粘土斜墻壩塑性混凝土防滲墻技術(shù)質(zhì)量控制與檢測評定

□任劍飛（安陽市彰武南海水庫工程管理局）

一、引言

塑性混凝土防滲墻具有與土體相似的應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系和破壞形式，在三向受力條件下，強度與圍壓成直線增大，一般情況下，墻體內(nèi)部不產(chǎn)生拉應(yīng)力，不會因拉應(yīng)力而開裂破壞，具有良好的抗?jié)B、抗震性能及耐久性，特別適用于地震較頻繁的地區(qū)和周圍介質(zhì)（地基土）為砂石的地基。此外塑性混凝土中參有大量粘土或膨潤土，減少了水泥用量，每立方米可比普通混凝土節(jié)省100～300kg水泥，大大降低了工程造價，成為水利工程防滲處理的一種常用方法。

二、工程概況

安陽市小南海水庫位于河南省安陽市西南35km的海河流域衛(wèi)河支流安陽河上，屬大Ⅱ型水庫,水庫大壩為粘土斜墻堆石體，壩長394.50m，最大壩高54.10m。

小南海水庫除險加固大壩截滲工程采用嵌入式塑性混凝土防滲墻技術(shù),工程施工采用液壓抓槽機配合沖擊鉆施工工藝。工程共劃分52個槽段，單孔槽長8.0m，槽寬0.8m，分Ⅰ、Ⅱ期槽段，先施工Ⅰ期槽孔，后Ⅱ期槽孔，槽段土體采用液壓抓槽機開挖，入巖采用沖擊鉆布孔套打，槽段連接采用拔接頭管（孔深＞15.0m）法和鉆鑿法（孔深＜15.0m）。工程最大墻深44.13m，成墻總面積12737.26m2，水下塑性混凝土澆注10189.81m3。

防滲墻墻體材料為膨潤土混凝土，其性能指標(biāo)要求28d抗壓強度為2.3～5MPa，抗壓彈模600～700MPa，滲透系數(shù)1～ 9×10-8cm／s。塑性混凝土施工特性指標(biāo)、配合比經(jīng)河南省水利基本建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心站南水北調(diào)安陽段工程實驗室一系列的試驗研究工作，最終確定如下：

表1 塑性混凝土配合比（每m3混凝土材料用量）

表2 該配合比塑性混凝土各項性能指標(biāo)

三、塑性混凝土防滲墻質(zhì)量控制

（一）準(zhǔn)備階段質(zhì)量控制

1.認(rèn)真組織各工作負(fù)責(zé)人及相關(guān)人員一起進(jìn)行圖紙會審，領(lǐng)會設(shè)計意圖，明確各項技術(shù)指標(biāo)要求。

2.檢查各臨建系統(tǒng)（泥漿系統(tǒng)、造孔系統(tǒng)、混凝土澆注系統(tǒng)）是否符合規(guī)范要求，并根據(jù)檢查情況及時完善。

3.檢查試驗檢測儀器是否齊全。列出清單，并按清單配備混凝土、泥漿檢測儀器。如塌落度桶、馬氏漏斗、含砂量儀、比重計、失水量儀等質(zhì)量檢測儀器。

4.檢查主要施工機具設(shè)備的完好率，做好液壓抓槽機、沖擊鉆機、泥漿泵等施工機械的維護保養(yǎng)工作，特別在施工過程中要經(jīng)常檢查鉆頭的尺寸，已確保滿足施工技術(shù)要求。

（二）施工中質(zhì)量控制

1.槽孔施工質(zhì)量控制

（1）槽孔建造質(zhì)量控制

在槽孔建造過程中，泥漿具有護壁、攜砂、冷卻、潤滑作用，在地層中進(jìn)行鉆孔或挖槽，可通過泥漿的壓力防止槽壁坍塌或剝落，并維持挖成的孔型不變，泥漿質(zhì)量好壞直接影響槽孔施工質(zhì)量和工效。因此，在槽孔建造過程中必須對泥漿進(jìn)行有效監(jiān)控，泥漿質(zhì)量控制點如下：

