關于薄型塑性混凝土防滲墻抓斗成槽的技術研究

任秀峰

（北京金河水務建設集團有限公司，102206，北京）

一、技術簡介及特點

塑性混凝土是用黏土和膨潤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、極限應變大、變形適應力強、抗?jié)B性能好，同時還具有節(jié)約水泥、造價較低、施工方便等優(yōu)點。塑性混凝土防滲墻指利用鉆孔、挖槽機械，在松散透水的地基或壩（堰）體中以泥漿固壁，挖掘槽形孔，在槽（孔）內澆筑水下塑性混凝土建成的具有防滲功能的地下連續(xù)墻。薄壁液壓抓斗法防滲墻施工技術出現于20世紀90年代，適用于在堅硬的土壤與砂礫石中成槽，成槽深度可達70 m，每臺液壓抓斗成槽機的平均工效為125 m2/d。薄型塑性混凝土防滲墻抓斗成槽施工技術不僅能夠降低工程造價，而且可以提高工程施工速度，已在南水北調東線雙王城水庫工程中成功得到應用。

二、施工技術

1.工藝特點

薄型抓斗成墻工藝是采用斗寬＜0.4m的改裝薄型抓斗進行挖土開槽、泥漿護壁、澆筑塑性混凝土建成薄型防滲墻的工藝。形成的薄型防滲墻厚度小于40 cm，只有常規(guī)混凝土防滲墻的1/3～1/2；采用液壓抓斗挖鑿，三抓成槽，精度高，質量可靠，施工效率高，適用地質范圍廣，并可節(jié)省大量的混凝土及其他相關材料。

2.適⒚范圍

薄型塑性混凝土防滲墻抓斗成槽施工技術可用于土石壩及堤防地基的防滲處理、混凝土閘壩的地基防滲處理、土石圍堰堰體和堰基的防滲處理、病險水庫壩體和壩基處理等工程。

3.工藝原理

薄型塑性混凝土防滲墻抓斗成槽施工的基本原理是先構筑導墻，采用成槽機液壓導板抓斗沿導墻中心線成槽取土，取土同時補入相同體積的人造泥漿護壁；在成槽至設計深度時，通過成槽機進行一次掃孔、泵吸反循環(huán)二次清孔工序，清除槽底沉渣；此后，采用導管法澆搗水下混凝土。

4.施工工藝流程及操作要點

（1）施工工藝流程

薄型塑性混凝土防滲墻施工工藝流程如圖1。

（2）施工要點

①導墻

導墻采用現澆鋼筋混凝土結構，高度不宜低于1.0 m，要坐落在堅硬土層上，截面為L型。導墻內側寬為設計防滲墻寬加5～10 cm施工余量，墻面與縱軸線距離的允許偏差±10 mm，內外墻間距允許偏差±5 mm，導墻垂直度<5‰，墻頂保持水平。導墻混凝土自然養(yǎng)護到設計強度的70%以上時，方可進行成槽作業(yè)，在此之前禁止車輛和起重機等重型機械靠近導墻。現澆導墻分段施工時，水平鋼筋應預留連接鋼筋與鄰接段導墻的水平鋼筋相連接。導墻是液壓抓斗成槽作業(yè)的起始階段導向物，必須保證導墻的內凈寬度尺寸與內壁面的垂直精度達到有關規(guī)范的要求。導墻立模結束之后，澆筑混凝土之前，應對導墻放樣成果進行最終復核，并請監(jiān)理單位驗收簽證。導墻混凝土澆筑完畢，拆除內模板之后，應在導墻溝內設置上下兩檔、水平間距2 m的對撐，并向導墻溝內回填土方，以免導墻產生位移。

②泥漿

泥漿主要由水和膨潤土按一定比例混合配置而成。為使泥漿的性能滿足防滲墻施工的要求，需根據具體情況有選擇地加入適當外加劑，如CMC （羧甲基纖維素）、分散劑（Na2CO3，即純堿）等。制備膨潤土泥漿的性能指標見表1。

泥漿制備的技術要求如下：新制泥漿須經24 h膨化后才可使用；對槽內泥漿的漿面以下1.0 m處及槽底以上1.0 m處各取一次試樣測試，若不達標，要及時調整泥漿性能；泥漿攪拌生產時間不小于4 min，加料誤差不大于5%；每日測一次黏度和比重，澆注混凝土前再測一次，并做好泥漿檢測日志。

