塑性混凝土防滲墻施工技術(shù)在粉細(xì)砂地基中的運(yùn)用

王秀紅 包想軍

（中國(guó)水利水電第三工程局有限公司 內(nèi)蒙古 烏海 016000）

1 概況

1.1 工程概況

海勃灣水利樞紐位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市境內(nèi)的黃河干流上，是一座防凌、發(fā)電等綜合利用的水利樞紐工程，工程等級(jí)為Ⅱ等工程，工程規(guī)模為大（2）型，樞紐主要由河床電站、泄洪閘、土石壩等建筑物組成。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

樞紐壩址區(qū)地貌形態(tài)分為風(fēng)成地貌、黃河沖積地貌、河流堆積侵蝕地貌。壩址區(qū)地層主要由第四系松散堆積物組成，總厚度大于500m，地層比較復(fù)雜。勘察揭露最大厚度80m。壩基土體包括新近沉積的第Ⅱ-1地質(zhì)單元（Q42al）和第Ⅲ地質(zhì)單元（Q3al+l）。廠房段設(shè)計(jì)建基面高程1043.5m～1048m，地基土層為第Ⅲ地質(zhì)單元（Q3al+l）地層，在勘探深度范圍內(nèi)，上層土體以粉砂、細(xì)砂為主，中密～密實(shí)狀，夾有砂壤土、粉土、壤土和粘土透鏡體。由于在基坑部位施工時(shí)發(fā)生了承壓水上涌，根據(jù)設(shè)計(jì)單位塑性混凝土防滲墻調(diào)整方案，將原防滲墻設(shè)計(jì)底高程抬升至該粘土層中，墻體嵌入粘性土層的深度按0.6m～1m控制。

2 防滲墻技術(shù)參數(shù)

2.1 塑性混凝土力學(xué)參數(shù)

防滲墻使用塑性混凝土要求：密度≥2100kg/m3，彈性模量≤1500MPa，允許滲透比降不小于60，抗壓強(qiáng)度≥4.8MPa，抗拉強(qiáng)度≥0.6MPa，滲透系數(shù)≤1×10-7cm/s，強(qiáng)度保證率達(dá)到90%，水泥標(biāo)號(hào):不低于32.5號(hào)，砂石骨料:最大粒徑不大于20mm，砂率50%～60%，含泥率小于5%。

2.2 混凝土配合比選定

塑性混凝土配合比如表1。

2.3 塑性混凝土澆筑的技術(shù)要求

（1）澆筑混凝土采用直升導(dǎo)管法，導(dǎo)管連接和密封必須可靠，導(dǎo)管埋入混凝土深度不小于1m，不大于6m；導(dǎo)管底口距槽底控制在25cm范圍內(nèi)。

（2）在澆筑過(guò)程中控制各料斗均勻下料，混凝土的澆筑強(qiáng)度滿足槽孔內(nèi)混凝土面上升速度不小于2m/h。

（3）槽孔澆筑嚴(yán)格遵循先深后淺的順序，即從最深的導(dǎo)管開始，由深到淺連續(xù)澆筑。

（4）入孔坍落度18cm～22cm。擴(kuò)散度34cm～40cm，坍落度保持15cm以上時(shí)間應(yīng)不小于1h，初凝時(shí)間應(yīng)不小于6h，終凝時(shí)間應(yīng)不宜大于24h。

（5）塑性混凝土終澆頂面高于設(shè)計(jì)高程50cm，上部結(jié)構(gòu)施工時(shí)鑿除頂部50cm，目的是提高防滲墻防滲效果。

3 施工準(zhǔn)備

3.1 導(dǎo)向槽施工

以防滲墻軸線為中心，利用液壓反鏟開挖導(dǎo)向槽基礎(chǔ)，開挖成型后施工導(dǎo)向槽，導(dǎo)向槽結(jié)構(gòu)倒“L”形斷面，高 1.2m，頂部寬1.15m，底部寬0.35m，內(nèi)部配置Φ16mm螺紋鋼筋，間距為30cm，用C25混凝土立模現(xiàn)澆，對(duì)稱布置，中間槽寬70cm。