①新制膨潤土泥漿需存放24h,經(jīng)充分水膨脹后方可使用。儲漿池內(nèi)的泥漿應(yīng)經(jīng)常攪動，防止離析沉淀。槽孔內(nèi)泥漿漿液面應(yīng)控制在槽口板頂面以下30～50cm范圍。

②泥漿比重。泥漿比重計測量，一般每2h測定一次，新制泥漿比重一般為1.05左右（膨潤土）。

③泥漿pH值。當(dāng)pH值＞12時，泥漿會產(chǎn)生分層現(xiàn)象，失去護壁作用，新制泥漿pH值一般為9.5～12。

④泥漿粘度。粘度是液體內(nèi)部阻止其相對流動的一種特性，新制泥漿粘度用946/1500ml馬氏漏斗測得，控制指標(biāo)值為30～90s。

⑤泥漿失水量和泥皮厚度。泥漿在槽壁內(nèi)受壓力差的作用，部分水會滲入土層，這種現(xiàn)象叫泥漿失水，滲失水的多少叫失水量。一般用30min內(nèi)在一個大氣壓差作用下滲過一定面積的水量來表示，單位為ml/30min。泥漿失水時，在槽壁上形成一層固體顆粒的膠結(jié)物叫泥皮，失水量小則泥皮致密，有利于護壁。失水量用失水量儀測得，控制指標(biāo)＜30。

⑥含砂量。含砂量是指泥漿中粒徑＜0.075的固體顆粒含量。含沙量較大，會影響孔壁形成泥皮的質(zhì)量，使形成的泥皮厚而脆，不利于護壁。含砂量用含砂量測量儀測得，控制指標(biāo)值含砂量≤5%。

（2）槽孔終孔驗收質(zhì)量控制

①孔位、孔深、孔斜、槽寬。孔位偏差與設(shè)計中心位置在任意方向上的偏差≮±3cm；孔深必須滿足設(shè)計要求（包括嵌巖深度）；槽寬，即設(shè)計墻厚，采用沖擊鉆造孔，鉆具直徑為墻厚，采用液壓抓槽機，斗齒寬度為墻厚；孔斜率≮0.4%，含較大漂石等特殊情況，孔斜率可控制在0.6%以內(nèi)。

②整個槽孔孔壁控制應(yīng)平整，無梅花孔、探頭石和波浪小墻等。

③基巖面及嵌巖深度。依照防滲墻中心線地質(zhì)剖面圖，當(dāng)孔深接近預(yù)計基巖面時，即開始取樣，然后根據(jù)巖樣的性質(zhì)確定基巖頂面或?qū)φ张R孔基巖面高程，并參考鉆進(jìn)情況確定基巖面，當(dāng)上述方法難以確定基巖面時，可采用巖芯鉆機取巖樣，加以確定和驗證；嵌巖深度按設(shè)計要求和已確定的巖面高程控制；基巖巖樣是槽孔嵌入基巖的主要依據(jù)，必須真實可靠，并按順序、深度、位置編號，填好標(biāo)簽，裝箱，妥善保存。

④相鄰兩主孔終孔深度差＞1.0m時，中間副孔深度與較深主孔之差不得大于相鄰兩主孔之差的1/3；相鄰兩孔終孔深度之差＜1.0m時，其中間副孔深度應(yīng)取巖樣進(jìn)行基巖鑒定，其終孔深度與較深主孔之差≯1.0m，且副孔孔底高程不得高于兩主孔高程的中間位置。

（3）槽孔清空換漿質(zhì)量控制

清孔驗收的目的是檢查槽內(nèi)泥漿質(zhì)量是否滿足清孔規(guī)定要求，以保證墻體質(zhì)量；檢驗槽底土渣淤積厚度，是否小于允許標(biāo)準(zhǔn)，以保證防滲墻與基巖的接觸質(zhì)量。槽孔清空換漿質(zhì)量控制指標(biāo)如下：