③抓取成槽

劃分單元槽時，每幅槽段寬度6 m，在經過一定施工時間，熟悉地質情況后，調整到7.5 m。

挖槽施工方法如下：要求場地平整堅實，滿足施工垂直度要求及施工安全要求；將成槽機就位，履帶與導墻垂直；邊開挖邊向導墻內泵送泥漿，保持液面在導墻頂面下30 cm左右；挖槽過程中，隨著槽深增大向槽內補漿，使泥漿面始終位于泥漿面標志處，直至槽底挖完；澆注混凝土前，要測定泥漿面以下1 m及槽底以上1 m處泥漿比重和含砂量，若比重大于1.20，則置換泥漿清孔；成槽后沉淀30 min，然后用抓斗直接撈渣清淤。

成槽機操作要領如下：抓斗出入導墻口時要輕放慢提，防止泥漿掀起波浪，影響導墻下方、后方的土層穩(wěn)定；在成槽機挖土時，懸吊機具的鋼索一定要呈垂直張緊狀態(tài)，不能松弛，保證挖槽垂直精度；單元槽段成槽完畢或暫停作業(yè)時，即令挖槽機離開作業(yè)槽段；嚴格遵照施工順序，先施工數段一期槽段，槽段兩端為接頭管，當混凝土澆注超過24 h后，再采用順作法施工二期槽段，槽段一端有接頭管，一端無接頭管；每一槽段都采用三抓成槽的方法施工。

④塑性混凝土澆筑

圖1 薄型塑性混凝土防滲墻施工工藝流程

表1 新鮮膨潤土泥漿主要性能指標

成槽后立即灌注混凝土，導管下口與槽底距離一般不大于25 cm，混凝土面上升速度不小于2 m/h?；炷磷詈鬂沧⒏叱掏ǔＲ叱鲈O計高程50 cm，并應高出導墻底200～300 mm，然后將浮漿鑿去。

設專人隨時測定混凝土面高度，并記錄混凝土灌注量，以確定拔管長度。首次埋管深不得少于1.0 m，一般控制在2～6 m為宜，最大不超過6 m。

采取以下措施控制防滲墻頂部浮漿層：根據實際槽深計算混凝土方量；用測繩量測混凝土面深度；要及時抽出泥漿，以防灌注混凝土達頂部時泥漿外流。

成槽后沉淀30 min，用抓斗直接撈渣清淤。當成槽后沉渣厚度和孔底附近泥漿達不到規(guī)范要求時，在導管中下入風管清渣，并更換槽孔內的稠泥漿，使泥漿比重小于1.2，沉渣厚度小于100 mm。

混凝土灌注關鍵在于首澆灌。要保證100%的成功率，必須采取如下措施：在承料斗導管口內置一球膽，兩輛混凝土車放料口對準承料斗口，同時放商品混凝土；置一活板封住首澆斗底口，讓商品混凝土迅速灌滿承料斗；將活板打開，使料斗內混凝土始終保持裝滿的條件下連續(xù)澆灌。每槽段應布設2～3個混凝土導管同時灌注，導管間距不宜大于3.5 m。

防滲墻接頭施工方法如下：在防滲墻成槽后，安放接頭管；混凝土澆注完成并具有一定強度后，利用吊車將接頭管拔出，一般在混凝土澆注3～4 h后拔高10 cm，之后每隔20～30 min拔動一次，每次拔高幅度不大于30 cm，待混凝土澆注時間達6～8 h，即混凝土達到初凝后，逐步將接頭管全部拔出。此外，相鄰二期槽段混凝土澆注前，須采用接頭刷子清刷管接頭。

表2 勞動力組織情況表

表3 機具設備表

三、勞動力及機具設備

每個作業(yè)班組配備的勞動力情況與機具設備情況見表2、表3。

四、質量控制

1.工程質量控制標準

（1）質量控制依據標準

質量控制依據標準為《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規(guī)范》（SL 174—2014）、《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T 5144—2015）。

