研究水利水電工程中塑性混凝土防滲墻施工工藝及應(yīng)用實踐

【摘要】為解決水利水電工程建設(shè)與運營中的防滲問題，本文結(jié)合黃材水庫實際情況，對其塑性砼防滲墻施工工藝及具體應(yīng)用進行深入分析，提出施工中需要注意的要點，以期為相關(guān)人員提供參考。

【關(guān)鍵詞】水利水電工程;塑性砼防滲墻;防滲墻施工

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.01.068

引言：

隨著我國水庫除險加固項目的不斷增多，塑性混凝土防滲墻以其綜合優(yōu)勢逐漸在除險加固工程中得到廣泛應(yīng)用，而要想保證塑性混凝土防滲墻質(zhì)量，充分發(fā)揮出其防滲作用與效果，需在明確設(shè)計方案及要求的基礎(chǔ)上，對其施工工藝進行深入分析，明確各項工藝方法與要點。

1、工程概況

黃材水庫位于湘江一級支流溈水上游，主壩壩址位于黃材鎮(zhèn)以西3.5km的鐵山里，下距寧鄉(xiāng)縣城52.5km。壩址控制集雨面積240.8km，干流長36.56km，干流平均坡降7.805‰。黃材水庫是一座以灌溉為主，兼有發(fā)電、防洪和養(yǎng)殖等綜合效益的大（2）型水利工程。該水庫工程等別為Ⅱ等，主要建筑物級別為2級，設(shè)計洪水標準為100年一遇，校核洪水標準為2000年一遇，溢洪道消能防沖工程設(shè)計洪水標準為50年一遇。水庫總庫容1.53億m，正常庫容1.26億m，校核洪水位168.50m（對應(yīng)洪峰流量為3072 m/s），大壩設(shè)計洪水位167.97m（對應(yīng)洪峰流量為1908m/s），水庫正常蓄水位166.00m，死水位122.04m。樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、輸水洞及電站等建筑物組成。主壩為粘土心墻土壩（壩殼為風化土料填筑），最大壩高57.50m，壩頂高程169.50m（防浪墻墻頂高程170.50m），壩頂軸長365m，壩頂寬6.0m。本次除險加固工程大壩防滲采用塑性混凝土防滲墻防滲，在高程168.1 m施工平臺以下沿壩軸線采用液壓抓斗開挖單排槽孔，然后采用“直升導(dǎo)管法”澆筑塑性混凝土防滲墻，厚度0.8m，防滲墻最大墻深60.7m。

2、壩身防滲設(shè)計——塑性砼防滲墻

2.1槽孔孔位布置

根據(jù)主壩實際情況，將其頂部高程降低1.4m，即將168.10m高程作為防滲墻施工的作業(yè)平臺，然后在壩頂與上游壩肩靠近的部位布置單排槽孔，其孔底需進入到巖層內(nèi)至少0.5m，河床壩段槽孔最大深度應(yīng)到達主壩原建基面下部1.0m，防滲墻平面總長為365m。

2.2槽孔斷面尺寸選定

2.2.1槽板厚度

槽板厚度越大，抗?jié)B性能越好，墻體壽命越長，但對施工機械的要求越高，而且需回填大量材料，使工程投資增加。對于塑性砼防滲墻，其允許滲透比降通常為60-80，通過滲流穩(wěn)定計算及多方面綜合對比，并參考已有工程的經(jīng)驗和該工程重要程度，將槽板厚度確定為0.8m。

2.2.2槽板長度

槽板長度決定了整個防滲墻的防滲性能。槽板數(shù)量越少，接縫數(shù)量越少，防滲性能越好，然而，當接縫數(shù)量較少時，槽孔長度需足夠大，對造孔與使槽孔保持穩(wěn)定都有很高要求。結(jié)合現(xiàn)場具有的技術(shù)條件，將單槽板長度確定為6m。

2.3成槽方法

因塑性砼防滲墻需進入到巖層內(nèi)，所以需使用沖擊鉆進行造孔，施工時先鉆設(shè)主孔，再劈打副孔，然后使主、副孔形成一個完整的槽孔，在槽孔內(nèi)通過灌注塑性砼形成完整的防滲墻體。

2.4墻身材料

防滲墻墻身材料為塑性混凝土，容重不小于2.1t/m，其28d抗壓強度應(yīng)達到3-5MPa，彈性模量應(yīng)保持在300-2000MPa范圍內(nèi)，破壞滲透坡降為200-300，抗?jié)B等級W6，滲透系數(shù)應(yīng)小于1×10cm/s。塑性混凝土的水泥為P·O32.5水泥，所用膨潤土中粘粒的含量應(yīng)達到50%以上，使塑性指數(shù)不低于20。塑性混凝土入槽塌落度為18～24cm，擴散度為34～44cm;塌落度保持15cm以上時間不小于1.0h，初凝時間不小于6h，終凝時間不大于24h;在滿足流動性要求的前提下減少用水量;骨料采用一級配。配合比需通過專門的現(xiàn)場試驗確定。

