2 超深防渗墙技术
2.1 概述
在各项地基处理和基础工程技术中，混凝土防渗墙是一项成熟的技术，仅在水利水电行业，我国现已建成数以万计常规深度的防渗墙工程，但深度超过70m的防渗墙工程屈指可数。防渗墙深度的增加使施工难度、各道工序的质量标准、发生缺陷甚至事故的可能性都大大增加。因此，对于超深防渗墙施工设计中的关键技术进行研究探索势在必行。我国目前已建或在建的深度超过70m的防渗墙工程统计见表1。
2.2 关键技术
在深厚覆盖层条件下建造防渗墙，孔壁稳定、清孔、接头处理等是问题的关键，也是制约超深防渗墙施工进步的技术难点。西藏旁多水利枢纽158m超深防渗墙是中国乃至世界现今最深的防渗墙，在施工及技术研究工作中，技术人员特别注重深厚覆盖层防渗墙施工工艺的探索及关键技术研究，为日后我国超深防渗墙施工提供了宝贵经验及技术支持。下面，本文结合西藏旁多水利枢纽防渗墙工程介绍超深防渗墙施工的关键技术。
2.2.1 工程概况
西藏旁多水利枢纽工程坝址位于西藏拉萨河中游，为碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝，Ⅰ等大（1）型工程，最大坝高72.30m。旁多水利枢纽坝基覆盖层深度超过424m，防渗墙深度达158m。该工程存在高寒缺氧、地层深厚复杂、施工干扰多等困难，创造防渗墙建造3项世界纪录——试验槽孔最大深度201m、防渗墙接头管拔管158m、防渗墙水下201m混凝土浇筑。防渗墙墙体设计厚度1.0m，完成防渗墙12.1万m2。图1为旁多防渗墙工程现场施工图。
表1 国内墙深大于70m的防渗墙工程
图1 旁多防渗墙工程现场施工图
2.2.2 气举反循环清孔技术
清孔质量的好坏影响着槽孔浇筑能否顺利进行，而槽孔浇筑又是控制防渗墙质量最关键的一道工序。
气举反循环利用密度差产生工作压力来升扬排出孔底的沉渣，而工作压力大小取决于空压机的排气量和沉没比m[15]。因此，清孔深度不受大气压力限制，孔深越大排渣效率越高，适合超深防渗墙工程中对于清孔的要求。气举反循环法排渣清孔示意图如图2所示。
图2 气举反循环法排渣清孔示意图
旁多水利枢纽防渗墙施工使用MMH正电胶泥浆，在槽孔底部由于长期膨化和钻具的副作用使得槽底泥浆较为黏稠，不宜直接使用气举反循环清孔。工程人员利用抽桶法将底部钻渣及浆液抽出，同时加注新制泥浆，待泥浆较稀时，抽测孔底淤积及泥浆指标，一般控制在含砂量不大于6%，淤积厚度不大于1m为准，再使用气举反循环法进行清孔，大大提高了清孔效率和清孔质量[16]。
根据旁多水利枢纽工程防渗墙槽孔清孔方式均选用气举反循环法施工，经过工程验证，该法清孔效果良好，在超深槽孔清孔时运用气举反循环法清孔效果尤为明显，可以提高施工效率、成槽质量好，使槽孔较快具备混凝土浇筑的条件，为超深防渗墙施工提供了有力的质量保证，值得推广。
2.2.3 接头管起拔技术
在超深防渗墙工程中，运用接头管法进行墙段连接是现行最为先进的一种技术。而接头管的成功起拔与否是影响超深防渗墙施工的又一项关键技术，拔管的成功与否通常与起拔时间和起拔压力的掌控有关。但是对于超深防渗墙工程来说影响因素还包括孔形、孔斜、清孔效果、泥浆的静切力（悬浮岩屑能力）等。
（1）起拔力大小的主要影响因素。接头管与混凝土的接触特性及孔斜是拔管力大小的主要影响因素。为了更好地为旁多超深防渗墙接头管起拔提供支撑，针对旁多防渗墙，工程人员前期在试验槽段共统计了30组拔管力数据[17]，如图3、图4所示。图4表明了孔斜对于拔管力的大小影响十分明显。
图3 拔管力与拔管时间关系图
图4 拔管力与孔斜关系图
拔管力大小的影响因素非常多，导致监测数据离散型比较大，但是从图3中可以看出随着拔管时间的推后，拔管力增大趋势越明显；从图4也可以看出随着孔斜增加，拔管力呈现较为明显的增大趋势，在孔斜为0.10%情况下与孔斜为0.05%相比，拔管力增加了1倍左右。
（2）限压拔管法理论。限压拔管法是将拔管力限制在一定范围内、用以保证拔管成功的一种方法。在泸定水电站大坝超深防渗墙施工中采用了这一拔管技术。这一技术的关键是准确确定最小拔管力与初拔时间。拔管时间的确定是以实验室给出的混凝土初凝时间为基本数据，再通过现场试验而确定的一个重要数据[18]。初凝时间确定之后再进行初拔试验确定最小拔管力。最大拔管力根据设备能力确定，一般情况下不应大于设备能力的1/2。
（3）补浆。在接头管起拔过程中，会使得泥浆液面下降。在带接头箱的接头管拔管施工时，带接头箱的接头管每拔出1m，接头孔中几乎形成等体积的空间，泥浆液面下降速度更快。这种情况会造成泥浆对孔壁压力迅速减小，在外界地下水对孔壁的作用下，容易造成塌孔。因此带浮箱的接头管每拔出一根都必须对接头孔内补充浆液。在旁多水利枢纽防渗墙接头管拔管施工时，采用的是边拔边补的方法。
2.2.4 特种重锤
当混凝土防渗墙的深度超过80m时，用普通冲击钻头造孔的工效很低，特别是劈打副孔十分困难。在泸定水电站防渗墙工程中，特种重锤研发并成功运用，大大提升了副孔钻进工效[19]。
在超深防渗墙造孔施工过程中，由于孔深过大主孔多少存在孔斜，副孔的实际位置发生了较大的变化，造孔施工中圆形冲击钻头很难找准副孔中心，劈打副孔难以取得有效进尺。应用专门研制的特种重锤有效地解决了这些问题。副孔专用重锤结构图如图5所示。
图5 副孔专用重锤结构图
1—翼板；2—二阶冲击器；3—主板；4—导向板
（1）导向问题的解决。重锤的导向板起一次导向作用，其工作部采用倒“V”字形底刃起到二次导向的作用，利用底刃斜面与副孔接触时产生的横向推力将重锤的重心引向副孔顶部，有效保证了重的集中率。
（2）孤石的处理。圆形钻头劈打副孔一般在孤石处受阻，重锤采用二次底刃，下阶底刃厚度较小，单位面积上冲击力较大，可率先破岩开槽；上阶底刃将孔扩至设计要求的槽孔宽度。对于含有漂石和孤石的坚硬地层，这种掏槽扩孔工艺能大幅度提升钻进功效。