超深混凝土防滲墻澆筑施工技術

李凱庭

(中國水電基礎局有限公司，天津301700)

1 概述

獅子坪水電站壩基混凝土防滲墻施工區海拔2 408 m，防滲墻為嵌固式設計，墻體厚度1.2 m，最大槽孔深度為101.8 m，槽段長度4.4～9.0 m，且槽段內的孔底高差比較大。

防滲墻墻段連接采用“接頭管法”連接，下設直徑96 cm的接頭管，接頭管起拔完成后，再用120 cm鉆頭進行擴孔，以滿足設計墻體搭接厚度。

槽孔內下設鋼筋籠、預埋管，鋼筋籠的厚度為100 cm，高度為5.0 m，底部安置高程為2 402.85 m，頂部安置高程為2 407.85 m;灌漿預埋管為雙排設計，軸線對稱布置，排距80 cm，孔距250 cm，下設到槽孔孔底。

2 防滲墻墻體材料及配合比設計

2.1 墻體材料與混凝土性解指標

防滲墻墻體材料為普通混凝土。防滲墻混凝土設計指標見表1。另外，為了使混凝土具有良好的工作性能，根據防滲墻規范要求，混凝土塌落度為180～220 mm，擴散度340～400 mm，初凝時間＞6 h，終凝時間＜24 h。

表1 防滲墻混凝土設計指標 MPa

配制混凝土的原材料有:①水泥:P.O42.5水泥;②粉煤灰:Ⅱ粉煤灰;③粗骨料:均為天然骨料，小石粒徑5～20 mm，中石粒徑20～40 mm;④砂:采用天然砂，粒徑＜5 mm，細度模數2.4～2.8;⑤外加劑:QHHP高性能泵送劑;⑥水:雜谷腦河河水。

按照施工合同，防滲墻混凝土用的砂石骨料為甲供材，且全部為人工料，但前期防滲墻試驗(槽孔深度80 m)使用人工料攪拌的混凝土顯示:混凝土的和易性、流動性、保水性等工作性能不佳，骨料易離析，且澆筑易堵管，混凝土芯樣的表面麻面多、芯樣短、混凝土不均一等，因此使用人工砂石骨料攪拌的混凝土不宜深槽澆筑。為了能更好保證防滲墻混凝土澆筑質量，最終使用天然砂石骨料。

2.2 混凝土配合比

根據上述“2.1”對混凝土性能的要求進行混凝土配合比設計。根據大量混凝土配比實驗，選定配合比中水膠比為0.44，砂率為47%。粉煤灰摻量為40%，可降低混凝土的早期強度，有利于接頭孔施工。防滲墻的混凝土特性要求高強、低彈、大塌落度、泵送，骨料的彈性模量與它在混凝土中所占體積對混凝土彈性模量均會有影響，因此為降低混凝土骨架的剛度，采用二級配比例小石∶中石=60%∶40%。混凝土配合比詳見表2。

表2 防滲墻混凝土配合比 kg/m

在每倉混凝土攪拌前，對砂石骨料的含水率、超遜徑等進行檢測，根據檢測數據對上述配合比進行校正。

3 混凝土拌和系統

防滲墻混凝土澆筑具有單位時間澆筑強度大，而且澆筑過程不能中斷的特點。為保證澆筑質量、便于澆筑過程中前臺與拌和站的協調，根據施工區場地具體情況，在距左岸防滲墻軸線下游35 m處建造混凝土系統。混凝土系統布置圖詳見圖1。混凝土系統包括混凝土攪拌機、混凝土輸送泵、水泥庫房、砂石骨料堆放場及給水加熱鍋爐。

3.1 混凝土攪拌機

選擇2臺JS750型強制攪拌機和1臺ZPL1200配料機，可滿足澆筑強度。在個別澆筑方量大的槽段，為了保證澆筑速度，縮短澆筑時間，同時使用了另外一個同規格的拌和站。

