小浪底水库都有应用。1990 年在 福建水口水电站围堰中首次使用塑性混凝土防渗墙。目前在 我省的水库加固工程中既有普通混凝土防渗墙也有塑性混凝 土防渗墙。防渗墙为隐蔽工程，其工程质量除施工过程控制 外，在墙体完成的一定时间后，施工单位和检测单位还要对墙 体进行检验，本文就墙体如何检验与评定进行探讨。2 防渗墙可能存在的缺陷分析防渗墙可能存在的影响墙体功能发挥的因素有，墙的深 度未达到设计的要求、墙体夹泥、墙体强度和弹性模量不满足 设计、渗透性不满足设计、一期和二期槽段接头夹泥等可能的 缺陷。2.1 防渗墙的深度问题防渗墙的深度检验，首先应确定防渗墙的设计深度。防渗 墙根据是否进入不透水层或岩基分为封闭式和悬挂式。进入 岩基或不透水层的为封闭式否则为悬挂式。对于悬挂式防渗 墙设计单位应该有防渗墙的深度要求，设计深度容易确定。对 于封闭式，设计单位一般要求进入基岩或不透水层一定的深 度，因此对于封闭式防渗墙设计深度的确定就变成基岩和相 对不透水层的确定。基岩或相对不透水层高程的确定显得十收稿日期：2011- 6- 23作者简介：赵殿信（1964.5），男，高级工程师，主要从事水利工程检测和监理工作。混凝土防渗墙缺陷分析及检测技术赵殿信14自密的，不像水上混凝土通过振捣达到密实。因此对于表征混凝土防渗墙的防渗性能的参数渗透系数只能通过配合比和 浇筑过程控制。检测试验资料表明，即使同种配合比，渗透系 数相差也比较大。对于混凝土防渗墙由于其主要功能是防渗， 这恰恰给我们带来这样的误区：认为防渗墙的渗透系数越小 越好，渗透系数稍有大于设计要求，就会影响大坝的安全。其 实“渗漏量的大小只能表明建筑物及其地基的防渗能力，不能 说明渗透的稳定性状。许多建筑物在运行中尽管渗漏量很小， 仍然遭到渗透破坏。如英国的巴特海德坝的破坏、美国提堂坝 的失事，都不是因为防渗性能不好渗漏过大造成。这是由于防 渗体堵截后的水流，积蓄大量的势能，伺机寻找机会下泄。因此，防渗体的主要功能是减小渗漏量，设有反滤层的排 水体是保证建筑物渗透稳定最经济最有效的措施”3。由于渗 透系数指标难以控制和离散性，因此防渗墙设计时应选择同 混凝土这种材料适宜的透渗系数要求。2.5 一期和二期槽段的接头夹泥问题在可以预计的防渗墙夹泥或者说不连续的部位上，首先 为接头部位。接头部位是比较容易产生缺陷的部位。这是由于 在二期浇筑混凝土前接头的泥浆难以清洗干净，同时浇筑混 凝土时，这个部位为混凝土的浇筑边缘，容易聚集泥沙，产生 隐患。的芯样，在试验室试验获得，也可以用现场钻孔通过注水或压水试验获得渗透系数。通过芯样获得的渗透系数，由于芯样可 能不包括缺陷或者薄弱部分，获得的渗透系数代表性可能不 高。钻孔通过注水或压水试验获得的渗透系数尽管是试验段 的平均结果，但是其代表性好于试样。由于需要获得的是防渗墙墙体的渗透系数，因此，注水或 压水试验应在防渗墙中进行，底部的试验应在防渗墙未钻穿 并保留 1m 的以上部位进行。钻穿后进行试验就包含了地基 的渗透状况了。依据 水利水电工程钻孔压水试验规程（SL31- 2003）进 行压水试验时，由于仅为了获得渗透系数，不需要采用三级压 力、五个阶段，只需要一个压力就可以了。对于普通混凝土防 渗墙，考虑到防渗墙的抗拉强度，最大压力以不超过 0.1MPa 为宜。对于塑性混凝土还要小些。3.4 防渗墙连续性检测方法混凝土防渗墙连续性的普查，目前还没有十分有效的检 测方法。检测单位广泛使用物探检测方法。物探分为电法、电 磁法、地震波法和声波法。在混凝土防渗墙的检测中，电法采 用最广的是高密度电法，电磁法使用最多的是探地雷达法，地 震波法为瑞利波法，声波法以超声波为代表。