塑性混凝土防滲墻在調(diào)蓄池工程中的應(yīng)用

□張祥振（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

1.工程概況

塑性混凝上是指用膨潤(rùn)土取代普通混凝土中的大部分水泥形成的一種柔性墻體材料，具有強(qiáng)度低、適應(yīng)變形好、施工速度快、成本較低、防滲可靠等特點(diǎn)，在鄭州市引黃灌區(qū)龍湖調(diào)蓄工程的龍湖調(diào)蓄池主池中得到了應(yīng)用。龍湖調(diào)蓄池防滲采用綜合防滲方案，即垂直防滲與水平防滲相結(jié)合。沿主池區(qū)湖岸布設(shè)一道塑性混凝土防滲墻（垂直防滲），在湖灣處取直。防滲墻軸線總長(zhǎng)度為23.38km，主池區(qū)湖周防滲墻軸線長(zhǎng)度為16.99km，湖心島內(nèi)外側(cè)防滲墻軸線長(zhǎng)度為6.39km。在地下水位以上的湖灣區(qū)池底采用壤土鋪蓋防滲（水平防滲）。湖灣區(qū)池底壤土鋪蓋與垂直防滲體緊密相連，共同組成一個(gè)防滲體。防滲墻墻頂部與湖周護(hù)岸體或湖底壤土鋪蓋緊密相連，墻底至相對(duì)不透水層以下0.5～1m，以滿足龍湖調(diào)蓄池工程的防滲要求。塑性防滲墻設(shè)計(jì)厚度為40cm，墻深≤50m。本文擬結(jié)合其中一個(gè)標(biāo)段對(duì)在冬季穿越細(xì)砂、粉細(xì)砂層地層的塑性混凝土防滲墻應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行探討。

2.防滲墻主要技術(shù)參數(shù)

2.1 混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)

塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)指標(biāo)見表1?；炷廖锢硖匦灾笜?biāo)要求為：入槽坍落度18～22cm；擴(kuò)散度34～40cm；坍落度保持15cm以上，時(shí)間≥1h；初凝時(shí)間≥6h；終凝時(shí)間≤24h。

2.2 原材料

2.2.1 水泥：水泥強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5，應(yīng)優(yōu)先選擇硅酸鹽水泥；

2.2.2 粗骨料：應(yīng)優(yōu)先選用天然卵石、礫石，其最大粒徑應(yīng)<40mm，含泥量應(yīng)≤1.0%，泥塊含量應(yīng)≤0.5%；

表1 塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)指標(biāo)表

2.2.3 細(xì)骨料：應(yīng)選用細(xì)度模數(shù)2.4～3.0范圍的中細(xì)砂，其含泥量應(yīng)≤3%，粘粒含量應(yīng)≤1.0%；

2.2.4 外加劑：減水劑、防水劑和引氣劑等的質(zhì)量和摻量應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)，并參照DL/T5100-1999的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

2.2.5 水：按JGJ63-2006的規(guī)定執(zhí)行；

2.3 配合比

設(shè)計(jì)塑性混凝土配合比如表2所示。在防滲墻生產(chǎn)性試驗(yàn)中，按照要求進(jìn)行混凝土室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定出合適的混凝土配合比。

表2 塑性混凝土配合比表

3.防滲墻工程的難點(diǎn)及對(duì)策

3.1 防滲墻工程施工難點(diǎn)

3.1.1 防滲墻工程量大，工期短，施工強(qiáng)度高，最大成墻施工強(qiáng)度達(dá)114840m3/月。高強(qiáng)度施工對(duì)施工方案選擇、輔助設(shè)施建造及運(yùn)行、施工資源投入、施工場(chǎng)面協(xié)調(diào)管理均提出了很高要求。

3.1.2 地質(zhì)情況復(fù)雜，防滲墻成槽施工需穿透兩層由細(xì)砂、粉細(xì)砂層構(gòu)成中密～密實(shí)地層，層最大厚度分別為13.2m和17.6m。細(xì)砂、粉細(xì)砂現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果平均值均在15擊以上，臨近相對(duì)不透水層部位達(dá)到39擊，此種地層內(nèi)采用純抓法成槽施工進(jìn)度難以保證；成槽施工過程中，地層內(nèi)存在的粉細(xì)砂將混入泥漿，造成泥漿含砂量過高，可能對(duì)清孔施工造成困難，造成墻底沉渣厚度過大且墻體澆筑質(zhì)量難以保證；中砂層和細(xì)砂層的滲透系數(shù)達(dá)1.5×10-02cm/s～7.3×10-02cm/s，加上成槽速度較快，槽壁穩(wěn)定性差，可能產(chǎn)生漏漿或塌孔。