①對造孔質(zhì)量進(jìn)行全面檢查，驗收合格后，再進(jìn)行清孔換漿。清孔換漿1h后，孔底淤積厚度≮10cm。

②當(dāng)使用粘土泥漿時，孔內(nèi)泥漿的密度≮1.30g/cm3,粘度≮30s，含砂量≮10%；當(dāng)使用膨潤土泥漿時，泥漿密度≮1.15 g/cm3，泥漿取樣位置應(yīng)距孔底0.5～1.0m。

③二期槽孔清孔換漿結(jié)束前，采用鋼絲刷對接頭混凝土上的泥皮進(jìn)行清洗，直至刷頭上基本不帶泥屑，孔底淤積不再增加。

④清孔合格后，應(yīng)于4h內(nèi)開澆混凝土。

2.水下塑性混凝土澆注質(zhì)量控制

槽孔混凝土澆注是防滲墻施工的最后一道工序，是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵，在混凝土澆筑中一旦出現(xiàn)問題就直接影響工程質(zhì)量，延誤工期，且難以彌補，甚至前功盡棄，造成重大經(jīng)濟損失，因此混凝土澆筑時應(yīng)高度重視，保證混凝土澆筑順利進(jìn)行，確保工程質(zhì)量。

（1）拌和后的混凝土，各項物理性能指標(biāo)應(yīng)達(dá)到實驗室報告單規(guī)定要求，不符合質(zhì)量要求的混凝土嚴(yán)禁澆入槽孔內(nèi)。

（2）塑性混凝土澆筑采用直升導(dǎo)管法，槽孔內(nèi)使用兩套以上導(dǎo)管時，間距≯3.5m，一期槽端的導(dǎo)管距孔端或接頭管宜為1.0～1.5m，二期槽端的導(dǎo)管距孔端宜為1.0m，當(dāng)槽底高差＜25cm時，導(dǎo)管應(yīng)布置在其控制范圍的最低處。

（3）開始澆筑混凝土前，導(dǎo)管內(nèi)應(yīng)放入可浮起的隔離球（膠球、排球），然后先注入水泥砂漿，擠出塞球，埋住導(dǎo)管底端，埋住深度≮30cm（根據(jù)實際槽長、寬計算出水泥漿用量）。

（4）澆筑過程中，導(dǎo)管埋入混凝土的深度≮1m，不宜大于6m。混凝土面應(yīng)均勻上升且上升速度≮2m/h，各處高差控制在0.5m以內(nèi)。

（5）至少每隔30min測繪一次槽孔內(nèi)混凝土面深度，至少每隔2h測量一次導(dǎo)管內(nèi)混凝土面深度，并及時繪制混凝土澆筑指示圖，以便核對混凝土方量。

（6）槽孔口應(yīng)設(shè)置蓋板，避免混凝土散落到槽孔內(nèi)。

（7）混凝土終筑頂面應(yīng)高于設(shè)計高程50cm，但不宜高于凍土層底部高程。

四、塑性混凝土防滲墻質(zhì)量檢測評定

（一）質(zhì)量檢測

塑性混凝土防滲墻與常規(guī)混凝土防滲墻一樣都需要進(jìn)行混凝土質(zhì)量檢查和墻體質(zhì)量檢測。檢測內(nèi)容主要包括：混凝土抗壓強度、抗壓彈性模量、抗?jié)B標(biāo)號（抗?jié)B系數(shù)）以及墻體的連續(xù)、均勻性。

