塑性混凝土防滲墻在土石壩中的應(yīng)用及其質(zhì)量控制

張猛 李利劍

摘 要：塑性混凝土是用黏土和膨潤(rùn)土取代普通混凝土中的大部分水泥形成的一種柔性工程材料。與普通混凝土相比，塑性混凝土彈性模量低、極限應(yīng)變大、能適應(yīng)較大變形、抗?jié)B性能好，同時(shí)還具有節(jié)約水泥、降低造價(jià)、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。因此，在國(guó)內(nèi)外被廣泛用作防滲墻墻體材料。本文對(duì)塑性混凝土防滲墻在土石壩中的應(yīng)用及其質(zhì)量控制進(jìn)行了相關(guān)的分析，以供大家參考借鑒。

關(guān)鍵詞：塑性混凝土；混凝土防滲墻；土石壩；質(zhì)量控制

引 言：混凝土防滲墻是水利工程中較普遍采用的一種地下連續(xù)墻。其利用專用的造槽機(jī)械設(shè)備成槽，并在槽孔內(nèi)注滿泥漿，以防孔壁坍塌，最后用導(dǎo)管在注滿泥漿的槽孔中澆注混凝土并置換出泥漿，筑成墻體。

1 塑性混凝土防滲墻的特點(diǎn)

塑性混凝土與我國(guó)早期防滲墻采用的黏土混凝土有本質(zhì)的區(qū)別。黏土混凝土僅是在配合比中加入了少量的黏土，水泥用量并未大幅度降低，摻加黏土的目的僅為了改善混凝土的和易性和便于鉆鑿接頭孔，并無降低彈性模量的目的。而塑性混凝土的特點(diǎn)是水泥用量較少，一般約為80～170kg/m3，另外還摻加部分黏土或（和）膨潤(rùn)土（塑性指標(biāo)較高），對(duì)其它材料用量的要求與一般混凝土基本相同。調(diào)整配比之后，這種材料的特點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度不高，一般可控制在R28=0.5～2MPa，彈性模量較低，一般可控制在E28=100～500MPa，滲透系數(shù)小（K=1×10-6～1×10-7cm/s）。塑性混凝土防滲墻則具有在低強(qiáng)度和低彈性模量下適應(yīng)地基應(yīng)力變化的特點(diǎn)，確保墻體不被外力破壞，而不需提高混凝土的等級(jí)或增加鋼筋籠，故能大大節(jié)省工程投資。

2 土石壩塑性混凝土防滲墻工程施工過程

2.1修建施工平臺(tái)及導(dǎo)向槽

在造孔過程中，為了防止鉆具撞擊孔口，槽孔的泥漿、廢水等在孔口處漫流.保護(hù)孔口的土體穩(wěn)定，防止坍塌，造孔前應(yīng)設(shè)導(dǎo)向槽。導(dǎo)向槽的軸線與防滲墻軸線平行，槽口寬度為1.0m，導(dǎo)墻寬0.8m，深15m。設(shè)置縱向受力鋼筋，以增大其拉應(yīng)力。施工平臺(tái)寬1lm，鋪15cm厚碎石以滿足安裝鉆機(jī)軌道的需要。

2.2槽段劃分及施工成槽

槽段的長(zhǎng)度應(yīng)盡量加長(zhǎng)，以減少槽段間接頭數(shù)量，提高墻體的整體性。宜采用沖擊鉆與液壓抓斗相結(jié)合的“兩鉆三抓”成槽方式，即用沖擊式鉆機(jī)鉆槽孔兩端的接頭孔，槽段中間部分用“三抓”完成。它的優(yōu)點(diǎn)是既保證了端孔的造孔精度，又可增加槽長(zhǎng)，充分發(fā)揮抓斗的效用，加快了施工進(jìn)度。沖擊鉆的特點(diǎn)是比較容易控制槽孔的垂直度。此外，沖擊鉆在槽內(nèi)成千上萬(wàn)次的沖擊作用和積壓作用，對(duì)基礎(chǔ)的密實(shí)度、同壁、防止槽壁坍塌和漏漿等起到了重要作用。同時(shí)，液壓抓斗的成槽和清孔速度快，容易控制槽孔的垂直度。在黏土層中采用空心鉆頭，將主孔依次沖擊到底，在碎石層、砂礫石、基巖地層采用“十”字形鑄鋼鉆頭鉆進(jìn)，抽砂筒出渣。

