塑性混凝土截滲墻在張莊橡膠壩中的應(yīng)用

孫海超

塑性混凝土截滲墻在張莊橡膠壩中的應(yīng)用

孫海超

塑性混凝土截滲墻作為一種20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的新型防滲技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。塑性混凝土是在普通混凝土中摻加了粘土、膨潤(rùn)土、粉煤灰等，使水泥用量更少。其主要特點(diǎn)是彈性模量及強(qiáng)度低、防滲性能好、與周?chē)馏w變形協(xié)調(diào)能力強(qiáng)等。塑性混凝土截滲墻的主要控制指標(biāo)為：彈性模量、抗壓強(qiáng)度、模強(qiáng)比、滲透系數(shù)等。

一、工程概況

張莊橡膠壩位于山東省臨沂市河?xùn)|區(qū)湯河鎮(zhèn)后張莊村東的湯河上，是一座攔蓄水資源、改善生態(tài)環(huán)境的中型攔蓄水建筑物，正常蓄水位為62.5m，一次蓄水量為95.74萬(wàn)m3，回水長(zhǎng)度7.0km，水面面積0.64km2。橡膠壩總寬131.5m，共2節(jié)，單節(jié)寬65.0m。正常蓄水位62.50m，橡膠壩壩高3.5m，設(shè)計(jì)內(nèi)壓比1.35，壩底板高程59.00m。

橡膠壩壩址處地質(zhì)情況自上而下依次為：

（1）層礫質(zhì)粗砂（Q4al+pl）：黃褐色，松散，濕～飽和，主要成分為石英、長(zhǎng)石，主要分布在河床表層，為新近沖填土，層厚2.2～3.6m。

（2）層壤土（Q4al+pl）：褐黃、黃褐色，可塑～硬可塑狀態(tài)，含較多中粗砂，局部為砂壤土，分布于河床兩側(cè)，層厚0.3～2.8m。

（3）層中粗砂（Q4al+pl）：黃褐色，稍密～中密，飽和，主要成分為石英、長(zhǎng)石，偶見(jiàn)礫石，分布于整個(gè)場(chǎng)地中上部，層厚3.0～6.4m。

（4）層礫質(zhì)粗砂（Q3al+pl）：黃褐色，中密～密實(shí)，飽和，主要成分為石英、長(zhǎng)石，礫石粒徑一般為2～5cm，分布于整個(gè)場(chǎng)地底部，層厚4.5～16.0m。

砂巖（KdT）：為白堊系大盛群田家樓地層，暗紅色～紅褐色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，局部為泥質(zhì)粉砂巖。強(qiáng)風(fēng)化帶厚約2.5～3.8m，層底高程為38.89～39.55m，巖石較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈碎塊狀，錘擊聲啞，手可折斷，巖體類(lèi)別為Ⅴ類(lèi)。其下為弱風(fēng)化帶，巖石稍堅(jiān)硬，較完整，巖芯呈短柱～長(zhǎng)柱狀，取芯率約70%～80%，該層未揭穿，巖體類(lèi)別為Ⅲ～Ⅳ類(lèi)，具弱透水性。

二、塑性混凝土截滲板墻應(yīng)用

1.截滲設(shè)計(jì)

橡膠壩壩址處地層主要為中粗砂、礫質(zhì)粗砂，厚4.5～13.5m，透水性強(qiáng)。為滿足滲流穩(wěn)定、減小滲流量，設(shè)計(jì)采用塑性混凝土截滲板墻方案截滲。截滲墻設(shè)于鋪蓋前端齒墻處，橫向截滲至湯河兩岸堤防堤腳處共217.2m，截滲板墻厚400mm，截滲板墻頂高程為62.5m（設(shè)計(jì)擋水位），底高程深入強(qiáng)風(fēng)化巖面下0.2mm。塑性混凝土板墻截滲立面如圖1所示。

根據(jù)工程地質(zhì)條件，中粗砂、礫質(zhì)粗砂的彈性模量可取E=175～230MPa，塑性混凝土截滲板墻設(shè)計(jì)參數(shù)為：

抗壓強(qiáng)度：3.0MPa≤P≤5.0MPa

模強(qiáng)比：100≤Es/P≤500

滲透系數(shù)：k≤1×10-7cm/s

彈性模量：700≤E≤1000MPa

2.塑性混凝土截滲板墻配合比

塑性混凝土特性隨著原材料組成不同而差別巨大，導(dǎo)致塑性混凝土配合比設(shè)計(jì)工作量大且復(fù)雜。塑性混凝土配合比設(shè)計(jì)參考以下原則：