3.1.3 根據(jù)總施工進(jìn)度安排，防滲墻工程的施工高峰期在冬季，冬季施工除對(duì)人員勞動(dòng)生產(chǎn)率產(chǎn)生影響外，對(duì)混凝土、泥漿、施工用水等均需采取防凍措施。

3.1.4 本工程施工場(chǎng)地臨近城市，對(duì)施工過程中的環(huán)保、水保措施要求較高。

3.2 防滲墻工程施工應(yīng)對(duì)對(duì)策

3.2.1 合理組織、保證高效施工

根據(jù)工程的特點(diǎn)，應(yīng)盡量縮短輔助設(shè)施建造時(shí)間，導(dǎo)墻、拌和站基礎(chǔ)等均采用早強(qiáng)混凝土澆筑，以盡快給主體工程施工提交工作面；采用先進(jìn)設(shè)備，造孔設(shè)備以抓斗為主，抓斗機(jī)械化程度高、成槽速度快，同時(shí)加大施工資源投入，保證施工進(jìn)度；對(duì)施工人員、設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，專門設(shè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度人員，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)配施工資源保證高效、高強(qiáng)度施工。

3.2.2 采用“兩鉆三抓”施工工藝，加入CMC和重晶石粉改善泥漿特性

針對(duì)細(xì)砂、粉細(xì)砂層構(gòu)成中密～密實(shí)地層造成的成槽困難、質(zhì)量難以保證，采用以下措施應(yīng)對(duì)：

3.2.2.1 采用“兩鉆三抓”法進(jìn)行施工，即鉆機(jī)鉆進(jìn)接頭孔，其余部分采用抓斗抓取，如遇到抓斗抓取困難的地層，立即停抓，采用鉆機(jī)打穿砂層，抓斗抓取兩主孔之間部分。該工藝?yán)米ザ泛豌@機(jī)等成槽設(shè)備聯(lián)合施工，充分利用各種設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，提高施工工效、加快成槽速度，同時(shí)也利于槽孔的穩(wěn)定。該工藝在三峽二期上游圍堰防滲墻工程、江蘇潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋北錨錠工程、河南小浪底防滲墻工程等眾多工程中均應(yīng)用成功，可確保施工質(zhì)量，并大幅度提高了施工工效，是一種先進(jìn)的施工工藝。

3.2.2.2 針對(duì)砂層成槽過程中泥漿含砂量過高，同時(shí)地層滲透系數(shù)較大，槽壁穩(wěn)定性差，可能產(chǎn)生漏漿等現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)情況，在泥漿拌制過程中加入一定量的CMC（羧甲基纖維素鈉）和重晶石粉，加大泥漿密度、粘度，增強(qiáng)泥漿懸浮固體顆粒的能力，并增大槽內(nèi)漿液壓力防止槽壁失穩(wěn)產(chǎn)生垮塌。施工過程中一旦發(fā)生漏漿現(xiàn)象，迅速組織人力、設(shè)備向槽內(nèi)投入粘土、碎石土、鋸末、水泥等堵漏材料，并及時(shí)向槽內(nèi)補(bǔ)漿，以避免塌槽事故的發(fā)生。

3.2.3 采取冬季防護(hù)措施，確保混凝土質(zhì)量

為保證冬季施工的工程質(zhì)量和進(jìn)度，采取的主要防護(hù)措施為：冬季漿水管路采用草席等物包裹或埋入凍土層以下的防凍保暖措施；泥漿站旁設(shè)空壓機(jī)，每隔一段時(shí)間對(duì)漿池進(jìn)行攪動(dòng)，防止泥漿上凍；在施工現(xiàn)場(chǎng)不需泥漿的時(shí)段，也要經(jīng)常開啟漿泵，使送、回漿管路處于循環(huán)狀態(tài)；設(shè)專人定時(shí)負(fù)責(zé)清理排漿溝和排水溝，防止?jié){渣上凍淤積，堵塞溝渠；采用溫水?dāng)嚢杌炷?，運(yùn)輸過程中在罐車罐體上包裹保溫材料，以保證混凝土入倉溫度滿足要求。由于防滲墻采用泥漿下直升導(dǎo)管法澆筑混凝土，混凝土澆入槽內(nèi)后即被泥漿隔離于地下，不采用保溫養(yǎng)護(hù)。