（2）槽孔建造質量標準

①保證槽孔平整垂直，孔位中心允許偏差≤3%、孔斜率≤0.2%。

②槽孔質量檢查的項目和指標為：槽孔中心偏差≤±3%；槽孔孔深偏差不得小于設計孔深；孔斜率≤0.2%；槽孔寬滿足設計要求（包括接頭搭接厚度）。

③槽孔換漿質量標準為：清孔換漿結束1小時后，應達到下列清孔標準：孔底淤積厚度≤100 cm；當使用黏土泥漿時，孔內泥漿密度≤1.3 g/cm3，粘度≤30s，含砂量≤10%；當使用膨潤土泥漿時，應通過試驗確定質量標準。

④泥漿質量標準為：泥漿材料的黏土料的黏粒含量＞50%、塑性指數＞20、含砂量＜5%；膨潤土成品料的品質應符合石油工業(yè)部部頒標準《鉆井液材料規(guī)范》（GB/T 5005—2010） 中的規(guī)定；新制膨潤土泥漿或黏土泥漿性能指標，應分別符合《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規(guī)范》（SL 174—2014）表 5.0.8和表 5.0.9的規(guī)定；配制泥漿的水質應符合《混凝土用水標準》（JGJ 63—2006）第 3.1.1條的規(guī)定。

⑤塑性混凝土材料質量標準為：水泥標號應不低于32.5級，有抗凍要求時，應優(yōu)先選擇硅酸鹽水泥；商品膨潤土的質量須符合《鉆井液材料規(guī)范》（GB/T 5005—2010）的要求；粗骨料應優(yōu)先選用天然卵石、礫石，其最大粒徑應小于20 mm，含泥量應不大于1.0%，泥塊含量應不大于0.5%；細骨料應選用細度模數2.4～3.0的中粗砂，含泥量應不大于3%；減水劑、防水劑和加氣劑等外加劑的質量和摻量標準應經試驗，并參照《水工混凝土外加劑技術規(guī)程》（DL/T 5100—2014）的有關規(guī)定執(zhí)行。

2.質量保證措施

根據類似工程經驗，在防滲墻中心線部位進行生產性試驗，以確定造孔、固壁泥漿、墻體澆筑等施工工藝和相關參數；根據地質復勘資料編制槽孔軸線剖面圖，劃分槽段；設置地表水排水系統(tǒng)，防止地表水滲入槽內，以免影響泥漿性能、破壞孔壁穩(wěn)定；造孔時，孔內泥漿面應保持在導墻頂面以下30～50 cm；對漏失地層采取預防措施，發(fā)現泥漿漏失時應立即堵漏補漿；造孔結束后，應對造孔質量進行全面檢查，合格后方可進行清孔換漿；二期槽孔清孔換漿結束前，應使用略小于造孔鉆頭的刷子鉆頭分段刷洗混凝土孔壁上的泥皮，刷洗的合格標準為刷子鉆頭上基本不帶泥屑，孔底淤泥不再增加。

五、安全措施

①認真貫徹“安全第一，預防為主”的方針，根據國家有關規(guī)定、條例，結合施工單位實際情況和工程的具體特點，建成由專職安全員、班組兼職安全員及工地安全用電負責人組成的安全生產管理網絡，落實安全生產責任制，明確各級人員的職責，抓好工程的安全生產。②施工現場按防火、防風、防雷、防洪、防觸電等安全規(guī)定及安全施工要求進行布置，并完善布置各種安全標識。③各類房屋、庫房、料場等的消防安全距離須符合公安部門的規(guī)定，室內不堆放易燃品，在木工加工場、料庫等處嚴格禁煙，隨時清除現場的易燃雜物，不在有火種的場所或其近旁堆放生產物資。④氧氣瓶與乙炔瓶隔離存放，嚴格保證氧氣瓶不沾染油脂、乙炔發(fā)生器有防止回火的安全裝置。⑤施工現場的臨時用電嚴格按照《施工現場臨時用電安全技術規(guī)范》（JGJ 46—2005）的有關規(guī)定執(zhí)行。⑥電纜線路應采用“三相五線”接線方式，電氣設備和電氣線路必須絕緣良好，場內架設的電力線路須布置在專用電桿上，其懸掛高度和線間距須符合安全規(guī)定要求。⑦施工現場使用的手持照明燈使用36 V的安全電壓。⑧室內配電柜、配電箱前要有絕緣墊，并安裝漏電保護裝置。⑨建立完善的施工安全保證體系，加強施工作業(yè)中的安全檢查，確保作業(yè)標準化、規(guī)范化。