2.3混凝土澆筑

采用直升導(dǎo)法澆筑水下混凝土，導(dǎo)管直徑為220mm為宜，每個(gè)槽段設(shè)2組導(dǎo)管，間距為2.5m，導(dǎo)管和槽口與儲(chǔ)料斗連接，由混凝土輸送泵往儲(chǔ)料斗送料。開澆前，導(dǎo)管內(nèi)應(yīng)設(shè)置可以浮起的隔離塞球，初澆前先將料斗口用帶鋼繩鋼板封閉，向料斗內(nèi)泵入一盤砂漿，再注滿混凝土，然后同時(shí)拉開封底鋼板，料斗內(nèi)混凝土同時(shí)推擠皮球，通過皮球?qū)⒛酀{從導(dǎo)管底部排出。預(yù)計(jì)混凝土到孔底后沖擊鉆機(jī)輕提料斗，使皮球從導(dǎo)管底端浮出，混凝土填埋管底，并保證導(dǎo)管初次埋深不小于50cm。因此在澆筑前要計(jì)算好上次封底的混凝土方量，導(dǎo)管封底后應(yīng)隨即向料斗內(nèi)注入混凝土。在澆筑過程中，控制各料斗均勻下料，并根據(jù)混凝土上升速度起拔導(dǎo)管，導(dǎo)管埋混凝土的深度保持在1.0～6.0m?；炷凉?yīng)強(qiáng)度滿足t升速度不小于2m/h的要求。

2.4泥漿固壁

塑性混凝土防滲墻施工過程中，固壁泥漿直接影響施工進(jìn)程和槽壁穩(wěn)定，并能起到冷卻鉆頭、潤(rùn)滑鉆具、懸浮巖屑以及防止坍孔的作用。覆蓋在壁面上的泥皮的約束作用及滲入槽壁土層內(nèi)泥漿所起的對(duì)地層的固結(jié)作用，不僅有利于防止槽壁土顆粒坍落，還可減少地層變位和增加壁面強(qiáng)度。同時(shí)，泥漿本身又具有一定的抗剪強(qiáng)度，如同穩(wěn)定塑性體，能發(fā)揮其被動(dòng)抵抗力作用支撐槽壁。這些因素的綜合作用，保證了槽壁的穩(wěn)定。

2.5清孔換漿

抓斗在抓孔過程中，會(huì)有部分細(xì)砂或其他巖渣懸混在泥漿中，然后逐漸沉淀到底孔。抓斗在挖掘槽底部時(shí)也會(huì)遺留少部分細(xì)砂和巖渣，這些淤積物都必須在混凝土澆筑前清理干凈，否則，會(huì)給墻體質(zhì)量帶來危害。造孔結(jié)束以后，經(jīng)檢驗(yàn)、檢測(cè)、終孔合格后，需進(jìn)行清孔換漿。清孔換漿可先用反循環(huán)泵吸法或氣舉法，先采用抓斗撈取槽孔大部分淤積和大顆粒沉渣，然后用泥漿槽底正循環(huán)置換法清孔。

2.6墻體塑性混凝土澆筑

塑性混凝土的澆筑采用泥漿下直升導(dǎo)管法，導(dǎo)管采用直徑為250mm的鋼制導(dǎo)管，絲扣連接，導(dǎo)管安裝用16t吊車或沖擊鉆輔助下設(shè)。一期槽端導(dǎo)管距孔端或接頭管間距為1～1.5m，二期槽間距不大于3.5m，每孔設(shè)3套導(dǎo)管。開澆前導(dǎo)管內(nèi)的隔水栓為球塞方式，導(dǎo)管料斗下部用隔板蓋住，導(dǎo)管距孔底的距離大于球塞的直徑，以使?jié)仓炷習(xí)r球塞能被擠出導(dǎo)管口?；炷凛斔捅脤⑺苄曰炷了椭敛劭诖髢?chǔ)料斗。再經(jīng)溜槽分流至各導(dǎo)管料斗，儲(chǔ)料斗和導(dǎo)管漏斗盛滿混凝土后提出隔板進(jìn)行正常澆筑。