2.5泥漿

泥漿利用商品膨潤土制備，在制備過程中需添加適量的分散劑與增粘劑，用于改善泥漿的性能，使其保持穩(wěn)定。

2.6泥漿滲漏及孔壁坍塌防范措施

為避免壩體157.0m高程上部槽孔的下游孔壁及146.0-157.0m高程處槽孔的上、下游孔壁所用固壁泥漿發(fā)生滲漏，或發(fā)生孔壁坍塌現(xiàn)象，需沿防滲墻軸線在上、下游1.2m處分別設(shè)置一排沖抓套井孔，其直徑為1.2m，間距為0.85m，并進入到146.0m高程下部粘土心墻中。

采用沖抓錐進行造孔，然后在孔內(nèi)填筑并夯實粘土，主、次孔套接后形成連續(xù)分布的粘土心墻，實現(xiàn)防滲目標。防滲墻的中心線位于大壩中心線上游1m處，孔深以達到壩體下方基巖為準確定，孔數(shù)為290個。

施工時先打設(shè)①號與③號主孔，將其回填完成后再打設(shè)②號孔，將其回填后打設(shè)⑤號孔，將其回填后返回打設(shè)④號孔，以此不斷循環(huán)。其中，套孔是一個完整的圓形，各主孔被套孔切割，如圖1所示。單排孔孔距經(jīng)計算可得為0.85m，由單排孔形成的墻體，其有效厚度經(jīng)計算可得為0.85m。

回填材料的顆粒含量不能超過35%-50%，且滲透系數(shù)應(yīng)小于1×10cm/s，含水量以21%-25%為宜，干密度需達到1.55kg/cm以上，具體的干密度與含水量均采用現(xiàn)場試驗的方法確定，使其保持在規(guī)范及設(shè)計允許的范圍內(nèi)。

施工中應(yīng)注意鉆孔必須保持鉛直，偏斜率不可超出1/80。在死水位以下進行沖抓回填施工時，其施工質(zhì)量會受到區(qū)域地下水的影響，此時應(yīng)采用合理的技術(shù)措施使施工保持連續(xù)，若施工中斷，應(yīng)及時將滲水抽排干凈，以免影響施工質(zhì)量。

3、塑性砼防滲墻施工

3.1施工工藝流程

塑性砼防滲墻施工工藝流程如圖2所示。

3.2施工準備

（1）按照設(shè)計方案的要求，為了給施工提供良好操作平臺，通過降低主壩頂部高程至168.1 m形成施工作業(yè)平臺，其寬度為12.3m，可達到基本要求。

（2）防滲墻軸線與原上游壩肩靠近，與壩軸線之間的距離為1.4m。

（3）挖槽采用金泰SG46型液壓抓斗成槽。

（4）結(jié)合現(xiàn)場踏勘成果，將攪拌站的位置確定為與右壩肩相距100m的坪地，在進場之前對其進行整平處理，確保水泥、砂、石可進場堆放。

（5）拌和站采用一臺生產(chǎn)率不低50m/h的雙臥軸強制式攪拌機和一臺PLD800型配料機，上料由30鏟車完成，攪拌用水由50m揚程水泥在水庫中直接抽取。

（6）混凝土輸送由TBTS60-13-90型地泵進行，因地泵的有效輸送距離有限，在充分考慮工程實際情況的基礎(chǔ)上，配備2臺地泵，其中一臺放在攪拌站中，另一臺放在壩體的中間，以此對墻身灌注用塑性混凝土進行接力輸送。

（7）在壩頂右壩肩山場平臺設(shè)置泥漿池，用400m寸消防水帶輸送泥漿。

3.3導(dǎo)墻施工

導(dǎo)墻施工前先根據(jù)設(shè)計軸線進行準確放樣，并用石粉將其開挖邊線撒出，在確定邊線位置后，利用挖機裝載寬度為1.4m的斗體進行開挖，挖深按1.0m控制，在支設(shè)模板的同時澆筑混凝土。導(dǎo)墻施工使用的混凝土在右岸拌和站中生產(chǎn)制備，生產(chǎn)完成后通過泵送入倉，并在澆筑的同時使用功率為2.2kW的插入式振搗器及平板振搗器進行均勻、充分振搗，以確保導(dǎo)墻混凝土達到密實。

3.4泥漿配制

按照《水利水電工程混凝土防滲墻施工規(guī)范》對膨脹土泥漿性能提出的要求，泥漿濃度應(yīng)達到4.5%以上，但密度不能超過1.1g/cm，基于馬氏漏斗法的粘度需保持在19-50s以內(nèi)，而塑性粘度應(yīng)小于20cp，pH值在7-12范圍內(nèi)。

該工程施工所用泥漿采用以下原材料配制：二級商品膨潤土、從水庫直接抽取的拌和水、純堿，即碳酸鈉、增粘劑CMC。通過開挖泥漿池儲存泥漿，其位置為右壩肩山地。泥漿由3PL型泥漿泵進行輸送和循環(huán)，并采用4PL型泥漿泵進行回收，循環(huán)使用泥漿技術(shù)性能控制指標如表1所示，泥漿循環(huán)管路主要由泥漿泵與軟管兩部分構(gòu)成。

