水利水電工程中塑性混凝土防滲墻施工工藝及應用

高 峰

(中國水電基礎局有限公司，天津 301700)

塑性混凝土防滲墻廣泛應用于我國的水利水電工程，如大壩加固、水庫除險、圍堰施工等。與普通混凝土防滲墻相比，塑性混凝土防滲墻彈性模量和強度較低，抗變形能力較強，減少了周邊沉降對墻體的破壞，且具有較強的防滲能力，還能減少水泥用量，降低工程造價，施工過程更為簡易。

1 材料組成及性能

1.1 材料組成

膠凝材料的選擇是塑性混凝土與普通混凝土的主要區別[1]。在塑性混凝土生產中加入膨潤土、黏土、粉煤灰和外加劑，可改善性能。塑性混凝土的水泥主要采用復合硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥等。細骨料選用石英含量較高的光滑圓河砂或細度模數為2.4～2.8的人工砂。粗骨料最大粒徑不大于40mm，一級骨料最大粒徑為20～31.5mm。可根據實際情況適當選擇粉煤灰，一般采用二級以上粉煤灰。如果水泥或混凝土的強度比大，也可以使用重粉煤灰。一般選用2級以上的膨潤土，黏土的黏粒含量大于50%。

1.2 性能

(1) 工作性能。為了提高塑性混凝土的可塑性，在其生產過程中適當減少水泥用量，加入黏土、膨潤土等膠凝材料，提高其和易性和流動性。塑性混凝土可在泵送過程中自找平、自密實，以保證硬化塑性混凝土的質量和性能符合設計和規范要求，避免混凝土出現分層、離析、蜂窩、麻面和不密實現象，從而影響水利水電工程的建設和質量。

(2) 彈性模量。塑性混凝土防滲墻在實際工程中受到各種力的作用，彈性模量代表混凝土受力時的變形能力。在塑性混凝土中摻入黏土和膨潤土會大大降低其彈性模量，在各種力的作用下具有很強的變形能力，避免了防滲墻內部應力過大而引起的墻體過度變形，影響工程質量。因此，塑性混凝土比普通混凝土更被廣泛地應用于水利水電工程防滲墻的施工中。

(3) 抗壓強度。通常，塑性混凝土抗壓強度為1～4MPa。在水利水電工程防滲墻施工中，摻加粉煤灰或外加劑可提升抗壓強度[2]。水泥、膨潤土、黏土、水膠比等材料的質量和配比可影響塑性混凝土的抗壓強度。根據設計和規范要求選擇骨料級配和粒徑，控制含泥量和水灰比，確保建筑材料質量符合規范要求。

(4) 抗滲性。在塑性混凝土中加入黏土和膨潤土，以減少水泥用量，同時保持良好的凝聚力，使塑性混凝土墻具有較強的抗滲性[3- 4]。與剛性混凝土相比，塑性混凝土滲透系數更高，通常為10-7～10-9cm/s，符合多種規模水利水電工程的要求，且混凝土中的水泥和膨潤土隨著時間的推移不斷發生水化反應，促進了混凝土密度和強度的不斷增加，是水利水電工程中塑性混凝土防滲墻密實度和抗滲性的重要保障。

2 施工工藝

圖1為水利水電工程塑性混凝土防滲墻施工流程圖。其主要施工程序為：施工準備、導墻施工、泥漿配置、造孔成槽、泥漿護壁、清孔清槽、混凝土澆筑。

圖1 塑性混凝土防滲墻施工流程圖

2.1 施工平臺

在水利水電工程防滲墻施工中，要保證施工平臺平整穩定，施工所用的機械設備能平穩地放置在平臺上。保持現場運輸道路暢通，寬度設計符合車輛運行等相關標準。施工平臺高度滿足規范，超過地下水位1.5m，施工廢水、渣土順利排放，根據現場實際情況適當減少施工平臺的挖填量。

2.2 導墻施工

在深溝開挖前，應修建導墻。導墻的結構和尺寸是根據水利水電工程防滲墻確定的。一般采用矩形、直角梯形等，并參照防滲墻軸線開挖導槽。導墻的厚度和深度應符合設計和規范要求。導墻的材料和施工機械應根據施工荷載確定。工程中常用的混凝土導墻，其高度為0.5～2m，底部與原土層緊密相連，頂部比場地高0.1m，避免地表水的滲入。為避免導墻位移，導墻外側可夯實處理，導墻內側用黏性土夯實，防止泥漿滲入導墻，并設置木支撐。為保證防滲墻的垂直度符合要求，導墻中心線和垂線分別與防滲墻平行、垂直，偏差范圍在10mm以內[5]。

