塑性混凝土防滲墻在平原水庫工程中的應(yīng)用

王 記，王梓任，褚 峰

（北京金河水務(wù)建設(shè)集團(tuán)有限公司，102206，北京）

一、工程概況

雙王城水庫位于山東省濰坊市北部，距離黃河入海口80 km，水庫大致為梯形，最大壩高12.5 m,設(shè)計(jì)最高蓄水深度9.0 m， 總庫容6 150 萬m3。水庫工程垂直防滲采用塑性混凝土防滲墻， 防滲墻軸線平行壩軸線，距圍壩軸線41.5 m， 平均深度28 m，厚度30 cm，防滲墻頂高程3.5 m。

二、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

1.工程地質(zhì)條件

防滲墻地層上部為第四系全新統(tǒng)沖積堆積（Q4m）的裂隙黏土、壤土、砂壤土，地層下部為第四系上更新統(tǒng)海積堆積（Q3m）的砂壤土、壤土。 地層具體地質(zhì)概況見表1。

2.水文地質(zhì)條件

庫區(qū)淺層地下水為鹵水，以氯化鈉型鹵水為主，類型為第四系松散層孔隙潛水， ①～⑧層土含水層滲透系數(shù)為0.68～10.97m/d。⑨層為相對(duì)不透水地層，滲透系數(shù)為0.03～0.11 m/d，該土層作為水庫庫盤防滲土層，壩體塑性混凝土垂直防滲墻底部插入⑨層壤土。

防滲墻地層地下水礦化度范圍值3.00～87.72 g/L，pH 值7.39～8.35，全硬度457.2～17 119.8 mg/L， 防滲墻地層地下水質(zhì)差，屬于咸水～鹵水，地下水對(duì)施工護(hù)壁泥漿有破壞作用。

三、塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)

水庫垂直防滲采用塑性混凝土防滲墻，防滲墻沿壩軸線內(nèi)側(cè)布置，防滲墻下部插入⑨層壤土，防滲墻上部與壩體復(fù)合土工膜連接，防滲墻與庫內(nèi)⑨層壤土、壩體復(fù)合土工膜形成平原水庫完整防滲體系。 防滲墻軸線平行于壩軸線，距圍壩軸線41.5 m，防滲墻底部插入⑨層壤土，垂直深度平均為28 m，防滲墻厚度為30 cm， 防滲墻頂高程3.5 m。 塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)指標(biāo)見表2

表1 地層地質(zhì)概況

四、塑性混凝土防滲墻施工

1.施工準(zhǔn)備

（1）塑性混凝土配合比設(shè)計(jì)

塑性混凝土具有大應(yīng)變、 低彈模、低強(qiáng)度特性，相對(duì)普通混凝土有很好地適應(yīng)變形能力。 本工程塑性混凝土配合比數(shù)值由山東省水利科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)中心完成確定， 水泥用量為140 kg/m3，通過摻加膨潤土、外加劑等材料， 配合比滿足低彈模、 低強(qiáng)度要求， 塑性混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)、彈模、強(qiáng)度、抗?jié)B等參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。

（2）試驗(yàn)段施工

實(shí)驗(yàn)槽段選擇21～24 號(hào)槽段，總長42 m，實(shí)驗(yàn)段完成后經(jīng)山東省水利設(shè)計(jì)院檢測(cè)中心高密度電法進(jìn)行成墻檢測(cè)，墻體連續(xù)，成墻質(zhì)量較好。 現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)規(guī)范及設(shè)計(jì)留置彈模、抗?jié)B、抗壓試塊，經(jīng)檢測(cè)，參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)過試驗(yàn)段施工確定了施工工藝參數(shù)：采用液壓抓斗三抓成槽，槽段按每段7 m 劃分， 泥漿黏度32～50 s，泥漿比重小于1.15。

（3）施工道路及地面硬化

防滲結(jié)構(gòu)施工期間為滿足成槽機(jī)、吊車等大型設(shè)備施工的要求，沿施工防滲墻邊做8 m 寬道路兼施工平臺(tái)，鋪設(shè)40cm 厚磚渣及碎石，碾壓合格，場(chǎng)地滿足施工設(shè)備要求。 在現(xiàn)場(chǎng)每隔300m 開挖砌筑一個(gè)200m3左右的泥漿池。

