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薄型抓斗建造混凝土防滲墻工藝的應用

文檔作者：高凱，顏斌文檔來源：湖北大禹水利水電建設有限責任公司		點擊數：	更新時間： 2025年11月03日
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上一篇：摻合料對引氣混凝土抗凍性能的影響

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２０１４ 年第３ 期
２０１４ Ｎｕｍｂｅｒ ３
水電與新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
總第１１６ 期
Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１１６
ＤＯＩ： １０．１３６２２ ／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２ －１８００／ｔｖ．１６７１ －３３５４．２０１４．０３．００７
收稿日期：２０１３ －０９ －０２ 作者簡介：高　凱，男，助理工程師，從事工程項目管理。
薄型抓斗建造混凝土防滲墻工藝的應用
高　凱，顏　斌
（湖北大禹水利水電建設有限責任公司，湖北武漢　４３００７２）
摘要：介紹了薄型抓斗法建造混凝土防滲墻的相關施工工藝及技術要點，并以現場經驗總結出需要加強和改進的方面，
討論薄型抓斗法在長江流域堤防工程中的適用性、先進性、可靠性等。
關鍵詞：薄型抓斗；混凝土防滲墻；施工方法
中圖分類號：ＴＶ５４３．８２　　　文獻標志碼：Ｂ　　　文章編號：１６７１ －３３５４（２０１４）０３ －００２３ －０３
Application of the Thin Grab in the Construction of Concrete Cut-off Walls
ＧＡＯ Ｋａｉ， ＹＡＮ Ｂｉｎ
（Ｈｕｂｅｉ Ｄａｙｕ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｃｏ ．， Ｌｔｄ．， Ｗｕｈａｎ， ４３００７２， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ａ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｈｉｎ ｇｒａｂ ａｎｄ ｉｔｓ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｕｔ -ｏｆｆ
ｗａｌｌ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｓｓｕｅｓ ｔｈａｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｅｍｐｈａｓｉｚｅｄ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｘｐｅｒｉ -
ｅｎｃｅ．Ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ， ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ， ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｕｃｈ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｈｉｎ ｇｒａｂ ｉｓ ｄｉｓ -
ｃｕｓｓｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ Ｙａｎｇｔｚｅ ｒｉｖｅｒ ． Key words： ｔｈｉｎ ｇｒａｂ； ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｕｔ-ｏｆｆ ｗａｌｌ； ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ
　　薄型混凝土防滲墻的施工工藝有多種形式，目前
較為流行的施工工藝有：射水造墻法、抓斗成槽法、高
壓旋噴法、多頭深層攪拌樁、鋸槽法等［１］ 。其中用抓
斗成槽構筑混凝土防滲墻，施工工藝簡捷、墻體連接可
靠、成墻質量好、適用地層廣泛、施工深度大，并且相對
單價低，是堤壩防滲處理的一種高效優質的辦法。這
里就通過在長江流域的胡家畈水庫除險加固工程中的
實踐應用，論述一下薄型抓斗成墻的主要施工工藝及
其優點，并對相關經驗作以總結。
１　工程概況
胡家畈水庫位于湖北省枝江市安福寺鎮境內，水
庫攔截長江支流瑪瑙河上游橫溪河水系，主壩全長
１ ０７８ ｍ，總庫容為２ ６９６ 萬ｍ３ 。胡家畈水庫大壩始建
于２０ 世紀６０ 年代，受當時技術條件所限未進行淤積
泥沙的清理，無防滲設施，經過多年使用及生物洞穴等
原因，滲漏水嚴重，影響水庫的安全運行和效益的正常
發揮，需進行壩體及壩基防滲處理。
經過分析論證和比選，選用了垂直防滲的方案。
沿壩軸線從樁號０ －０１６ 至樁號１ ＋０６２ 布置防滲墻。
槽孔混凝土防滲墻軸線布置在大壩壩頂中心線上游
０．８ ｍ，墻頂高程為１３１．１ ｍ。設計墻體厚度為０．３ ｍ，
強度等級為Ｃ２０，抗滲標號為Ｗ８。墻體嵌入基巖的深
度主要根據地質條件、滲透穩定及結構要求確定，該工
程設計防滲墻底部高程進入壩基相對不透水層粉質粘
土或泥質粉砂巖１．０ ｍ 控制。
２　薄型抓斗施工方法［２ －３］
2．1　工作原理
薄型抓斗依據其工作原理，可分為液壓抓斗和鋼
絲繩抓斗。由于鋼絲繩抓斗是靠懸吊的２ 根鋼絲繩來
控制開合斗作業，結構比薄型液壓抓斗相對簡單，但是
液壓抓斗的液壓泵能使抓斗的沖擊性能與掘進性能更
為突出。抓斗設備由主機和斗體組成（見圖１），抓斗
是以斗齒、斗刃切削土層，將土渣收容在斗體內，從槽
孔內提出，開斗棄掉，反復挖掘，完成造孔作業。抓斗
的挖掘動作有斗齒鏟挖和斗刃切削，但這兩種動作都
是先把斗齒和斗刃切入地基之后開始挖土，切入地基
２３
水電與新能源２０１４ 年第３ 期
土時所需的壓力由斗體的自重產生。根據操作方式不
同，液壓抓斗分為液壓導板抓斗和液壓導桿抓斗，抓斗
的起吊設備都是覆帶式起重機。本工程中使用上海產
的ＳＧ３５Ａ 型液壓導板抓斗。
圖1　薄型抓斗工作示意圖
2．2　施工條件及工藝流程
１）液壓抓斗法建造薄型防滲墻的技術適用于堅
硬土質和砂礫石中成槽，深度可達數１０ ｍ，不僅可以
降低施工成本，而且提高了施工速度，目前已被廣泛應
用，其優點是對地層的適應性強，尤其是在胡家畈水庫
除險加固工程的３００ ｍｍ 厚度防滲墻工程施工中，當
地的粘土土質，成槽速度快，１ 臺液壓抓斗在較淺槽段
最大功效達到２３０ ｍ２ ／ｄ。
施工場地應有足夠的抓斗與澆筑機械作業面，胡
家畈水庫原壩頂寬度只有６ ｍ，不能滿足需要，因此該
工程中進行壩頂降低處理，壩頂高程由１３２．３２ ｍ 降至
１３１．１ ｍ，擴寬壩頂作業面寬度。依據施工單位選用的
抓斗機型，在導向槽下游部分構建寬度不小于８ ｍ 的
抓斗作業平臺，上游部分約為４．５ ｍ 滿足混凝土運輸
車輛通行。其中作業面的承載力能否滿足需要尤為關
鍵，由于施工機械重量大，僅抓斗便重達數１０ ｔ，該工
程施工中產生了由于土基較軟而導致抓斗沉陷和移動
困難的問題，嚴重影響了施工安全和進度，為此不得不
額外增加７ ｍ ×５ ｍ ×０．０１ ｍ 的鋼板鋪墊在抓斗履帶
下方，以確保抓斗穩定、安全。同理，運輸道路也應在
