安徽王家坝闸水泥土截渗墙的建设与应用

一、 概述

王家坝闸位于阜南县王家坝镇，为Ⅱ等大（2）型工程，闸室共13TL，是漾洼蓄洪区的进洪控制闸，被称为“千里淮河第一闸”。老闸原设计标准偏低且已运行50余年，工程老化、破损严重，存在闸室抗滑稳定、闸基渗流稳定及闸下消能防冲设施等多处严重不安全隐患，本工程的主要内容为：拆除重建闸室，增建闸基防渗多头小直径水泥土垂直截渗墙，改建下游消能防冲设施等。闸基水泥土截渗墙位于上游混凝土护坦前缘，距闸室约18.0m，原设计为多头小直径水泥土截渗墙，设计墙体深度12.0m，实际墙体深度为9.33～11.0m，由于设备及地质原因，仅右侧6.8m墙长为三头钻机成墙，其余137.7m由单头钻机成墙，经地震映像、取芯、注水检测，以及从实际挡水时闸下导滤器几乎没有渗水的效果看，截渗墙防渗效果良好，截渗墙施工质量达到设计要求。

截渗墙沿线地质结构自上而下依次为：素填土、松散；粉质粘土、可塑；中粉质壤土；细砂～中粗砂，稍密～中密，从左至右砂层厚度由0.3m逐渐增至3.3m，标贯击数为11～22；5 层：重粉质壤土、硬塑。

二、 施工试验

试验用搅拌机设备型号为BJzc—Js—1B型3 头钻机，钻头直径300mm，试验在闸室中心部位进行，试验施工参数：水泥标号为P.O32.5，水灰比为0.8，水泥掺入比为15%，倾斜率小于0.3%，钻进及提升速度不大于0.5m/min，根据标书要求采用两钻两喷，试桩为1 个单元，墙长1.35m，墙深2.0m，7 天后开挖检查，墙体轮廓分明，水泥土搅拌均匀，墙体搭接良好，但未做其他检测，而且墙体深度不够，不能反映钻机是否适应本工程地质情况，这也是导致后来正式施工时钻机难以达到设计墙深，多次更换钻机及钻头，影响该项工程进度的主要原因。

三、 截渗墙施工情况

截渗墙施工成墙长度143.5m，成墙面积1462m2，共耗用水泥约144t。

2003 年11 月15 日工程正式从右岸开始施工，当钻至9.8～10.2m（14.1～14.5m高程）深时，钻机跳动，链条拉断，无法继续钻进，提钻后发现钻头叶片翘曲，后改用清水钻进，仍不能穿过砂层，共施工7个单元墙，墙长9.45m，均无法达到施工图规定的墙深。经研究，认为该段砂层较厚，且砂层下部标贯计击数较大，钻机功率不够，单根钻杆所受的压力达不到要求。于是改用单头钻机，钻机型号为HP—5 型，双层叶片钻头，钻头叶片直径500mm，钻机动力45kW，于2004年2月24日从闸左侧施工，共施工38个单元墙，墙长15.2m，均能钻进11.0m，穿透砂层。

当施工39～47号单元墙钻至9.5m（高程14.9m）时，钻机跳动，不能继续下钻。根据地质情况及钻机能钻进的最大深度，认为在砂层密实段（标贯击数大于18），钻机难以钻进。双层叶片式钻机不能钻透砂层，遂改用螺旋钻头，钻头直径仍为500mm，但当钻至高程14.5m时仍然出现钻机跳动，不能继续下钻，清水钻进时仍然出现上述现象，提钻后发现整个螺旋钻头均被硬土块包裹，分析上述两种原因认为，叶片面积较大，接地压力小。后将钻头上下层均为500mm 双层叶片改为下层260mm、上层320mm两层不同的叶片，试钻时能够钻进11.4m（高程13.0m），但提钻杆非常困难，须反复搅拌多次才能提起。随后将钻机移至闸右侧试钻，当钻进至98m（高程14.6m），仍不能钻至设计深度。经复核计算认为，此墙5.0m深可以满足渗透要求，为安全起见，仍让钻机钻进到最大深度，但在砂层较厚地段，墙深改为9.0m。

四、 墙体质量检测(www.xing528.com)