水泥、粉煤灰及外加劑采用人工上料，為了能便于上料和上料的準確，每盤實際攪拌0.6 m3，即每盤加入的水泥為150 kg(三包)、粉煤灰100 kg(兩包)、外加劑2 kg。砂石骨料自動稱重配料。

3.2 原材料儲存

水泥庫房兩座，布置在攪拌機兩側，以便于上料，庫房可存放400 t水泥、粉煤灰，滿足最大槽孔混凝土澆筑。

砂石骨料場在配料機的后面。砂、小石、中石用2 m高的混凝土擋墻隔離，根據混凝土配比用量，砂用量最多，為便于上料，布置在距配料機最近的地方，小石居中，中石最遠。砂石骨料庫容能夠滿足最大槽孔混凝土澆筑。

3.3 混凝土運輸

考慮到本工程槽孔混凝土方量大、澆筑強度高的特點，由于混凝土拌和系統距澆筑面不遠，采用1臺HBT60型混凝土泵輸送混凝土，接Φ150mm輸送管使用。

在澆筑S08槽(槽長6.8 m，平均孔深100.23 m)、S06槽(槽長6.8 m，平均孔深94.3 m)、S10＆11A 槽(槽長9 m，平均孔深89.1 m)時，由于混凝土澆筑方量大，尤其是S10＆11A槽，混凝土實際澆筑1 313.4 m3;為了滿足混凝土上升速度，使用了兩個混凝土拌和站，另一個拌和站距施工現場約1 km，其混凝土使用2臺8 m3混凝土攪拌車運輸。

圖1 混凝土拌和系統

3.4 給水加熱鍋爐

防滲墻有部分槽段在冬季施工，并進行混凝土澆筑。冬季氣溫在0℃ ～-10℃，為保證入槽混凝土的溫度≥5℃，需要用熱水攪拌。為了控制水溫和熱水用量，在拌和站安設2級加熱鍋爐:第一級鍋爐將水加熱至沸騰;第二級鍋爐將沸騰的水調和到60℃以下用于混凝土攪拌。第二級鍋爐用電熱管加熱保溫，并安有溫控裝置，當水溫到達60℃時，電熱管停止加熱。兩個鍋爐用Φ50 mm鋼管連接，并安有行程開關，自動上水。

4 混凝土澆筑過程控制

防滲墻混凝土澆筑采用泥漿下直升導管法澆筑，自上而下置換孔內泥漿，在漿注壓力下自行密實，不用振搗。澆筑前在導管內放入一個直徑比導管內徑略小的充氣膠球作為導管塞，以便將最初進入導管的混凝土和管內泥漿隔離開來。

4.1 混凝土澆筑前的準備工作

在清孔驗收前:①準備混凝土澆筑用器具(澆筑導管、井架、漏斗、儲料槽、溜槽、拆卸導管的工具、起吊導管用的鋼絲繩套、膠球等);②檢修拌和系統、混凝土泵、吊車、裝載機等設備;③檢測砂石骨料，校正混凝土配合比。

在清孔驗收合格后:①開始下設接頭管、鋼筋籠、預埋管及監測儀器，最后下設澆筑導管，導管底部距孔底25 cm，導管間距要符合規范要求。②安裝混凝土泵管到儲料槽;用混凝土攪拌車運輸時，還需在儲料槽前布置馬道;③用5 cm厚度的木板將槽口遮蓋，防止施工人員或異物掉入槽孔內;④攪拌混凝土，準備開始澆筑。

4.2 開澆階段控制

1)檢查膠球是否已經放入導管內，然后用擋板將漏斗底部出口封住，向漏斗內注入適量砂漿，是為了潤濕混凝土泵管、導管和防止混凝土中的骨料卡球。

2)混凝土由攪拌站出料口經混凝土泵(或由混凝土攪拌車)輸送至槽口旁的儲料槽內，當儲料槽內蓄滿混凝土、同時2臺混凝土攪拌機已將料攪拌好備用，將儲料槽的放料閘門打開，混凝土經溜槽流入漏斗，及時將漏斗中的擋板提出，大量的混凝土涌入導管，將膠球和管內泥漿從導管底部壓出，此時混凝土要連續放入導管內，絕不能中斷，直到混凝土將開澆的導管埋入至少0.3m。

