塑性混凝土防滲墻在圍堰工程中的應(yīng)用探析

辜詩(shī)純

(中鐵十八局集團(tuán)市政工程有限公司，天津 300222)

混凝土防滲墻在堤防地基、閘壩地基、圍堰的堰體及基礎(chǔ)等工程中應(yīng)用較為廣泛，能夠起到防止?jié)B漏、穩(wěn)定地基的作用。混凝土材料的種類眾多，混凝土材料不同，其抗壓強(qiáng)度和彈性模量也均不相同。因此將這類材料分為剛性材料和柔性材料，像普通混凝土就屬于剛性材料，塑性混凝土屬于柔性材料。塑性混凝土具有良好的變形能力，由于在圍壓增加的情況下塑性混凝土強(qiáng)度反而會(huì)增強(qiáng)的特性而被廣泛應(yīng)用在水工建筑物中。

一、泥漿固壁和塑性混凝土配合比

混凝土防滲墻本身是對(duì)水利工程中的一些基礎(chǔ)起防滲作用和穩(wěn)定基礎(chǔ)的作用，通過(guò)在堰體、壩體等一系列透水地基中造孔成槽，以泥漿來(lái)固定槽孔的孔壁，在泥漿下澆筑防滲材料而形成的連續(xù)墻。

（一）泥漿固壁原理

泥漿固壁的主要作用就是在施工過(guò)程中確保孔壁的穩(wěn)定。主要是由于孔壁中泥漿的壓力較大，泥漿可以通過(guò)壓力滲透進(jìn)入孔壁的土體中，與孔壁土體一起形成泥皮。隨著泥皮不斷增厚，泥皮的約束作用也在不斷增加，進(jìn)而起到了固結(jié)孔壁土體的作用。泥漿除了有穩(wěn)定孔壁的作用外，還具有懸浮土渣、排除土渣以及潤(rùn)滑及冷卻鉆具的作用。

（二）塑性混凝土配合比設(shè)計(jì)

塑性混凝土的原材料與普通混凝土的原材料相比，主要增加了膨潤(rùn)土和黏土。塑性混凝土原材料的質(zhì)量嚴(yán)重影響后期施工的工程質(zhì)量，所以材料進(jìn)場(chǎng)前必須進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，確保材料的各項(xiàng)指標(biāo)等參數(shù)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求。其中，水泥對(duì)混凝土這種合成物的強(qiáng)度、彈性模量等方面影響最大。當(dāng)然，其他的原材料對(duì)塑性混凝土的各項(xiàng)參數(shù)均有較大的影響。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，配合比對(duì)塑性混凝土的各項(xiàng)參數(shù)影響如表1所示。

表1 配合比對(duì)塑性混凝土的各項(xiàng)參數(shù)影響統(tǒng)計(jì)表

塑性混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)通過(guò)逐步淘汰優(yōu)化設(shè)計(jì)法和工程類比法兩個(gè)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。先通過(guò)工程類比法初定出5個(gè)左右的配合比，然后再通過(guò)逐步淘汰優(yōu)化設(shè)計(jì)法選出一個(gè)最為合理的配合比。

二、工程實(shí)例

（一）工程概況

某水庫(kù)工程是當(dāng)?shù)氐墓喔人垂こ蹋饕康氖菫楫?dāng)?shù)鼐用竦霓r(nóng)作物等灌溉提供便利，同時(shí)也起到防洪的作用。該水庫(kù)的總?cè)萘繛?.70億m3，水庫(kù)所用的大壩為重力壩。為了確保水庫(kù)大壩在枯水期施工時(shí)不受地下水等影響，決定在大壩的上下游均設(shè)置過(guò)水圍堰，在圍堰工程的設(shè)計(jì)中采用了塑性混凝土。

（二）水文地質(zhì)概況

根據(jù)氣象局統(tǒng)計(jì)的信息可知，當(dāng)?shù)氐闹餮雌谠?～9月份，主要是由于季節(jié)性暴雨所致，枯水期在11月到下一年的4月中旬。該水庫(kù)的蓄水位高程控制在572.0m，沒(méi)有特殊情況下，該水庫(kù)是不可以開閘泄水的。

上游的過(guò)水圍堰河段在枯水期時(shí)的水面寬度為92m，深度在2.1～4.4m。河床的覆蓋層主要有卵礫石夾砂層、半膠結(jié)卵礫石層和基巖。其中卵礫石夾砂層和半膠結(jié)卵礫石層為強(qiáng)透水層。巖體的種類較多，主要為弱透水層和中等透水層。下游的過(guò)水圍堰河段在枯水期時(shí)的水面寬度為124m，深度在1.1～4.1m。河床的覆蓋層除了土層厚度不一樣外，其余與上游基本相似。

（三）塑性混凝土防滲墻施工要素

1.布置臨時(shí)設(shè)施

防滲墻施工所采用的機(jī)械設(shè)備較多，造孔成槽、吊裝等工序均需要各種大型機(jī)械設(shè)備，所以必須布置一個(gè)平整堅(jiān)固的施工平臺(tái)給機(jī)械設(shè)備的操作空間。導(dǎo)墻的平面中心位置一般就是防滲墻的中心位置，可以根據(jù)導(dǎo)墻確定防滲墻的位置。但是導(dǎo)墻在施工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)變位的情況，所以在導(dǎo)墻施工附近布置可靠有效的測(cè)量基點(diǎn)，防止因沉陷等問(wèn)題造成的導(dǎo)向槽變位而不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修正，導(dǎo)墻上還可以標(biāo)記孔位和對(duì)槽段進(jìn)行劃分等。導(dǎo)墻和施工平臺(tái)還有一個(gè)共同作用就是確保槽段主體的穩(wěn)定，避免出現(xiàn)坍塌的情況。