由于“工程物探 的基本理论主要是基于被测载体的物性转换为电性参数的差 异对比分析判断隐患和质量。其量测灵敏度与精度既受电测 参数的影响又受到非电量物性参数变化的制约”4。同时由于 检测信号的异常同缺陷没有一一的对应关系，因此影响了物 探的使用。但是人们采用在已知区利用地质资料进行物探异 常解释，然后再推广到未知区的方法，也在许多防渗墙的检测 中取得较好的效果。3 混凝土防渗墙墙体检测方法根据混凝土防渗墙的可能缺陷的分析和防渗墙的设计要 求的参数，墙体的检测应进行深度、强度和弹性模量、渗透系 数、墙的连续性检测。3.1 防渗墙深度检测方法防渗墙的深度检测采用钻孔的方法检测，也可以辅以物 探的方法进行。检测时必须首先确定防渗墙的设计深度。检测 时找出防渗墙所在的槽段，根据槽段对应的桩号，确定检测的 具体位置。由于每个槽段一般一个深度控制，因此根据槽段的 桩号对应的详细地质资料可以确定设计深度。对于地基不透 水层为土基的防渗墙，钻孔深度大于等于设计深度即可停止 钻进。对于地基为岩基且要求入岩的防渗墙应钻穿防渗墙进 入基岩，并取基岩样品，以便判断是否达到基岩。3.2 防渗墙墙体强度和弹性模量检测方法对于普通混凝土防渗墙钻孔时可以获得混凝土的芯样， 在试验室依据有关规范可以进行强度和弹性模量试验。而对 于塑性混凝土，由于强度较低且配合比中参加了膨润土，在钻 头的转动和水力的作用下，取样率很低，时常难以获得满足试 验要求的样品。为此，可以采用开挖的方式，在上部获得芯样， 进行试验。3.3 防渗墙渗透系数检测方法防渗墙墙体渗透系数的检测方法可以用钻孔和开挖获得4 防渗墙体质量评定混凝土防渗墙施工过程中的质量评定一般采用 水电水 利基本建设工程单元工程质量等级评定标准第 1 部分：土建 工程DL/T5113.1- 2005，是基于工序检验资料和混凝土试块 的检验结果进行评定的。关于墙体质量的评价标准人们有不 同的看法，笔者认为由于混凝土防渗墙体的检测结果代表了 实际工程的质量，因此墙体质量评定的质量要求不能高于过 程的检验评定标准，否则施工过程中控制合格率 70%为合格， 而墙体检测时要求合格率为 90%明显不合理，也很难达到。因 此，墙体的评价标准不能高于 DL/T5113.1 的质量要求。依据 DL/T5113.1 的要求，墙体的评价标准见表 1。表 1混凝土防渗墙墙体检测的合格标准序 号检测项目质量标准合格率要求防渗墙深度不小于设计深度1100%墙体渗透系数符合设计要求270%混凝土强度符合设计要求370%混凝土弹性模量符合设计要求470%混凝土防渗墙缺陷分析及检测技术赵殿信155 工程实例表 4 混凝土防渗墙检测结果混凝土渗透混凝土抗压强度/MPa混凝土弹性模量/MPa5.1 工程概况某水库大坝防渗墙采用塑性混凝土，长 820m。防渗墙设 计参数为：防渗墙强度 R28 不小于 5MPa, 弹性模量不大于2000 MPa，渗透系数小于 i10- 7cm/s（1i12.812.815.918.611.611.6备 注岩基岩基岩基土基土基土基土基岩基岩基5.3 防渗墙渗透性检测采用压水试验检验防渗墙的渗透性，每个钻孔一般进行12 段的压水试验，钻孔钻到需要压水试验的第一段底部时 停止钻进，清孔，进行第一段压水试验。试验完成后进行第二 段钻进，达到高程后停止钻进，清孔，进行压水试验。所有压水 试验均在混凝土防渗墙中进行。各孔的压水试验结果见表 4。5.4 防渗墙混凝土强度和弹性模量检测现场钻孔获得的芯样，带回室内进行试验，各孔的混凝土