六、環(huán)保措施

①成立施工環(huán)境衛(wèi)生管理機構，在工程施工過程中嚴格遵守國家和地方政府有關環(huán)境保護的法律、法規(guī)和規(guī)章，加強對施工燃油、工程材料、設備、廢水、生產生活垃圾、棄渣的控制和治理，遵守防火及廢棄物處理的規(guī)章制度，做好交通環(huán)境疏導，充分滿足便民要求，認真接受城市交通管理，隨時接受相關單位的監(jiān)督檢查。②將施工場地和作業(yè)限制在工程建設允許的范圍內，合理布置、規(guī)范圍擋，做到標牌清楚、齊全，各種標識醒目，施工場地整潔文明。③對施工中可能影響到的各種公共設施制定可靠的防止移位和損壞的方案，將相關方案和要求向全體施工人員詳細交底，并在實施中加強監(jiān)測。④設立專用排漿溝、集漿坑，對廢漿、污水進行集中無害化處理，從根本上防止施工廢漿亂流。⑤定期清運沉淀泥沙，在泥沙、棄渣及其他工程材料的運輸過程中，做好防散落與防沿途污染措施；廢水除按環(huán)境衛(wèi)生指標處理達標外，要在當地環(huán)保部門指定地點排放；棄渣及其他工程廢棄物按工程建設方案在指定地點進行合理堆放和處置。⑥優(yōu)先選用先進的環(huán)保機械，并采取設立隔音墻、隔音罩等消音措施降低施工噪音到排放限值以下，盡可能避免市區(qū)夜間施工。⑦對施工場地道路進行硬化，并在晴天經常對施工通行道路灑水，防止塵土飛揚污染周圍環(huán)境。

七、應用實例及效益分析

1.工程概況

雙王城水庫位于山東省壽光市北部臥鋪鄉(xiāng)寇家塢村北廢棄水庫處，距市區(qū)約31km。壩基防滲采用塑性防滲墻方案，在全壩段9636m范圍內建造薄塑性混凝土防滲墻，其軸線位于庫內距圍壩軸線41.5m處，墻厚30cm，墻頂高程3.5m，成墻深度平均28m。

2.施工情況

根據設計要求，本工程必須先進行防滲墻施工，后進行大壩土方填筑，因此對防滲墻工程的推進速度要求較高。本工程采用液壓抓斗成槽施工，共投入成槽設備5臺（套），3個月建成7.5萬m2的薄型塑性混凝土防滲墻，為土方填筑施工打下良好基礎，完成了預期的進度及質量目標。

抓斗成槽技術的施工效率高，成槽質量好，縮短了施工工期，節(jié)約了施工管理成本，取得了良好的社會效益。建成的薄型塑性混凝土防滲墻，墻體寬度為30 cm，比寬度為40～60 cm的普通防滲墻節(jié)省約50%的混凝土；與普通混凝土相比，塑性混凝土用膨潤土取代了大部分水泥，每立方混凝土可節(jié)約水泥至少100 kg，按本標段工程7.5萬m2防滲墻計算，可節(jié)約混凝土1.12萬m3，節(jié)約水泥用量2 250 t，節(jié)約投資278萬元。

3.工程監(jiān)測㈦結果評價

該塑性混凝土防滲墻工程質量經質量監(jiān)督站、設計院、業(yè)主代表、現場監(jiān)理共同檢查，同時委托第三方檢測機構監(jiān)測，結果顯示，塑性混凝土的強度、彈性模量、滲透性等指標滿足設計要求；墻體連續(xù)性較好，達到設計規(guī)范要求。

八、意 義

薄型塑性混凝土防滲墻抓斗成槽施工技術不僅能夠降低工程造價，而且可以提高施工速度。尤其是在南水北調東線濟南～引黃濟青段雙王城水庫地下防滲墻施工中的成功應用，充分展現了其低成本、高效率的優(yōu)勢，對在不同水文地質條件下的水庫、大壩塑性混凝土防滲墻施工具有重要借鑒意義。