3.5槽段劃分及開挖

（1）導(dǎo)墻施工結(jié)束后在墻體表面設(shè)置水泥釘，其間距為6m，必要時也可按照3m的間隔距離設(shè)置膨脹螺絲，實際以便于槽段標視為準確定。

（2）槽段施工分成兩期進行，施工中要結(jié)合槽段地質(zhì)條件和施工所用抓斗具有的特點，為盡可能加快進度，縮短工期，同時使槽壁始終保持穩(wěn)定，將單個槽段的長度確定為6m，但注意斷層破碎帶與主壩0+305～0+350段的單個槽段長不能超過3m，具體數(shù)值結(jié)合實際情況確定或調(diào)整，并采用沖擊鉆作為接頭處理。

（3）槽段開挖按先一序再二序的順序進行，在單個槽段中，先挖單孔，再挖隔墻，也就是先對第一孔進行開挖，在跳開一段距離后對第二孔進行開挖，確保單孔間有沒有被開挖的隔墻，注意其長度不能超過抓斗開斗長度，確保抓斗在開挖時受力保持均衡，并有效糾偏，使成槽保持垂直。將單孔與單孔之間的隔墻均開挖到設(shè)計要求的深度后，沿槽長方向繼續(xù)套挖幾斗，并對單孔及隔墻開挖過程中產(chǎn)生的凹凸面進行修理，使其保持平衡，進而使槽段橫向保持良好線形。

3.6槽段連接

在一序槽成墻結(jié)束后，采用CZ-8D沖擊反循環(huán)鉆機+800mm直徑鉆頭為接頭處實施沖擊成孔，將鉆機放置到位后，對其鉆頭中心線進行調(diào)整，使其中一邊與澆筑后墻體貼近，然后用沖擊鉆頭通過上下運動將墻體表面粘附的粘土刮除干凈，之后再對二期槽孔進行開挖。

3.7塑性混凝土澆筑

塑性混凝土在現(xiàn)場拌和系統(tǒng)進行拌和，拌和完成后由輸送泵運輸。塑性混凝土澆筑需保持連續(xù)，提前做好灌漿管的埋設(shè)。墻體混凝土施工采用直升導(dǎo)管法實施泥漿下澆筑，所用導(dǎo)管的直徑應(yīng)保持在200-300mm范圍內(nèi)。以槽段長度為依據(jù)，在澆筑單個槽體的過程中，需配備2套導(dǎo)管，導(dǎo)管借助汽車吊下放與提升。槽孔中導(dǎo)管之間的距離不能超過4.0m，導(dǎo)管中心和槽端之間的距離應(yīng)保持在1.0-1.5m范圍內(nèi)，以槽段實際情況為依據(jù)進行適當調(diào)整。在混凝土澆筑開始前，確保導(dǎo)管底口和槽底之間的距離處于30-50cm以內(nèi)，并確保最終的澆筑面抵在導(dǎo)墻頂部20cm處。

3.8塑性砼防滲墻墻底處理

為形成完整有效的防滲墻體，進行帷幕灌漿時，灌漿頂部灌至塑性防滲墻墻體內(nèi)2.0m，使壩體防滲墻和基巖的接觸段進行有效結(jié)合。

本工程塑性混凝土防滲墻混凝土試塊62組進行檢測。其抗壓強度最小3.5MP，最大4.2MP;彈性模量最小900，最大1300;抗?jié)B等級均達到W6等級。采用鉆芯法對防滲墻進行檢測共151段。其滲透系數(shù)最大9.98*10cm/s，最小1.27*10cm/s;芯樣抗壓強度最大4.5MP，最小3.3MP。主壩壩體防滲質(zhì)量評定單元工程合格率100%，優(yōu)良率90.3%。

結(jié)論：

（1）塑性混凝土是一種水泥用量較低，并摻加較多的膨潤土、粘土等材料的大流動性混凝土，它具有低強度、低彈模和大應(yīng)變等特性，由于彈性模量可達2000以下，是一種柔性材料，可以很好的與較軟的基礎(chǔ)相適應(yīng)，同時又具有很好的防滲性能，在水利工程的防滲中應(yīng)用較多。

（2）在塑性混凝土防滲墻施工開始前，應(yīng)先圍繞水庫現(xiàn)狀及防滲要求做好防滲墻設(shè)計，確定各項技術(shù)參數(shù)，為之后的施工提供指導(dǎo)依據(jù)。

（3）塑性混凝土防滲墻必須嚴格按照規(guī)范與設(shè)計要求進行，保證各環(huán)節(jié)施工質(zhì)量，經(jīng)應(yīng)用實踐，該水庫塑性混凝土防滲墻施工工藝合理可行，可為其它水庫除險加固項目提供技術(shù)參考。

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作者簡介：

朱擁政（1971.06-），男，湖南省寧鄉(xiāng)人，本科，副高級工程師，主要從事水利工程方向。