2.施工工藝

塑性混凝土防滲墻采用液壓抓斗成槽、直升導(dǎo)管法進(jìn)行水下塑性混凝土澆筑。 抓槽時(shí)先建造導(dǎo)墻，為抓斗成槽提供導(dǎo)向，同時(shí)防止槽孔上部槽壁坍塌。 成槽機(jī)就位，履帶垂直防滲墻軸線，抓斗沿導(dǎo)墻中心抓土，泥漿護(hù)壁。 在挖槽至⑨層壤土下1 m，且深度不小于28 m 后結(jié)束槽孔挖土，槽孔靜置沉渣后，通過抓斗進(jìn)行抓槽清孔，清除槽底沉渣；清槽換漿完成后，進(jìn)行水下塑性混凝土澆筑。 塑性混凝土防滲墻施工工藝流程見圖1。

表2 塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)參數(shù)

3.導(dǎo)墻施工

導(dǎo)墻是成槽尺寸偏差控制的重要保證， 在工程實(shí)踐中由于導(dǎo)墻施工內(nèi)側(cè)凈尺寸偏小、導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)偏小、導(dǎo)墻回填不密實(shí)，造成抓斗破壞導(dǎo)墻，導(dǎo)墻下部土方塌槽，影響防滲墻成墻質(zhì)量。 另外本水庫地層大部分為砂壤土， 成槽過程中上部砂壤土受到振動(dòng)易產(chǎn)生液化塌槽。 根據(jù)地質(zhì)情況確定防滲墻導(dǎo)墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 混凝土強(qiáng)度C20，結(jié)構(gòu)配φ12@250 鋼筋網(wǎng)。 導(dǎo)墻采用“┓┏”形，結(jié)構(gòu)厚30cm，深度100cm，頂寬60 cm。導(dǎo)墻內(nèi)側(cè)凈寬為36 cm，比設(shè)計(jì)墻厚（30 cm）增加6 cm。 導(dǎo)墻縱軸線允許偏差±10 mm， 導(dǎo)墻內(nèi)凈寬允許偏差±5 mm，導(dǎo)墻側(cè)壁垂直度＜4‰。

圖1 塑性混凝土防滲墻施工工藝流程

4.泥漿生產(chǎn)

（1）泥漿的制備

普通泥漿配比適用于地層為普通地下水的情況，本水庫工程地處沿渤海灣鹽堿地，地下水為鹵水，對(duì)普通泥漿有破壞作用，地下鹵水引起槽內(nèi)泥漿性能下降，達(dá)不到護(hù)壁效果。根據(jù)地下水的實(shí)際情況， 通過試驗(yàn)確定泥漿配比，在泥漿中加入適量的CMC分散劑，改善泥漿性能，改善后泥漿的性能滿足地下鹵水條件下的防滲墻施工要求。 新配泥漿性能如表3。

（2）泥漿制備的技術(shù)要求

①新制泥漿經(jīng)24 小時(shí)膨化后再使用。

②對(duì)槽內(nèi)泥漿頂面下1.5 m 處及泥漿底面以上1.5 m 處取樣檢測(cè)，性能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，進(jìn)行泥漿處理再利用或者廢棄。

③泥漿攪拌時(shí)間大于5 分鐘，配比計(jì)量重量誤差小于5%。

④每12 小時(shí)測(cè)一次泥漿黏度和比重，塑性混凝土灌注前再測(cè)一次。

（3）泥漿系統(tǒng)的布置

新鮮泥漿由泥漿攪拌機(jī)攪拌生產(chǎn)，通過泥漿泵及泥漿管道將新鮮泥漿送至槽孔，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置泥漿池。

5.抓斗成槽

防滲墻采用抓斗三抓成槽、 泥漿護(hù)壁的施工工藝。 三抓成槽就是每幅寬7 m 槽段分左中右三小槽孔，首先用抓斗抓左右2.7m 寬的兩個(gè)小槽孔，最后抓取中間1.6m 寬的小槽孔，形成整幅7 m 槽段。 液壓抓斗成槽工藝如下：

表3 新鮮泥漿主要性能指標(biāo)