布置導(dǎo)墻和施工平臺(tái)時(shí)，要根據(jù)防滲墻的頂標(biāo)高、水位等進(jìn)行綜合控制。如本工程設(shè)計(jì)的防滲墻厚度為800mm，高程為577.5m，導(dǎo)墻槽口寬度為900mm，高為1.5m，高程為578.15m。防滲墻附近要用較好的級(jí)配填料，碾壓密實(shí)。軌道鋪設(shè)時(shí)應(yīng)確保軌枕不產(chǎn)生不均勻的沉降，并且垂直于防滲墻的中軸線。

2.塑性混凝土施工配合比

本工程中所用的水泥為P.032.5，其中摻入了一定比例的燃煤渣和電爐鋼渣，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)該水泥滿足規(guī)范要求。根據(jù)前文介紹的設(shè)計(jì)方法，并結(jié)合設(shè)計(jì)院給出的各項(xiàng)參數(shù)，通過(guò)試驗(yàn)最終確定的施工配合比如表2所示。

表2 某水庫(kù)圍堰工程塑性混凝土施工配合比

3.主要施工工藝

防滲墻施工的主要施工工序有四道，分別是鉆孔挖槽、泥漿固壁、澆筑和連接。施工工藝流程如圖1所示。

圖1 防滲墻施工工藝流程圖

4.槽段施工

防滲墻施工前必須先將連續(xù)墻進(jìn)行劃分，逐個(gè)對(duì)劃分好的單元墻進(jìn)行施工。在劃分槽段時(shí)，應(yīng)盡量減少槽段接頭，這樣可以提高施工效率，降低施工成本。各單元墻施工前使用鉆機(jī)鉆孔，且使得孔洞連續(xù)，形成槽孔，本工程采用鉆劈法進(jìn)行成槽施工。然后將槽孔進(jìn)行編號(hào)，奇偶數(shù)間隔性施工，編號(hào)為奇偶數(shù)的分別稱為一期槽段和二期槽段，如圖2所示。每期槽段施工的過(guò)程中，一般將先施工的稱為主孔，后施工的為副孔，槽段中若殘留一些小墻需最后進(jìn)行施工。接頭孔施工前必須先確定該孔達(dá)到了一定強(qiáng)度后再進(jìn)行后續(xù)施工處理，這樣可以有效避免槽段澆筑質(zhì)量不合格的情況。

圖2 劃分槽段示意圖

二期槽段的施工前必須待一期槽段的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上之后才可以進(jìn)行施工。本工程通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)，7天后可以滿足設(shè)計(jì)要求，所以決定二期槽段在一期槽段施工7日后進(jìn)行施工。

槽段澆筑前必須進(jìn)行終孔驗(yàn)收，需要檢查孔洞的深度、孔洞的斜率、孔底沉渣的厚度、泥漿的含沙量以及比重這一系列的指標(biāo)。本工程孔深的要求是至少進(jìn)入巖層0.5m，孔洞的斜率必須控制在0.4%以內(nèi)，孔洞位置偏差范圍應(yīng)控制在30mm以內(nèi)。孔洞斜率檢查依據(jù)相似三角形原理，即在孔口測(cè)量鉆頭在不同孔深處鋼絲繩偏離槽孔中心的距離來(lái)計(jì)算該深度的偏距和偏斜率，

本工程采用泥漿下直升導(dǎo)管法進(jìn)行塑性混凝土澆筑，因?yàn)榇朔N材質(zhì)的防滲墻就是通過(guò)導(dǎo)管內(nèi)外混凝土的壓力差，結(jié)合混凝土自身的流動(dòng)性及和易性的特性，不斷填滿泥漿所占據(jù)的空間而使得墻體連續(xù)，形成連續(xù)的防滲墻。但是澆筑塑性混凝土?xí)r必須注意以下幾點(diǎn)：（1）必須在終孔驗(yàn)收合格后4h內(nèi)，采用直徑為250mm的導(dǎo)管進(jìn)行塑性混凝土澆筑，這樣可以有效避免槽壁坍塌等意外事故。（2）導(dǎo)管的連接必須可靠，導(dǎo)管距孔端的距離控制在1m為宜，導(dǎo)管間距必須控制在3.5m以內(nèi)。（3）澆筑塑性混凝土前必須先用適量的砂漿注進(jìn)導(dǎo)管內(nèi)，隨后再注入適量的混凝土，確保料斗內(nèi)的塑性混凝土能將導(dǎo)管底端埋入混凝土中。（4）澆筑時(shí)導(dǎo)管埋入混凝土內(nèi)的深度應(yīng)控制在1-6m以內(nèi)，避免因埋入過(guò)深而導(dǎo)致起拔困難。（5）澆筑過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)堵管、導(dǎo)管漏漿等特殊情況。堵管時(shí)可以采用鋼筋進(jìn)行疏通和鉆機(jī)抖動(dòng)導(dǎo)管。導(dǎo)管漏漿時(shí)應(yīng)及時(shí)更換導(dǎo)管及相關(guān)配件，并重新使用合格的導(dǎo)管。

本工程28#槽段在施工過(guò)程中遇到了孔壁坍塌的特殊情況，通過(guò)向孔洞內(nèi)填筑黏土、塊石等，填筑的高度必須控制在坍塌位置所處標(biāo)高1～2m以內(nèi)，同時(shí)輕輕壓實(shí)填筑物，待穩(wěn)定后再繼續(xù)施工。本工程施工結(jié)束后經(jīng)過(guò)專業(yè)檢測(cè)，各槽段的施工質(zhì)量均合格，獲得了甲方的一致好評(píng)，提高了公司的聲譽(yù)。