3.2 施工平臺(tái)

導(dǎo)向槽混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，用砂礫石填筑，并夯實(shí)、平整，作為防滲墻施工平臺(tái)，供液壓抓斗等大型設(shè)備行駛。

3.3 泥漿制作

為保證成槽的安全和質(zhì)量，護(hù)壁泥漿生產(chǎn)循環(huán)系統(tǒng)的質(zhì)量控制是關(guān)系到槽壁穩(wěn)定、液壓抓取或沖孔速度、成槽、塑性砼質(zhì)量的必備條件。本工程優(yōu)先采用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土為主、少量的粘土為輔的泥漿制備材料，造孔用的泥漿材料必須經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)合格后，方可使用。質(zhì)量控制主要指標(biāo)為：比重1.1～1.3，粘度18s～25s，含砂率≤5%，膠體率 95%，必要時(shí)，加適量的添加劑，制備泥漿性能指標(biāo)應(yīng)符合表2中規(guī)定。

拌制泥漿的方法及時(shí)間通過(guò)試驗(yàn)確定，并按批準(zhǔn)或指示的配合比配制泥漿，計(jì)量誤差值不大于5%。貯漿池容量300m3。泥漿制漿系統(tǒng)配制的泥漿通過(guò)Ф150mm管線輸送到泥漿中轉(zhuǎn)站，再由中轉(zhuǎn)站分送各施工槽孔。

表1 塑性混凝土配合比

表2 制備泥漿的性能指標(biāo)表

泥漿處理泥漿必須經(jīng)過(guò)制漿池、沉淀池及儲(chǔ)存池三級(jí)處理，泥漿制作場(chǎng)地以利于施工方便為原則。

4 施工方法

4.1 液壓抓斗成槽工藝

（1）液壓抓斗成槽工藝

結(jié)合本工程地質(zhì)及墻體設(shè)計(jì)特點(diǎn)，防滲墻成槽采用“抓取法”施工工藝，根據(jù)液壓抓斗斗體的開度，合理確定槽段長(zhǎng)度及每個(gè)槽段內(nèi)主孔和副孔長(zhǎng)度。

塑性混凝土防滲墻施工順序均為先施工Ⅰ期槽段，再施工Ⅱ期槽段。針對(duì)每一個(gè)施工槽段，施工過(guò)程中先抓取主孔，再抓取副孔。該施工方法的優(yōu)點(diǎn)是施工速度快，易控制孔斜，成槽質(zhì)量高。開槽前，導(dǎo)墻內(nèi)注入泥漿，施工中保持泥漿高度始終在距導(dǎo)墻頂以下0.3m～0.5m。

（2）成槽地層分析

根據(jù)設(shè)計(jì)提供的地質(zhì)勘察報(bào)告及設(shè)計(jì)圖紙中提供的典型地層分界線的深度，施工中在現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)及質(zhì)檢人員進(jìn)行跟蹤鑒定，以分析地層情況，并及時(shí)向現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師申請(qǐng)鑒定并做好記錄。其目的是為了墻體嵌入粘性土層的深度控制在0.6m～1m左右。

（3）成槽質(zhì)量要求

本工程槽孔寬度為0.6m，成槽時(shí)槽孔孔壁平整垂直,孔位中心允許偏差不大于3cm，孔斜率不大于0.4%；在成槽過(guò)程中，含孤石、漂石地層及遇基巖面傾斜度較大等特殊地層情況時(shí)，其孔斜率應(yīng)控制在0.6%以內(nèi)，或改為烏卡斯沖擊鉆孔技術(shù)進(jìn)行施工。