①平行防滲墻軸線修筑施工道路兼平臺(tái)， 場(chǎng)地平整堅(jiān)實(shí)， 將成槽機(jī)就位，成槽機(jī)履帶垂直于防滲墻軸線。

②先抓兩側(cè)2.7 m 寬小槽孔，成槽機(jī)就位后，調(diào)整抓斗位置使抓斗位于防滲墻軸線處，抓斗開始抓挖槽內(nèi)土方，同時(shí)泵送新鮮泥漿進(jìn)入槽孔護(hù)壁，抓斗挖土過程中，不斷補(bǔ)充泥漿，使泥漿充滿槽孔，保持泥漿液面在導(dǎo)墻頂面。挖槽至⑨層壤土下1 m，且深度不小于28 m 后，結(jié)束槽孔開挖。 兩側(cè)小槽段（槽孔）開挖至設(shè)計(jì)深度后，再開挖中間槽孔至設(shè)計(jì)深度，三槽孔抓挖完成形成完整7 m 寬槽段。

③槽段開挖完成后沉淀25 分鐘，然后用抓斗直接抓取沉渣清槽， 并更換槽孔內(nèi)的稠泥漿， 使泥漿比重小于1.20，沉渣厚度小于100 mm。塑性混凝土施工前，對(duì)槽內(nèi)泥漿比重和含砂量進(jìn)行檢測(cè)， 泥漿取樣為泥漿頂面下1.5 m 和泥漿底面以上1.5 m 處各一次。

④防滲墻槽段順作施工，根據(jù)施工流水的要求， 首先施工首開槽段，首開槽段兩端均為接頭管，當(dāng)首開槽段塑性混凝土強(qiáng)度大于2 MPa 時(shí)，再順序施工后期槽段，后期槽段為一端有接頭管，另一端為已完成槽段。

6.水下塑性混凝土灌注

塑性混凝土水下灌注是影響防滲墻成墻連續(xù)、槽段接頭質(zhì)量的重要工序。為滿足塑性混凝土的連續(xù)供應(yīng)，防止出現(xiàn)因機(jī)組故障造成混凝土拌和中斷的情況，塑性混凝土拌和供應(yīng)由兩套獨(dú)立拌和系統(tǒng)組成，每套拌和系統(tǒng)混凝土供應(yīng)能力均能滿足澆筑強(qiáng)度要求。 塑性混凝土采用混凝土罐車運(yùn)輸，混凝土罐車運(yùn)輸塑性混凝土至槽段灌注部位， 直接卸料進(jìn)入料斗，通過水下導(dǎo)管直升灌注。

①成槽、清槽合格后立即灌注塑性混凝土，每槽段布設(shè)兩根導(dǎo)管下料澆筑，導(dǎo)管間距3.8 m,導(dǎo)管與槽段端部距離1.6 m，導(dǎo)管下口與槽底距離小于25 cm。 混凝土面上升速度大于2 m/h，塑性混凝土連續(xù)灌注到4.0 m 高程。

②灌注過程中測(cè)定塑性混凝土面高程，記錄塑性混凝土灌注量，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)確定導(dǎo)管埋深， 導(dǎo)管首次埋深大于1.0 m， 灌注過程中控制導(dǎo)管埋深大于2 m，導(dǎo)管埋深最大不超過6 m。

③塑性混凝土澆筑接近墻頂時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)混凝土與槽孔內(nèi)混凝土高差較小，此時(shí)用泥漿泵輔助將泥漿抽出槽孔外。

五、塌槽問題處理

防滲墻施工初期在成槽過程中出現(xiàn)了塌槽問題，槽段塑性混凝土充盈系數(shù)較大。

1.原因分析

①防滲墻地層地下水以鹵化鈉型為主，屬于咸水～鹵水，地下鹵水對(duì)泥漿有破壞性，影響泥漿的護(hù)壁性能。

②地層為裂隙黏土、壤土、砂壤土，易振動(dòng)坍塌。

③地下水水位較高，不利于槽壁的穩(wěn)定。

2.應(yīng)對(duì)措施

①優(yōu)化泥漿配比， 配比中增加CMC 分散劑， 提高泥漿比重和黏度，提高泥漿的抗鹵水侵害能力。

②防滲墻成槽挖土期間， 重型機(jī)械不得在槽孔范圍內(nèi)施工，減少振動(dòng)影響槽壁穩(wěn)定。對(duì)容易發(fā)生坍塌的地層②層、⑥層等砂壤土層，抓斗施工至該土層時(shí)慢提慢放，減少抓斗提放產(chǎn)生的振動(dòng)及泥漿波動(dòng)沖擊造成槽壁坍塌。