墙体施工质量委托安徽省水利水电勘测设计院岩土工程检测所检测，共进行开挖检查、地震映象、取芯、压水试验四种检查及检测。

（1）开挖检查。截渗墙从左至右桩号为H－725～H＋71（单位为m，以闸室中心线为起点，向左为－向右为＋），开挖检查在H－23～H－21 墙段进行，上游侧开挖深度为2.5m，下游侧开挖深度约为1.5m，柱状墙体轮廓分明，桩体搭接良好，墙体厚度在250～300mm。上游侧坑槽在开挖后2 小时积满渗水，下游侧坑槽经过24 小时后检查（内外侧水头差约1.4m），坑底只有微量积水，约0.2L，说明墙体防渗效果良好。

（2）地震映像。沿墙体轴线进行地震映像检测，从地震时间剖面上看，H－64.5～H＋7.5 段墙体，波组水平均匀连续，波速较高，说明该段墙体较好；H＋7.5～H＋71 段墙体波组整体形态与H－64.5～H＋7.5 段相仿，但波速稍小，稍有错动。墙体两端因墙体呈折线、弯曲及墙顶表层土未除净，影响了测试，导致波组紊乱、错动，干扰了对墙体的分析。

（3）取芯。根据地震时间剖面图所反映的情况，分别在H－24.5 及H＋27.5 两处墙体相对较差的部位各布置一个钻孔，每孔均全程取芯，水泥土龄期1 号孔为41 天，2号孔为33 天。

1 号孔（H－24.5）孔深9.3m，0～2.3m 段，该段墙体为灰—青灰色，芯样呈长柱状，水泥含量少，连续性好，芯样较完整；2.3～4.95m段，芯样呈块状和短柱状，局部粘土与水泥呈互层状，粘土与水泥胶结较好；4.95～5.55m 段，该段墙体水泥土呈青灰色，水泥土块富集，连续性差；5.55～9.3m段，该段为灰色水泥土块，芯样完整，成柱状，固结良好。芯样抗压强度：0 ～2.3m 段，R ＝2.72MPa，2.3 ～4.95m 段，R ＝6.81MPa，5.5～9.3m段，R＝18.95MPa。

2号孔（H＋27.5）孔深8.55m，0～1.21m 段，该段墙体为灰黄—青灰色，芯样呈长柱状，水泥含量少，连续性好，芯样较完整；1.21～4.65m 段，芯样呈块状和短柱状，局部粘土与水泥呈互层状，芯样较破碎；4.65～5.55m段，该段为青灰色，水泥土块富集，呈颗粒状、连续性差；5.55～6.25m 段，该段大部分为青灰色土体，局部呈可塑状；6.25～8.55m 段，该段为灰色水泥土块，芯样完整，成柱状，固结良好。芯样抗压强度：1.21m段，R＝2.20MPa，1.21～4.65m段，R＝3.74MPa，6.25～8.55m段，R＝20.15MPa。

根据取芯情况，岩芯不完整段均在2、3 层粉质粘土和中粉质壤土层中，出现层土层灰现象（粉质粘土层一般均出现此现象），即使这两处局部墙体不完整，出现渗流，经过渗漏消散，也不会造成大的影响；在粉质粘土层中，墙体连续性不好，但粉质粘土本身的防渗效果很好，对整体防渗影响不大。

（4）压水试验。1 号、2号孔取芯后分别进行了压水试验，1号孔平均渗透系数为8.84×10－8cm/s，2 号孔平均渗透系数为2.56×10－7cm/s，满足设计要求的不大于i×10－6cm/s的标准。墙体抗压强度满足标书规定的大于0.3MPa，墙体厚度均大于标书规定的200mm，因此，墙体施工质量达到设计要求。

（5）挡水效果检验。2004 年7～8 月，淮河遭遇三次洪峰，王家坝水位分别达到27.11m、27.56m 和27.2m，闸门挡水高度分别为2.75m、3.2m和2.84m，导滤器经逐孔检查，冒水孔几乎没有渗水（老闸在闸门挡水高度1.0m左右时，导滤器冒水孔渗水非常明显），说明截渗墙及闸基防渗效果良好，达到设计要求。