（1）所選的配合比應(yīng)使混凝土具有較小的模強(qiáng)比。設(shè)計(jì)的配合比最好使混凝土模強(qiáng)比小于100，不應(yīng)使混凝土模強(qiáng)比大于500。

（2）截滲墻體的彈性模量為其相鄰?fù)馏w彈性模量的4～5倍為宜，最大不宜超過(guò)10倍。

（3）每立方米塑性混凝土水泥用量以100～150kg為宜，最多不超過(guò)200kg。

（4）為提高塑性混凝土的和易性，塑性混凝土的用水量要大，當(dāng)膨潤(rùn)土和黏土采用濕摻法時(shí)，水灰比多大于2，一般多為3～6，有時(shí)可達(dá)到4～10。

圖1 塑性混凝土板墻截滲立面圖

表1 塑性混凝土配合比材料表

圖2 塑性混凝土截滲板墻施工工藝流程圖

表2 泥漿配合比表

（5）對(duì)于永久性工程，為了增加塑性混凝土截滲墻的后期強(qiáng)度和降低其滲透系數(shù)，可摻入適量粉煤灰。

經(jīng)不同配比的原材料摻量試驗(yàn)、檢測(cè)，本工程塑性混凝土截滲板墻原材料用量如表1。

經(jīng)檢測(cè)，塑性混凝土性能：彈性模量E=817.3MPa，抗壓強(qiáng)度P=4.56MPa，模強(qiáng)比E/P=179，滲透系數(shù)k=5.46×10-8cm/s，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.塑性混凝土截滲板墻施工

（1）施工工藝

施工工藝流程如圖2。

（2）導(dǎo)向槽

導(dǎo)向槽間距為500mm，斷面為0.3m ×0.5m，C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，布設(shè)4根Φ18鋼筋。

（3）泥漿制備

該工程采用Ⅱ級(jí)鈣基膨潤(rùn)土泥漿進(jìn)行護(hù)壁，分散劑為工業(yè)碳酸鈉（Na2CO3），降失水增粘劑為中粘類(lèi)羧甲基纖維素鈉，采用湯河河水。根據(jù)施工規(guī)范及以往經(jīng)驗(yàn)確定泥漿配合比，見(jiàn)表2。

（4）成槽施工

成槽施工是截滲墻施工關(guān)鍵工序，制約著施工工期和施工質(zhì)量。選用GB46型液壓抓斗臺(tái)車(chē)成槽，液壓抓斗臺(tái)車(chē)是一種先進(jìn)的地下連續(xù)墻成槽機(jī)械，其成槽精度高、效率高。根據(jù)土層條件，本標(biāo)段截滲板墻施工共劃分為22個(gè)單元槽段，一個(gè)槽段長(zhǎng)10m，先施工奇數(shù)段板墻，再施工偶數(shù)段板墻。

（5）水下澆筑混凝土

水下澆筑混凝土采用直升導(dǎo)管法澆筑，25t汽車(chē)吊機(jī)配合?；炷劣蓴嚢柢?chē)運(yùn)至孔口，通過(guò)漏斗和導(dǎo)管入槽，混凝土澆筑過(guò)程連續(xù)進(jìn)行，混凝土上升速度保持不低于2m/s。

（6）截滲墻槽段連接

兩期槽段的連接采取接頭管法，接頭管分節(jié)安裝，插銷(xiāo)連接，采用液壓拔管機(jī)起拔。

4.工程效果

張莊橡膠壩建成蓄水后，充分發(fā)揮攔蓄水作用，蓄水位、回水長(zhǎng)度等都達(dá)到設(shè)計(jì)要求，工程效益明顯。

三、結(jié)語(yǔ)

塑性混凝土截滲板墻能更好地適應(yīng)地基變形，大大減小墻體內(nèi)的應(yīng)力，避免開(kāi)裂。該截滲技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵在于選擇適合工程地質(zhì)條件的塑性混凝土配合比，選用合理的施工工藝。塑性混凝土截滲墻在該工程的應(yīng)用，成功解決了中粗砂、礫質(zhì)粗砂強(qiáng)透水層的滲漏問(wèn)題，工程經(jīng)過(guò)兩年運(yùn)行，塑性混凝土截滲板墻對(duì)提高其蓄水能力效果顯著，對(duì)今后類(lèi)似工程的地基處理具有借鑒意義■

（作者單位：山東省臨沂市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院276000）

（專(zhuān)欄編輯：顧梅）