3)因防滲墻槽孔底部有坡度或成臺階狀，要先開澆下設最深的導管，當混凝土面與較淺的導管底部一平時，開澆此套導管。

4)首批混凝土澆筑完畢后，用加重的測餅測量混凝土面高度，判斷導管是否已埋入混凝土中。

5)經測量計算，頂部的短管拆卸后導管埋深≥2 m時，進行短管拆卸。

4.3 中間階段控制

最上面的一節短管拆除后，混凝土澆筑進入中間階段。

1)控制澆筑速度。一期槽兩端下設接頭管，混凝土的初凝時間現場實測約13 h，澆筑速度過快，接頭管埋深多，起拔就困難，混凝土未初凝就起拔成孔效果會很差，為了保證拔管成孔效果，混凝土上升速度應控制在3 m/h左右。二期槽孔可根據混凝土拌和能力加快澆筑速度。本工程一期槽孔平均上升速度為3.3 m/h，二期槽孔平均上升速度為4.9 m/h。

2)控制導管埋深。每次導管拆卸后，孔內導管埋入混凝土中的深度≥2 m;當孔內導管長度＞70 m時，導管達到埋深要求后，須一節一節(中間部位每節導管長2.5 m)的拆卸;當孔內導管長度＜70 m時，根據澆筑情況可每兩節導管同時拆卸。

3)拆卸導管時，不要將灑落在槽口蓋板上的混凝土沖到槽孔內;放料時，不要過猛、過快，避免混凝土從漏斗內溢出灑落槽孔內。

4)勤測量混凝土面深度，使槽孔內最大混凝土面高差控制在0.5 m以內。當一側混凝土面較高時，可減少最近那套導管的混凝土流入量，等到混凝土面的高差很小時，再均勻放料。

5)在S10＆11A槽孔內下設了監測儀器，此槽的第二套導管離儀器的水平距離很近，為了保護儀器在澆筑時不受到破壞，拆卸導管后，導管底部盡量避開儀器下設的位置，且澆筑速度適當放慢。

6)澆筑過程中因停電、配料機故障而發生中斷，中斷時間均未超過40 min。澆筑中斷后每隔10～15 min使用吊車上下活動澆筑導管，防止恢復澆筑時造成堵管。非停電造成的中斷，每隔10～15 min泵送一點殘留在混凝土泵中的混凝土，防止發生泵管堵塞。

7)在機口和槽口取試樣檢測混凝土的塌落度、擴散度，以便更好的控制混凝土質量及澆筑效果;取強度、彈模、抗滲、抗凍試塊來檢測設計指標;冬季施工還應檢測槽口處的混凝土溫度，其溫度控制在5℃以上。

4.4 終澆階段控制

當混凝土面上升至距孔口只剩5 m左右時，槽孔澆筑進入終澆階段。

1)此時槽孔內的泥漿很稠，澆筑越深的槽孔越明顯，有時泥漿會成絮凝狀，浮力大，用測錘已很難測準混凝土面，此時應用預備好的長竹竿或鋼筋探測混凝土面。

2)導管內外的壓力差越來越小，經常滿管，下料不暢，需要不斷地上下活動導管，活動導管時不易將導管提起過高，否則有時會出現導管被混凝土托起，無法下放到井架上，造成混凝土無法流入導管內，增加了澆筑的困難。

3)及時用清水稀釋稠漿，此時的泥漿已被污染，不能回收利用。

4)勤測量混凝土面高程，使混凝土終澆高程高出設計墻頂高程0.5～0.7 m;不易過高，否則一是浪費混凝土，二是增加鑿除此部分混凝土的難度。

5 混凝土檢測

防滲墻17個槽段共取抗壓強度試件99組，其中28 d齡期抗壓強度19組;90 d齡期抗壓強度共40組;360齡期抗壓強度共40組。彈性模量試驗共4組，90 d和360 d彈模各2組;360 d齡期抗滲試驗5組;360 d齡期抗凍試驗2組。