3.2.4 環(huán)保措施

根據(jù)防滲墻施工工藝的特點(diǎn)，施工最有可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染的就是使用過的固壁泥漿和施工中開挖出的廢渣。為保護(hù)周邊環(huán)境尤其是河水不受污染，在施工中采用先進(jìn)的造孔設(shè)備和泥漿凈化裝置，盡可能減少泥漿的排放量，對(duì)鉆渣及廢漿及時(shí)進(jìn)行處理，對(duì)生產(chǎn)廢水通過溝渠排放到廢漿池進(jìn)行沉淀處理。

4.防滲墻施工方案及施工工藝

4.1 防滲墻施工總體方案

通過上述對(duì)地質(zhì)情況和施工條件的綜合分析，本工程采用的施工總體方案如下：

4.1.1 防滲墻成槽開挖采用抓斗與鉆機(jī)聯(lián)合施工的“兩鉆三抓”法或“純抓”法。即槽段兩端接頭孔由GPS-10工程鉆機(jī)成孔，其余部分由抓斗直接抓取成孔或由抓斗三抓直接成槽。

4.1.2 固壁泥漿采用鈣基膨潤(rùn)土泥漿，根據(jù)需要適當(dāng)加入重晶石粉和CMC。

4.1.3 清孔采用泵吸反循環(huán)法置換新鮮泥漿清孔。

4.1.4 混凝土采用集中攪拌站拌制，6m3混凝土拌合車輸送混凝土。

4.1.5 泥漿下直升導(dǎo)管法澆筑混凝土。

4.1.6 采用“接頭管法”進(jìn)行槽段連接。

4.2 施工工藝

防滲墻施工分兩期進(jìn)行，先施工Ⅰ期槽段，再施工Ⅱ期槽段，防滲墻單元槽段施工程序框圖見圖1。防滲墻施工工藝流程包括：鉆機(jī)鉆進(jìn)接頭孔；抓斗抓取一期槽；清孔后下設(shè)接頭管；泥漿下直升導(dǎo)管法澆筑混凝土；起拔接頭管后抓斗抓取二期槽；澆筑二期槽混凝土。

圖1 防滲墻工程施工工藝流程框圖

5.墻段連接

墻段連接采用接頭管法。接頭管法是目前混凝土防滲墻施工接頭處理的先進(jìn)技術(shù)，采用接頭管法施工的接頭孔孔形質(zhì)量較好，孔壁光滑，不易在孔端形成較厚的泥皮，接頭易于刷洗，不留死角，可以確保接頭的接縫質(zhì)量；由于接頭管的下設(shè)，節(jié)約了套打接頭混凝土的時(shí)間，提高了工效。

接頭管法墻段連接施工程序?yàn)椋阂黄诓劭浊蹇讚Q漿結(jié)束后，在槽孔端頭下設(shè)接頭管，混凝土澆筑過程中及澆筑完成一定時(shí)段之內(nèi)，根據(jù)槽內(nèi)混凝土初凝情況逐漸起拔接頭管，在一期槽孔端頭形成接頭孔。二期槽孔澆筑混凝土?xí)r，接頭孔靠近一期槽孔的側(cè)壁形成圓弧形接頭，墻段形成有效連接。

6.結(jié)語

工程施工完畢后，由專門的工程質(zhì)量檢測(cè)中心對(duì)塑性混凝土防滲墻的槽孔和墻體的施工質(zhì)量進(jìn)行了檢查。槽孔終孔質(zhì)量檢查項(xiàng)目主要有深度、厚度和孔斜，墻體質(zhì)量檢查方法包括混凝土拌和機(jī)口或槽口隨機(jī)取樣檢查，芯樣室內(nèi)物理力學(xué)性能試驗(yàn)及墻體取芯檢測(cè)等。檢查結(jié)果表明，本工程混凝土防滲墻的總體施工質(zhì)量良好。