1.塑性混凝土質(zhì)量檢測

由于塑性混凝土的強度較低，不宜采用鉆孔取芯的方法對成墻混凝土進(jìn)行取芯，只能在混凝土澆筑時，現(xiàn)場取樣成型試件，用試件的試驗結(jié)果代替防滲墻的實際性能標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)《水利水電工程混凝土防滲墻施工規(guī)范》DL/T5199-2004、《水工混凝土試驗規(guī)程》SL352-2006、《水利水電工程施工質(zhì)量檢測與評定標(biāo)準(zhǔn)》SL176-2007規(guī)范要求，本工程混凝土抗壓試件每槽孔取一組，共取試件52組，抗壓強度最小值2.3Mpa，最大值4.6Mpa，強度平均值為3.2Mpa；混凝土抗?jié)B試件每三個槽孔取一組，共取試件16組，滲透系數(shù)最小值為2.1×10-8cm／s，最大值為4.7×10-8cm／s，平均值為3.1× 10-8cm／s；混凝土靜力抗壓彈性模量每10個槽孔取一組試件，共取試件6組，抗壓彈模最小值為600Mpa，最大值為700Mpa，平均值為650Mpa。經(jīng)檢測，混凝土抗壓強度、抗?jié)B性、抗壓彈模三項指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求。

2.防滲墻實體質(zhì)量檢測

由于塑性混凝土防滲墻屬地下隱蔽工程，對墻體整體抗?jié)B性、連續(xù)性、均勻性通常采取鉆孔注水試驗、小范圍土體開挖目測、無損檢測等檢查方法。本工程基建辦委托具有工程質(zhì)量檢測資質(zhì)的第三方，根據(jù)工程實際情況，制定了詳細(xì)的檢測方案。方案確定對防滲墻滲透系數(shù)采用現(xiàn)場鉆孔注水試驗法，對墻體完整性采用較先進(jìn)地質(zhì)雷達(dá)檢測法。

（1）墻體滲透系數(shù)

根據(jù)工程施工相關(guān)記錄，結(jié)合監(jiān)理、施工方，選取了墻體可能存在缺陷和墻段連接處作為檢測部位，為防滲墻軸線0+080、0+140、0+164、0+188、0+240、0+324六個部位，檢查結(jié)果如下表：

表3 墻體滲透性檢測

（2）墻體完整性

本工程采用俄羅斯OKO-2型地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行檢測。雷達(dá)中心頻率為50、250、700MHz，設(shè)置時窗400ns，采用人工拖拽方式，探測速度為每秒1～2m，疊加數(shù)為8，掃描速率為400掃/秒，采樣點數(shù)為512。對介質(zhì)密實度檢測，采用42m內(nèi)進(jìn)行局部指數(shù)增益，增益系數(shù)為300。根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)檢測圖像剖面圖顯示，電磁波形均勻、平緩，無大的凹凸曲線波形，故檢測墻體連續(xù)、密實性較好。

(二)工程質(zhì)量評定

小南海塑性混凝土防滲墻單位工程，共劃分為4個分部工程，53個（均為重要隱蔽）單元工程，其中優(yōu)良51個，優(yōu)良率為96.2%。經(jīng)質(zhì)量監(jiān)督單位認(rèn)定，該單位工程質(zhì)量等級評定為優(yōu)良。

五、結(jié)語

本工程從各項檢測結(jié)果來看，防滲墻施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求，質(zhì)量控制措施到位，對防滲墻工程或其他類似工程具有參考和借鑒意義。但由于工程某些工序的特殊性，使防滲墻施工具有不可逆性，工程中仍存在許多問題，例如槽孔沖擊鉆套打入巖時，如何做到小墻殘余量最小而鉆機效率最高，如何在水下澆筑混凝土?xí)r更加有效的避免墻體夾泥層的形成，如何既準(zhǔn)確又快速判斷基巖巖面，如何有效進(jìn)行復(fù)雜地層成槽等諸多問題還需進(jìn)一步總結(jié)提高。

[1]王清友,孫萬功,熊歡.塑性混凝土防滲墻.北京:中國水利水電出版社,2008.

[2]水利水電工程混凝土防滲墻施工規(guī)范DL/T5199-2004.北京:中國水利水電出版社,2004.