2.7槽段連接

墻段連接采用接頭管法，即在一期槽孔澆筑前在槽孔兩端下設(shè)鋼管，待混凝土初凝后，按一定的速度將其拔起，形成混凝土接頭孔。采用接頭管法有許多優(yōu)點(diǎn)，比如，能節(jié)省混凝土澆筑量，槽段之間易連接，二期槽孔容易用鋼絲刷清除表面泥皮等；缺點(diǎn)是提拔導(dǎo)管的阻力較大，受槽孔深度限制如掌握不好混凝土初凝時(shí)間容易造成堵管及混凝土坍落。

3 土石壩塑性混凝土防滲墻施工質(zhì)量控制措施

3.1槽孔深度控制

防滲墻的墻底高程達(dá)到插入相對(duì)不透水層以下2.0m，沖擊鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)，要根據(jù)地質(zhì)報(bào)告將鉆孔鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)底高程，采用重垂法測(cè)量實(shí)際孔深。此外，液壓抓斗抓深應(yīng)由實(shí)際取樣決定，每抓出一斗，觀察取出的巖樣，確定地層成分。每抓都要抓取巖樣；取出的巖樣要保存，以便確定相對(duì)不透水層頂面高程。

3.2塑性混凝土原材料質(zhì)量控制

原材料的質(zhì)量是決定工程質(zhì)量的關(guān)鍵。在施工中，對(duì)于組成塑性混凝土的各種材料，嚴(yán)格按規(guī)定要求進(jìn)行檢驗(yàn)，不合格的材料絕不允許進(jìn)入工地。水泥和膨潤(rùn)土每批材料都必須有出廠檢驗(yàn)單，并取樣按批量送試驗(yàn)室檢驗(yàn)。進(jìn)場(chǎng)的膨潤(rùn)土、水泥以及黏土均應(yīng)采取防潮措施，鋼筋采取防銹措施。施工拌制塑性混凝土所用水采用清水泵抽取的井水，并對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)。砂石骨料每500m3，進(jìn)行一次包括篩分、含泥量、泥塊含量、含水量、飽和面干吸水率及有機(jī)質(zhì)含量在內(nèi)的全面分析，以確保原材料質(zhì)量。

3.3嚴(yán)格執(zhí)行塑性混凝土配合比

塑性混凝土各原材料用量要嚴(yán)格執(zhí)行施工配合比，嚴(yán)禁不用稱量?jī)x器而直接憑經(jīng)驗(yàn)上料。混凝土拌和前要對(duì)砂、石骨料的含水率進(jìn)行測(cè)定，據(jù)此來調(diào)整骨科和水的實(shí)際用量；在澆筑混凝土的過程中，也要經(jīng)常檢測(cè)砂、石骨料的含水量情況。

塑性混凝土在配合比方面的特點(diǎn)是水泥用量較少，一般約為80～170kg/m3，此外還需摻加部分黏土或（和）膨潤(rùn)土（塑性指標(biāo)較高），對(duì)其它材料用量的要求與一般混凝土基本相同。有關(guān)試驗(yàn)表明，只摻加膨潤(rùn)土的塑性混凝土、只摻加黏土的混凝土和同時(shí)摻加膨潤(rùn)土和黏土的塑性混凝土的三種混凝土具有不同的效果。