準備階段整理牢固，如此，一般陰雨天氣不影響施工，
有利于確保工程如期完成并降低施工成本。
２）施工工藝流程見圖２。
2．3　質量控制
１）為控制施工精度，在防滲墻中心線走向開挖大
于墻體厚度的導向槽，并安導墻。挖槽過程中導墻如
果垮塌將會造成嚴重后果，如槽孔坍塌、抓斗被埋或者
卡死等，極易造成經濟損失與安全事故，因此必須保證
導墻的強度。該工程采用現澆鋼筋混凝土（Ｃ２０）導
墻，施工準備期間沿導墻內邊線將防滲墻劃分為Ⅰ、Ⅱ
圖2　混凝土防滲墻施工工藝流程圖
期兩類槽段，共計１７２ 個，采用紅油漆標識空位，用Ｌ
形角鋼制成限位器，以免抓挖不均造成斗體傾斜或者
孔內出現間隔“小墻”。所分槽段分兩期挖槽、澆筑混
凝土，即采用間隔分序法進行施工，先進行Ⅰ期槽段的
造孔和混凝土澆筑，然后進行Ⅱ期槽段的造孔和混凝
土澆筑。墻體的槽段劃分和連接如圖３ 所示。
圖3　防滲墻槽段劃分示意圖（單位：ｍ）
２）挖槽采用“純抓”，即用液壓抓斗直接抓取地
層。純抓不能達到施工需要，則采用“兩鉆一抓法”施
工，即用液壓抓斗與鑿巖重錘配合進行造孔施工。覆
蓋層和較軟的基巖用抓斗直接抓取，較硬的基巖用重
錘鑿碎后再用抓斗抓取。本工程采用“三抓法”成槽，
即每個槽段首先施工槽段兩端２．６ ｍ 的主孔，主孔完
成后再抓中部１．３ ｍ 的副孔，至終孔成槽。抓斗抓挖
作業時，采用膨潤土泥漿護壁。泥漿按照配合比要求
采用三級膨潤土拌制， 新制漿液性能指標密
度＜１．１ ｇ／ｃｍ３ 、漏斗粘度３０ ～９０ ｓ、濃度＞４．５％，均
符合設計要求。新制泥漿經過２４ ｈ 膨化后，利用供漿
管輸送至槽孔內使用，成槽及槽段澆筑過程中回收的
泥漿經凈化后可重復使用，部分無法再利用泥漿則排
入專用的廢漿池后再處理，避免出現泥漿污染。挖槽
過程中容易造成束孔、塌孔現象，尤其在孔口導墻處，
受到施工機械的壓力很大，嚴禁槽孔附近積水，泥漿要
避免大量漫出導墻，陰雨天氣要做好預防措施。
３）槽段終孔之后履行“三檢制”檢查驗收，采集留
２４
高　凱，等：薄型抓斗建造混凝土防滲墻工藝的應用２０１４ 年３ 月
存末抓斗內巖體芯樣，由監理確定巖層巖性，并最終確
定該施工槽段成槽深度。驗收合格后進行清孔換漿，
清孔采用抓斗抓取淤泥，換漿采用反循環法，即利用下
設泥漿泵抽漿，并及時用新鮮泥漿補充。清孔換漿結
束１ ｈ 后，經現場檢測達到下列標準：①孔底淤積厚度
通常為５０ ｍｍ 左右，符合規范要求的≤１０ｃｍ；②槽內
泥漿比重約１．０８， 粘度３０ ～３４ ｓ， 含砂量多為
１．０％ ～２．８％。
泥漿固壁的機理與槽孔穩定是個非常復雜的問
題，依據現有的泥漿護壁理論依據，通過本工程的現場
實踐證明，科學的采用泥漿護壁進行配合成槽施工，是
保證槽孔穩定最有效的方法。同時，含砂量越低越有
利于保持孔壁穩定和減少孔底淤積，而我國１９９６ 年
枟防滲墻規范枠規定的含砂量≤１０％則偏大，目前日本
的規范規定清空泥漿含砂量≤３％，因此一般地層均應
控制在較低范圍，建議有關部門研究修訂。
４）保證墻體的搭接質量，Ⅰ期槽段清空換漿完成
后可采用接頭管法進行槽段連接。接頭管采用直徑略
小于槽孔厚度的厚壁無縫鋼管，本工程多數槽孔設計
深度大于１５ｍ，因此，選用多節聯接可拆卸的接頭管。
“接頭管法”是目前防滲墻施工接頭處理的先進技術，
尤其適用于工期緊、墻體材料強度高的工程。雖然
“接頭管法”施工有一定的技術難度，常需要起重設備
和拔管機配合施工，但也有其他接頭連接技術無可比
擬的優勢：形成圓弧形接頭，墻體的上下和左右受力條
件好，形成有效連接；有利于延長滲徑，保證了墻體抗
滲要求。施工中使接頭管能夠垂直下到孔底，從而保
證了接頭孔的質量。Ⅱ期槽段清孔換漿結束前用鋼絲
繩吊掛配重鋼絲刷子緊貼接頭孔半圓形混凝土面，分
段反復提動刷洗，達到刷子上不帶泥屑，孔底淤積不再
增加即清洗合格。清孔換漿工作可以結束，４ ｈ 后必