對(duì)于Ⅰ、Ⅱ期槽孔接頭套接孔的兩次孔位中心在任一深度的偏差值，不大于設(shè)計(jì)墻厚的1/3。

施工槽段長(zhǎng)度初步劃分為：Ⅰ期槽軸線長(zhǎng)度6.0m，Ⅱ期槽軸線長(zhǎng)度6.0m，槽孔劃分平面示意圖，見圖1所示。

4.2 終孔及清孔驗(yàn)收

終孔成槽深度按照設(shè)計(jì)圖紙要求嵌入粘土層不小于0.6m，成槽過(guò)程中當(dāng)發(fā)現(xiàn)接近底層變化時(shí)開始留取土樣并記錄好深度，并由現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)工程師會(huì)同監(jiān)理工程師和設(shè)計(jì)方工程師共同進(jìn)行土樣鑒定。槽孔終孔驗(yàn)收合格后進(jìn)行清孔換漿。采用抓斗和掏渣桶撈取槽孔內(nèi)大部分淤積和大顆粒沉渣進(jìn)行清孔。

Ⅱ期槽孔清孔結(jié)束前，還要刷洗Ⅰ期槽孔段混凝土孔壁上所吸附的浮渣、泥皮，利用鋼絲刷子鉆頭采用自上而下分段刷洗，標(biāo)準(zhǔn)是：刷子鉆頭上基本不再帶泥屑，孔底淤積不再增加為合格標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 防滲墻墻體澆筑

（1）澆筑導(dǎo)管安裝及要求

塑性混凝土防滲墻均采用直升式導(dǎo)管法進(jìn)行混凝土澆筑，導(dǎo)管采用絲扣型連接。導(dǎo)管間距不大于3.5m，一期槽段的導(dǎo)管中心距接頭管壁面的距離為1.0m～1.5m，二期槽段的導(dǎo)管距孔端1.0m，導(dǎo)管距槽底控制為25cm。

導(dǎo)管的連接和密封必須可靠，接頭處和管壁嚴(yán)禁漏漿，下設(shè)前應(yīng)做密封實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)管底口距槽底控制在150mm～250mm范圍內(nèi)。在混凝土澆筑后期，因?yàn)榛炷翛_擊力小、下料慢，容易堵管，所以導(dǎo)管要勤提勤放，保證混凝土面達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖1 槽孔劃分圖

圖2 電站壩段防滲墻頂端連接詳圖

（2）混凝土澆筑

澆筑開倉(cāng)時(shí)，先在導(dǎo)管內(nèi)下設(shè)隔離球，將導(dǎo)管下至距孔底約25cm左右。初澆混凝土方量要經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確計(jì)算，確保一次將混凝土導(dǎo)管底部完全覆蓋。待導(dǎo)管及分料斗儲(chǔ)滿料后，將導(dǎo)管上提適當(dāng)距離（距孔底25cm），讓混凝土一舉將導(dǎo)管底封住，避免混漿，導(dǎo)管埋入混凝土的深度在1m～6m之間，在澆筑過(guò)程中控制各料斗均勻下料，混凝土的澆筑強(qiáng)度滿足槽孔內(nèi)混凝土面上升速度不小于2m/h。澆筑過(guò)程中每20min～30min測(cè)量一次槽內(nèi)混凝土面深度，保證槽內(nèi)混凝土面同時(shí)均勻上升，槽孔內(nèi)各處混凝土面高差控制在0.5m范圍內(nèi)，并根據(jù)混凝土上升速度起拔導(dǎo)管，并在混凝土澆筑時(shí)，孔口設(shè)蓋板，以防雜物掉入槽孔內(nèi)。

槽孔澆筑嚴(yán)格遵循先深后淺的順序，即從最深的導(dǎo)管開始，由深到淺連續(xù)澆筑。墻體混凝土連續(xù)澆筑，若混凝土的供應(yīng)因故暫時(shí)中斷，采取措施在40min內(nèi)恢復(fù)澆筑。土石壩BC段混凝土防滲墻終澆高程按超過(guò)設(shè)計(jì)墻頂高程0.5m控制，澆筑完成后，頂端部分予以鑿除。