28 d齡期抗壓強度并無設計指標，是施工時的混凝土質量過程控制的一個措施，為是否能夠滿足90 d、360 d齡期抗壓強度做參考。各齡期抗壓強度檢測結果詳見表3。

表3 混凝土抗壓強度統計

2組試塊90 d彈性模量為2.61×104和2.83×104，2組試塊360 d彈性模量為3.39×104和3.21×104，各齡期彈性模量均符合設計要求。5組360 d齡期抗滲試驗和2組360 d齡期抗凍試驗結果也均符合設計要求。

防滲墻完工后，施工了2個檢查孔，進行混凝土澆筑質量檢查工作。兩個檢查孔使用直徑 Φ 150 mm的雙層鉆具取芯，均打穿防滲墻進入基巖。混凝土取芯率都為100%，且每段取芯長度為5 m，表面光滑，混凝土分布均勻。壓水最大值滲透系數為3.0×10-7cm/s。檢查孔見基巖面深度和原槽終孔深度基本吻合，墻底落淤均＜3 cm。

6 結語

超深槽孔混凝土澆筑前就要精心組織，從混凝土原材料選用、配合比設計、拌和系統、運輸、澆筑器具、導管的布置、清孔等每一項工作都會影響混凝土澆筑能否順利、滿足質量要求。通過本工程超深槽孔混凝土澆筑，總結如下施工經驗:

1)混凝土應使用天然砂石骨料拌制。本工程混凝土澆筑順暢，從未發生因混凝土本身原因而造成澆筑導管堵塞，混凝土芯樣光滑、無麻面，且混凝土均勻。

2)使用膨潤土泥漿，清孔換漿后，泥漿性能指標應滿足規范要求，但泥漿黏度應適中，本工程清孔后泥漿的黏度控制在32～36 s。泥漿黏度高，澆筑時間越長，混凝土面附近的泥漿越稠，越容易絮凝成團狀物質，不利于混凝土面的測量，增加終澆階段澆筑難度。

3)澆筑前應掌握此槽段的造孔資料，當測得的混凝土面上升速度與混凝土澆筑方量出現異常時，能夠及時準確分析原因，避免出現導管拔出混凝土或鑄管事故。

4)控制好導管埋入混凝土中的深度，即使澆筑非常順暢，導管提升也不困難，也應及時拆卸導管，并不是導管埋深大，澆筑質量越好:①混凝土的壓重會阻礙導管內混凝土的正常擴散、上升，尤其是終澆階段，導管內外的壓力差減小，混凝土擴散范圍減小，混凝土會延導管外壁上升，易與混凝土面的沉渣、泥漿混合，難以保證澆筑質量;②若遇到特殊地層會造成混凝土流失。

為保證開澆和終澆階段澆筑順暢，應在每套導管的頂部和底節導管以上部位設置數節長度為0.3～1.0 m的短導管。

5)澆筑導管下設時應盡量避開鋼筋籠、預埋管定位架的橫向鋼筋，導管外壁與橫向鋼筋的水平距離應保持在30 cm以上，否則澆筑時，由于混凝土的擠壓，很可能使導管與橫向鋼筋相交，起管時導管接頭卡在鋼筋籠或定位架上，嚴重時會發生鑄管事故。當導管接頭卡在鋼筋籠或定位架上時，適當減緩澆筑速度，將導管在孔口旋轉90°～180°，再起吊可將導管提起。

6)為防止長時間停電而造成澆筑中斷。本工程備用了一臺250 kW的柴油發電機作為備用電源，能夠滿足拌和系統、混凝土泵和抽水泵的用電，在停電時發揮了作用。

7)氣候會影響混凝土澆筑，尤其是冬季、夏季、雨季，提前做好相關控制措施。

8)每次澆筑前，要對澆筑設備、器具進行檢修、保養，同時混凝土原材料要備足。

［1］馬迎春.混凝土防滲墻施工技術綜述［J］.黑龍江水利科技，2005，33(6):41-42.