塑性混凝土截滲墻在張莊橡膠壩中的應用

孫海超

塑性混凝土截滲墻在張莊橡膠壩中的應用

孫海超

塑性混凝土截滲墻作為一種20世紀80年代發展起來的新型防滲技術，在國內外得到廣泛應用。塑性混凝土是在普通混凝土中摻加了粘土、膨潤土、粉煤灰等，使水泥用量更少。其主要特點是彈性模量及強度低、防滲性能好、與周圍土體變形協調能力強等。塑性混凝土截滲墻的主要控制指標為：彈性模量、抗壓強度、模強比、滲透系數等。

一、工程概況

張莊橡膠壩位于山東省臨沂市河東區湯河鎮后張莊村東的湯河上，是一座攔蓄水資源、改善生態環境的中型攔蓄水建筑物，正常蓄水位為62.5m，一次蓄水量為95.74萬m3，回水長度7.0km，水面面積0.64km2。橡膠壩總寬131.5m，共2節，單節寬65.0m。正常蓄水位62.50m，橡膠壩壩高3.5m，設計內壓比1.35，壩底板高程59.00m。

橡膠壩壩址處地質情況自上而下依次為：

（1）層礫質粗砂（Q4al+pl）：黃褐色，松散，濕～飽和，主要成分為石英、長石，主要分布在河床表層，為新近沖填土，層厚2.2～3.6m。

（2）層壤土（Q4al+pl）：褐黃、黃褐色，可塑～硬可塑狀態，含較多中粗砂，局部為砂壤土，分布于河床兩側，層厚0.3～2.8m。

（3）層中粗砂（Q4al+pl）：黃褐色，稍密～中密，飽和，主要成分為石英、長石，偶見礫石，分布于整個場地中上部，層厚3.0～6.4m。

（4）層礫質粗砂（Q3al+pl）：黃褐色，中密～密實，飽和，主要成分為石英、長石，礫石粒徑一般為2～5cm，分布于整個場地底部，層厚4.5～16.0m。

砂巖（KdT）：為白堊系大盛群田家樓地層，暗紅色～紅褐色，細粒結構，層狀構造，局部為泥質粉砂巖。強風化帶厚約2.5～3.8m，層底高程為38.89～39.55m，巖石較破碎，節理裂隙發育，巖芯呈碎塊狀，錘擊聲啞，手可折斷，巖體類別為Ⅴ類。其下為弱風化帶，巖石稍堅硬，較完整，巖芯呈短柱～長柱狀，取芯率約70%～80%，該層未揭穿，巖體類別為Ⅲ～Ⅳ類，具弱透水性。

二、塑性混凝土截滲板墻應用

1.截滲設計

橡膠壩壩址處地層主要為中粗砂、礫質粗砂，厚4.5～13.5m，透水性強。為滿足滲流穩定、減小滲流量，設計采用塑性混凝土截滲板墻方案截滲。截滲墻設于鋪蓋前端齒墻處，橫向截滲至湯河兩岸堤防堤腳處共217.2m，截滲板墻厚400mm，截滲板墻頂高程為62.5m（設計擋水位），底高程深入強風化巖面下0.2mm。塑性混凝土板墻截滲立面如圖1所示。

根據工程地質條件，中粗砂、礫質粗砂的彈性模量可取E=175～230MPa，塑性混凝土截滲板墻設計參數為：

抗壓強度：3.0MPa≤P≤5.0MPa

模強比：100≤Es/P≤500

滲透系數：k≤1×10-7cm/s

彈性模量：700≤E≤1000MPa

2.塑性混凝土截滲板墻配合比

塑性混凝土特性隨著原材料組成不同而差別巨大，導致塑性混凝土配合比設計工作量大且復雜。塑性混凝土配合比設計參考以下原則：

（1）所選的配合比應使混凝土具有較小的模強比。設計的配合比最好使混凝土模強比小于100，不應使混凝土模強比大于500。

（2）截滲墻體的彈性模量為其相鄰土體彈性模量的4～5倍為宜，最大不宜超過10倍。

（3）每立方米塑性混凝土水泥用量以100～150kg為宜，最多不超過200kg。

（4）為提高塑性混凝土的和易性，塑性混凝土的用水量要大，當膨潤土和黏土采用濕摻法時，水灰比多大于2，一般多為3～6，有時可達到4～10。

圖1 塑性混凝土板墻截滲立面圖

表1 塑性混凝土配合比材料表

圖2 塑性混凝土截滲板墻施工工藝流程圖

表2 泥漿配合比表

（5）對于永久性工程，為了增加塑性混凝土截滲墻的后期強度和降低其滲透系數，可摻入適量粉煤灰。

經不同配比的原材料摻量試驗、檢測，本工程塑性混凝土截滲板墻原材料用量如表1。

經檢測，塑性混凝土性能：彈性模量E=817.3MPa，抗壓強度P=4.56MPa，模強比E/P=179，滲透系數k=5.46×10-8cm/s，達到設計要求。

3.塑性混凝土截滲板墻施工

（1）施工工藝

施工工藝流程如圖2。

（2）導向槽

導向槽間距為500mm，斷面為0.3m ×0.5m，C20鋼筋混凝土結構，布設4根Φ18鋼筋。

（3）泥漿制備

該工程采用Ⅱ級鈣基膨潤土泥漿進行護壁，分散劑為工業碳酸鈉（Na2CO3），降失水增粘劑為中粘類羧甲基纖維素鈉，采用湯河河水。根據施工規范及以往經驗確定泥漿配合比，見表2。

（4）成槽施工

成槽施工是截滲墻施工關鍵工序，制約著施工工期和施工質量。選用GB46型液壓抓斗臺車成槽，液壓抓斗臺車是一種先進的地下連續墻成槽機械，其成槽精度高、效率高。根據土層條件，本標段截滲板墻施工共劃分為22個單元槽段，一個槽段長10m，先施工奇數段板墻，再施工偶數段板墻。

（5）水下澆筑混凝土

水下澆筑混凝土采用直升導管法澆筑，25t汽車吊機配合。混凝土由攪拌車運至孔口，通過漏斗和導管入槽，混凝土澆筑過程連續進行，混凝土上升速度保持不低于2m/s。

（6）截滲墻槽段連接

兩期槽段的連接采取接頭管法，接頭管分節安裝，插銷連接，采用液壓拔管機起拔。

4.工程效果

張莊橡膠壩建成蓄水后，充分發揮攔蓄水作用，蓄水位、回水長度等都達到設計要求，工程效益明顯。

三、結語

塑性混凝土截滲板墻能更好地適應地基變形，大大減小墻體內的應力，避免開裂。該截滲技術應用的關鍵在于選擇適合工程地質條件的塑性混凝土配合比，選用合理的施工工藝。塑性混凝土截滲墻在該工程的應用，成功解決了中粗砂、礫質粗砂強透水層的滲漏問題，工程經過兩年運行，塑性混凝土截滲板墻對提高其蓄水能力效果顯著，對今后類似工程的地基處理具有借鑒意義■

（作者單位：山東省臨沂市水利勘測設計院276000）

（專欄編輯：顧梅）