③沿部分槽段兩側(cè)采用輕型井點(diǎn)降水法降低地下水水位，同時(shí)提高槽段內(nèi)泥漿液面，將泥漿液面保持在導(dǎo)墻面以上。

六、塑性混凝土防滲墻施工質(zhì)量控制措施

1.防滲墻軸線及尺寸控制

①導(dǎo)墻中線即為防滲墻中心線，其偏差控制為±1 cm。

②導(dǎo)墻頂面高程為4.0 m，偏差控制為±1 cm。

③導(dǎo)墻間凈距為35 cm， 偏差控制為±0.5 cm。

2.原材料質(zhì)量控制

①水泥：采用濰坊山水普硅42.5級(jí)水泥。

②塑性混凝土用膨潤土：質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)符合原石油工業(yè)部部頒標(biāo)準(zhǔn)《鉆井液用膨潤土》（SY 5060—85）要求。

③粗骨料：選用青州產(chǎn)天然礫石，含泥量小于1.0%，泥塊含量小于0.5%。

④細(xì)骨料：選用細(xì)度模數(shù)2.4～3.0范圍的彌河中粗砂，其含泥量小于2%。

進(jìn)場(chǎng)原材料按進(jìn)場(chǎng)數(shù)量取樣復(fù)檢合格后才能用于塑性混凝土。

3.抓斗成槽質(zhì)量控制要點(diǎn)

①沿施工平臺(tái)設(shè)置排水溝，防止雨水等滲入槽內(nèi)，破壞孔壁穩(wěn)定。

②成槽過程中，孔內(nèi)泥漿面應(yīng)保持在導(dǎo)墻頂面附近，抓斗進(jìn)出導(dǎo)墻附近時(shí)輕放慢提，防止泥漿波動(dòng)沖擊造成導(dǎo)墻下砂壤土坍塌。

③在成槽機(jī)挖土?xí)r，懸吊抓斗的吊繩保持垂直張緊狀態(tài)，以保證槽孔平整垂直。 槽孔位中心偏差控制小于3 cm、槽孔斜率控制小于0.6%。

④成槽完成后， 對(duì)槽孔孔斜率、槽深、中心偏差進(jìn)行檢查，檢查合格后方可清槽換漿。

4.塑性混凝土澆筑質(zhì)量控制

①塑性混凝土必須有開盤記錄、配比單，水泥、膨潤土、粉煤灰、砂石骨料、 外加劑等需有復(fù)試檢測(cè)報(bào)告；塑性混凝土擴(kuò)散度、 塌落度現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)每10 幅槽段留取彈模試塊1 組， 每3 幅槽段留取抗?jié)B試塊1組，每槽留取抗壓強(qiáng)度試塊1 組。

②對(duì)塑性混凝土的技術(shù)要求：擴(kuò)散度為34～38 cm，坍落度為18～22 cm，采用濰坊山水42.5 普通硅酸鹽水泥，摻加高效減水劑，摻量為4 kg/m3。

③塑性混凝土必須連續(xù)灌注，導(dǎo)管布設(shè)控制間距不大于3.8m，導(dǎo)管埋深控制大于2m，小于6m。

七、塑性混凝土防滲墻質(zhì)量檢測(cè)

①防滲墻按照規(guī)范要求留置抗?jié)B、抗壓、彈模試塊進(jìn)行塑性混凝土抗?jié)B、彈模、強(qiáng)度等參數(shù)檢測(cè)。 每10幅槽段取彈模試塊1 組，每3 幅槽段取抗?jié)B試塊1 組，每槽留1 組塑性混凝土抗壓試塊， 留置試塊的滲透系數(shù)、彈模、強(qiáng)度經(jīng)檢測(cè)均合格，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求

②高密度電法無損檢測(cè)測(cè)試塑性混凝土防滲墻墻身均勻性具有良好的效果，成墻施工結(jié)束后委托山東水利工程試驗(yàn)中心采用高密度電法無損檢測(cè)，沿墻體軸線進(jìn)行連續(xù)性和整體性檢測(cè)，墻體完整連續(xù)。

③隨機(jī)選取3 處防滲墻段進(jìn)行淺層開挖， 開挖外露墻體較平整，墻體連續(xù)無缺陷，槽段接縫較好，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。

八、結(jié) 語

南水北調(diào)東線通水后，雙王城水庫開始分階段蓄水，通過對(duì)滲壓計(jì)及測(cè)壓管水位、 壩后截滲溝水位的觀測(cè)，防滲墻防滲效果良好。 通過塑性混凝土防滲墻質(zhì)量檢測(cè)和工程運(yùn)行檢驗(yàn)，工程質(zhì)量良好。