4.4 防滲墻墻體連接

防滲墻接頭采用“接頭管法”，在實(shí)施Ⅰ、Ⅱ期槽段連接時(shí)用下設(shè)接頭管。方法優(yōu)點(diǎn)為施工方便，無(wú)需增加其它設(shè)備，并能節(jié)約混凝土。該方法增大了Ⅰ、Ⅱ期混凝土的接觸面積，使墻段接頭較好，并能加快施工進(jìn)度，減少混凝土損耗。在Ⅰ期槽孔澆注前，在槽孔兩端下設(shè)直徑略小于槽寬的鋼制接頭管，孔口固定后澆注混凝土，澆筑過(guò)程中隨時(shí)松動(dòng)接頭管，待混凝土初凝后起拔接頭管，形成接頭孔。接頭管分節(jié)制作，插銷連接，采用液壓拔管機(jī)起拔。

4.5 防滲墻與上部結(jié)構(gòu)連接施工

防滲墻施工完成后，在防滲墻兩側(cè)澆筑100mm厚的素砼墊層。待砼溫度達(dá)到常溫后，對(duì)砼面進(jìn)行清理，在砼表面噴灑一層稀釋瀝青或乳化瀝青，用量為0.15kg/m2～0.2kg/m2，潮濕部位在砼噴涂前對(duì)表面進(jìn)行了烘干。

施工時(shí)對(duì)瀝青面層分層澆筑，防止瀝青流淌。在澆筑上部砼的同時(shí)加入豎向銅止水，錨入瀝青長(zhǎng)度不小于300mm，具體如圖2所示。

表3 塑性混凝土檢測(cè)指標(biāo)

表4 塑性混凝土28d抗壓強(qiáng)度成果表

5 質(zhì)量檢測(cè)

5.1 塑性混凝土檢測(cè)指標(biāo)

塑性混凝土檢測(cè)指標(biāo)見表3。

5.2 塑性混凝土性能檢測(cè)

在施工過(guò)程中，按照設(shè)計(jì)和相關(guān)規(guī)范的要求，在槽（孔）口取樣，對(duì)塑性混凝土的抗壓強(qiáng)度、彈性模量、抗?jié)B性能、抗拉強(qiáng)度和施工性能（塌落度等）進(jìn)行了檢測(cè)，檢查指標(biāo)見表4，檢測(cè)結(jié)果表明均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，其中塑性混凝土28d抗壓強(qiáng)度的檢測(cè)成果見表4。

5.3 墻體鉆孔注水成果

（1）5個(gè)孔位的滲透性檢測(cè)，59個(gè)孔位的墻側(cè)鉆孔及預(yù)埋PVC管，彈性波CT檢測(cè)20組。孔內(nèi)電視1個(gè)孔位成像。

（2）防滲墻墻體完整性、連續(xù)性；防滲墻體波速正常，無(wú)明顯偏低的情況存在，1個(gè)孔的鉆孔電視成果表明，孔壁完整光潔，混凝土膠結(jié)較好。

（3）墻體抗?jié)B性能，參考《水利水電工程注水試驗(yàn)規(guī)程》（SL345-2007）,測(cè)段滲透系數(shù)分部在4.60×10-6cm/s～5.67×10-7cm/s，多集中在10-6cm/s數(shù)量級(jí)。檢測(cè)防滲墻防滲能力滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

在黃河海勃灣水利樞紐大壩基礎(chǔ)防滲墻施工中，成功的采用了液壓抓斗成槽技術(shù)進(jìn)行成槽施工，運(yùn)用了泥漿固壁技術(shù)，塑性混凝土防滲墻的連續(xù)施工等施工工藝。塑性防滲墻壓水實(shí)驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，工程質(zhì)量達(dá)到預(yù)期效果。塑性混凝土防滲墻具有結(jié)構(gòu)可靠、防滲效果好、適應(yīng)不同的地層條件、施工方便快捷、不受地下水位影響、造價(jià)較低等特點(diǎn)，在粉細(xì)砂深覆蓋層大壩基礎(chǔ)防滲處理工程中得到較好的運(yùn)用。陜西水利