須開始澆注混凝土，因故短期不能開澆，可灌注濃漿進
行防護處理，開澆前再進行清孔換漿。
可靠的墻段連接方法是保障墻體連續性和墻體質
量的關鍵。抓斗薄墻施工采用接頭管法，可以很好地
解決３０ ｃｍ 墻厚情況下的墻段連接問題，這也是抓斗
薄墻優于其他防滲技術的典型特性。
５）本工程防滲墻的墻體材料為普通剛性混凝土，
骨料級配粒徑較小，水泥含量大，具有良好的擴散性，
便于施工，利于保證墻體質量。各槽段混凝土澆筑全
部是在泥漿下進行的，采用直升導管法連續澆注，不得
中斷，避免了斷墻及夾泥層。兩套導管下設位置間距
為３ ｍ，分別與兩端槽段接頭距離控制在１．５ ｍ，可保
證自流式澆筑混凝土在孔底均勻擴散，導管底口與孔
底距離控制在２０ ｃｍ 左右。
混凝土按照配合比報告采用０．５ ｍ３ 雙軸強制式
拌和機進行拌制，配合比材料用量見表１。表1　大壩防滲墻混凝土設計配合比材料用量表
材料 水泥（ＰＯ．４２．５） 砂（江砂） 石頭（卵石） 水 用量／ｋｇ ３６５ ７８６ １ １００ １８０ 　　混凝土開澆采用“壓球滿管法”，即開始澆注前向
導管內置入可浮起的隔離球塞，澆注時先注入水泥砂
漿，隨即注入足夠的混凝土，待導管內充滿混凝土后上
提導管２０ ｃｍ，使混凝土下壓塞球從導管底口擠出并
埋住導管底端，避免混凝土與泥漿混合。澆筑過程始
終保持導管底口埋入混凝土，即１ ｍ ＜埋入深度≤６ｍ，
澆筑過程既不托管也不堵管。澆筑過程均連續完成，
因此，最長停滯時間沒有超過４０ ｍｉｎ。經現場測量混
凝土面平均上升速度為４．２１ ｍ／ｈ，高差均小于０．５ ｍ；
坍落度檢測結果均為１８ ～２２ ｃｍ， 擴散度為
３４５ ～３９０ ｍｍ，符合設計要求。
６）混凝土澆筑完成達到２８ ｄ 齡期以后，對留存的
試塊分別進行抗壓、抗滲檢測。①抗壓強度。共取抗
壓強度試塊１７２ 組，其中最小值為２２．３ ＭＰａ，最大值
為２８．２ ＭＰａ，平均值為２５．２５ ＭＰａ，合格率為１００％。
②抗滲標號。共取抗滲試塊５８ 組，抗滲標號均達
到Ｗ８。試驗結果表明，本工程混凝土性能指標符合
設計要求。
胡家畈水庫主壩混凝土防滲墻工程于２０１３ 年３
月１２ 日開工，于２０１３ 年６ 月３０ 日全部完成，防滲軸
線長度為１ ０７８ ｍ，成墻面積約２２ ３００ ｍ２ ，最深槽段達
到３３．３ ｍ。完工后，隨機在槽段連接處進行了現場開
挖探坑。檢查結果表明，露出的墻體接縫密實，接縫無
夾泥、脫開現象，墻面平整光滑，墻厚滿足要求，墻體整
體性強，滿足設計要求。
為了檢查墻體混凝土質量，隨機抽取規定數量的
槽段進行了鉆孔取芯檢查，所取混凝土芯樣表面光滑
完整，混凝土均勻密實，無蜂窩、麻面、混漿等現象。混
凝土芯樣抗壓強度檢測值在２０．７ ～２７．１ ＭＰａ 之間，抗
滲等級檢測結果全部≥Ｗ８，檢查結果表明該項工程
合格。
３　結　語
１）薄型抓斗成槽方法適用于粘土、砂土、卵石及
砂礫含量與粒徑在一定范圍內的土層，成槽深度的適
用范圍大（可達６０ ｍ 深），薄型抓斗的應用，大幅度地
提高了混凝土防滲墻的施工速度和工效。最新采用的
（下轉第２７ 頁）
２５
程　斌：水輪發電機定子鐵芯快速安裝２０１４ 年３ 月
段高；h 為按設計圖紙中的定子鐵芯疊壓后允許的最
大上浮值；n 為按設計圖紙中的定子鐵芯的段數。
式（２）提供了每小段疊壓前的段高值，根據H均相
應調節每段的段層數。在ＥＸＣＥＬ 表格中引入了相對
差X，這一數據將指導我們在第一次壓緊后怎樣加減
疊片，使定子每階段的段高和波浪度都能滿足設計要求。
按計式（２）及ＥＸＣＥＬ 表格數據分析，就有能實現
對鐵芯每小段段高的過程控制，從而完成在定子鐵芯
鐵片不分片的情況下的疊裝工作［２］ 。
按本文提出的方法，白蓮河水電站２ 號機定子鐵
芯疊片安裝只用了１５ ｄ，參與迭裝工作人員１２ 人，比