要配制出具有較低彈性模量和較高強(qiáng)度的塑性混凝土應(yīng)采用只摻加膨潤(rùn)土的塑性混凝土較好，但影響塑性混凝土防滲墻彈性模量的因素較多，如黏土和膨潤(rùn)土的黏粒含量和塑性指標(biāo)、水泥的標(biāo)號(hào)和品種、骨料的粒徑和硬度（各種試驗(yàn)表明，骨料粒徑大的塑性混凝土所能承受的強(qiáng)度和變形能力比骨料粒徑小的塑性混凝土要小得多，即在塑性混凝土中宜選擇一級(jí)配的粗骨料）、外加劑的型號(hào)和摻量等。這就決定了塑性混凝土配合比設(shè)計(jì)的難度和復(fù)雜性，需要花費(fèi)更多的時(shí)間和人力物力。同時(shí)，基礎(chǔ)防滲墻工程往往從工程一開始就組織施工（基礎(chǔ)工程施工是關(guān)鍵工序），因此為確保工程的正常順利開展，設(shè)計(jì)單位應(yīng)事先根據(jù)當(dāng)?shù)氐纳笆橇虾退嗥贩N進(jìn)行塑性混凝土的室內(nèi)配合比試驗(yàn)，確定塑性混凝土防滲墻的配合比。塑性混凝土防滲墻還有其它指標(biāo)，如滲透系數(shù)或抗?jié)B標(biāo)號(hào)、坍落度、擴(kuò)散度等，在工程施工中，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)提供的配合比和技術(shù)要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)混凝土配合比的復(fù)核試驗(yàn)，以確定塑性混凝土施工配合比和最佳施工參數(shù)。

3.4稱量系統(tǒng)

塑性混凝土的拌和系統(tǒng)具有先進(jìn)精確性能的稱量系統(tǒng)，使用PK124型配料控制器和HD1500型順序配料控制器自動(dòng)控制單位混凝土所用的原材料，稱量精度達(dá)到0.1%。攪拌前，將砂、石骨料單盤用量數(shù)值輸入配料控制器，則料斗內(nèi)的砂、石骨料由動(dòng)力傳感器傳遞信號(hào)給控制器，當(dāng)稱量為斗內(nèi)的材料重量達(dá)到設(shè)定數(shù)值時(shí)，配料控制器自動(dòng)停止上料。水泥、黏土和膨潤(rùn)土用人工方法上料，單盤黏土摻入量取整數(shù)值，以整袋數(shù)摻入，水泥和膨潤(rùn)土則由專人稱量單盤摻入量。拌和用水量由時(shí)間繼電器自動(dòng)控制，供水裝置的供水能力為9.23L/s，輸入單盤用水量的供水時(shí)間，當(dāng)供水達(dá)到設(shè)定值時(shí)就會(huì)自動(dòng)停止供水。

3.5塑性混凝土入導(dǎo)管前的質(zhì)量控制

塑性混凝土由混凝土攪拌機(jī)拌和后經(jīng)過混凝土輸送泵。再由混凝土輸送管道輸送到分料盤。分料盤的設(shè)置要使分料斗的位置高出澆筑導(dǎo)管上口，分料盤設(shè)有3股分料斗，分別連接在3根導(dǎo)管的上入口處。為保證導(dǎo)管內(nèi)混凝土面高度保持一致，塑性混凝土到達(dá)分料盤后，經(jīng)3根導(dǎo)管同時(shí)進(jìn)入槽孔。澆筑時(shí)，分料盤由兩名澆筑員看守，當(dāng)混凝土進(jìn)入分料盤后，如發(fā)現(xiàn)有超徑的石料或未攪拌開的水泥團(tuán)，即用鐵鍬鏟除，不合格的物料嚴(yán)禁進(jìn)入導(dǎo)管。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，塑性混凝土防滲墻相比于傳統(tǒng)的混凝土防滲墻結(jié)構(gòu)而言，具有成本低、成墻質(zhì)量高、成墻整體性好、厚度均勻連續(xù)、質(zhì)量可靠、防滲效果好、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)。因此，就需要我們?cè)谑┕ぶ羞M(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)質(zhì)量的控制，以擴(kuò)大塑性混凝土防滲墻在水利工程中的應(yīng)用力度。

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