計劃工期提前了２５ ｄ，比傳統的散片、分片疊裝節約勞
動力１５ 人次，約合２０ 個臺班。在瀑布溝水電站２ 號
機定子鐵芯疊片安裝工期用了２２ ｄ，完成后沒有再加
減補償片。應當引起重視的是當采用這種快速疊裝辦
法時，專責工程師必須親臨現場監控，細心檢查，不使
錯片或壞片混入。每段段高數據必須錄入電腦計算，
并及時分析下段厚片或薄片的堆放位置，給工作人員
提供便利條件。
參考文獻：
［１］徐招才， 陳建農．水輪發電機組運行與維修［Ｍ］．北京：
中國計劃出版社， ２０１０
［２］盛國林．水輪發電機組安裝與檢修［Ｍ］．北京： 中國電力
出版社， ２００８
（上接第２２ 頁）
械設備。倉面組織合理主要有兩點：①按合理的布料
方法布料；②使用熟練的布料機指揮人員，并加強與倉
面澆筑指揮的溝通。
３　結　語
在藏木電站大壩混凝土施工中，施工單位對高寒
地區旋轉式布料機的布置方案、混凝土防分離措施、保
溫防風、混凝土性能要求、布料方法及設備管理等的成
功研究應用，加快了藏木電站大壩混凝土施工進度，經
統計３ 套布料機共澆筑了３０ 萬ｍ３ 混凝土，搶回了壩
基交面滯后影響的７．５ 個月工期，為藏木水電站能按
期發電奠定了基礎。同時，西藏高海拔高寒地區第一
次成功使用旋轉式布料機快速澆筑混凝土，也為今后
類似工程提供了經驗。
參考文獻：
［１］吉盛， 楊杰．高寒地區冬季混凝土施工保溫措施實施和優
化［Ｊ］．科技信息， ２０１２（２９）： ３３７ －３３９
［２］熊劉斌．皮帶機混凝土運輸系統在丹江口大壩加高工程中
的應用［Ｊ］．水利水電施工， ２００８（１）： ３３ －３６
［３］盛洪德．利用皮帶機澆筑混凝土（下）［Ｊ］．電站施工機械，
１９８０（２）： ４４ －５１
（上接第２５ 頁）
薄型混凝土防滲墻施工技術，墻體的厚度可達到１５ ｃｍ。
２）該法建造的防滲墻體連續，整體性、墻體質量
好，防滲效果好。
３）成本單價較適中，抓斗成槽的單價一般為
２４０ ～３００ 元／ｍ２ ，而采用常規防滲施工工藝，成墻厚度
８０ ｃｍ，則防滲墻的單價近１ ０００ 元／ｍ２ ，僅此一項便可
節約大量建設資金。因此，考慮到有效墻厚、完整性、
耐久性、漏水量等適用性因素，薄型抓斗建造防滲墻可
作為優選比對方案之一。
４）堅硬基巖的地層，薄型抓斗配備鑿巖重錘在基
巖中成槽的成功應用，解決了抓斗入巖的難題，且造孔
的孔形和速度均優于沖擊鉆機，使混凝土防滲墻施工
擺脫了常用的沖擊鉆機束縛，為抓斗成槽法的推廣應
用創造了條件。
５）墻體材料趨向于多樣化，目前有普通混凝土防
滲墻、粘土混凝土防滲墻、粉煤灰混凝土防滲墻、塑性
材料混凝土防滲墻、鋼筋或鋼纖維混凝土防滲墻、自凝
灰漿混凝土防滲墻、聚合物混凝土防滲墻等。今后進
一步提高墻體材料的強度，同時降低墻體材料的彈性
模量，將會擴大薄型混凝土防滲墻的應用范圍。
６）遇到淤泥和粉細砂地層采用抓斗成槽則不易
抓取，施工回次多、工效低、進尺慢，易造成浸泡時間
長，或者因砂層厚度過大則容易造成槽孔坍塌及埋斗
事故。建議采用射水成墻法或者氣舉反循環法輔助完
成該地層階段的施工。
７）機械設備租賃成本較高，需要加強抓斗等設備
的日常養護。為降低成本、縮短工期，可２４ ｈ 輪流施
工作業，注意機械冷卻降溫，盡量避開高溫高寒季節
施工。
８）吊裝設備的配置要合理，各項配套設施維護要
及時，避免因此類原因造成施工遲滯。
參考文獻：
［１］高鐘璞．大壩基礎防滲墻［Ｍ］．北京： 中國電力出版社，
２０００
［２］周維海．大壩防滲加固設計［Ｊ］．黑龍江水利科技， ２０１１，
３９（４）： １０１ －１０２
［３］韓旭光．水利工程防滲處理施工技術應用探析［Ｊ］．中國
新技術新產品， ２０１０（３）： １０８ －１０８
２７

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