2.3 造孔成槽

造孔成槽是水利水電工程中塑性混凝土防滲墻施工質量和工期的重要工序。槽孔施工需分段進行。在保證造孔、墻體施工安全和質量的前提下，根據現場地質、水文條件、單槽孔制作時間、墻體結構、施工機械及混凝土供應、攪拌及運輸能力等綜合因素，將槽孔進行分段建造。槽長一般為6～8m，在分段過程中，需減少墻段的接縫，盡量增加槽的長度，以加快施工速度，保證施工安全。溝槽段的施工方法有抓取法、鉆孔抓斗法等，其中抓取法因其工作效率高而成為常用的成槽方法。制孔過程中常用的施工機械為沖擊鉆，型號分為CZ- 20、CZ- 22等，在槽孔施工時，中心線一般與防滲墻軸線重合，槽壁保持平直，避免偏斜。開孔成槽時，避免廢渣、雜物落入槽孔內影響泥漿性能。槽內泥漿面低于槽頂0.3～0.5m，避免發生泥漿的離析、沉淀等現象。

2.4 泥漿護壁

泥漿護壁能保護孔壁結構的穩定性，避免施工過程中槽孔坍塌，保證導槽施工質量和安全。在普通泥漿護壁的制作過程中，經常加入膨潤土、黏性土等材料，以提高其性能，保證泥漿的密度、流動性和穩定性[6]。在現場施工前，必須檢查泥漿的質量和性能。制漿工藝符合規范要求，按標準設定配合比，根據試驗確定制漿時間和方法。攪拌過程中應隨時測量并記錄漿液比例。根據施工需要，就近設置造漿場，一般位于渠道內，滿足2～3個槽孔的施工要求。泥漿池容積為100m3/座，設制泥漿池、沉淀池、存儲池。泥漿池采用自動制漿系統，用1.0m3高速攪拌機攪拌10min以上，在沉淀池中沉淀24h后，用泥漿泵送至施工現場。

2.5 清孔清槽

成孔成槽完成后，必須對槽孔進行清理，防止成孔、成槽產生的泥沙影響塑性混凝土防滲墻的承載力和抗滲性[7]。在孔槽施工完成后，施工單位應先自檢，監理進行驗收，驗收合格后進入清槽工作。用定位法固定抓斗的位置，用抓斗抓取槽底沉渣和沉淀物，用擦洗錘將溝槽接縫處，直至泥漿清理干凈。采用泵洗法將沉淀物吸入泵管內，然后排出噴嘴，將優質泥漿泵送入槽內。施工過程應規范合理，避免坍塌，循環作業直至清槽工作完成。清孔1h后檢查孔內泥漿和沉渣，保證泥漿比重<1.15g/cm3，含砂量≤6%，沉渣厚度<0.1m。

2.6 混凝土澆筑

混凝土澆筑對水利水電工程塑性混凝土防滲墻的質量起著至關重要的作用[8- 10]。澆注必須連續進行，澆注速度必須保持穩定。如果出現停電或其他意外情況導致澆筑中斷，現場人員必須及時采取措施進行處理。攪拌車運送混凝土至施工現場，泵送澆筑，澆注管與槽軸線一致。當使用雙管時，應控制管道之間的距離。管底安裝位置距孔底15～25cm。如果超出此范圍，則需要將管道中心放置在最低點。混凝土澆筑可按以下順序進行：將導注塞下放至管底→排出管內泥漿→提升導管→取出導注塞，管底不出混凝土面(1m≤管埋混凝土深度≤6m)→連續澆筑混凝土。澆筑混凝土時從最深的導管開始澆筑，再澆較淺的導管。在澆筑過程中，兩個導管輪流使用，以保證澆筑速度的穩定，使混凝土表面平穩上升。混凝土表面的澆筑高度應超過設計高度0.5m，在混凝土澆筑過程中，應定期測量槽內和管道內混凝土表面的高度和速度，并記錄測量數據。在澆注開始和結束時，可以增加測量次數，避免澆注過程中出現堵塞、埋管和漏漿現象的發生。槽孔澆筑完成后，應按設計規范進行保濕養護，達到設計強度后，按規范和標準進行試驗，確保防滲墻的承載力和結構性能符合要求。

槽縫的嚴密性對防滲墻的整體性和抗滲性有很大影響，必須采用先進技術對防滲墻施工縫進行正確處理。接頭管法是一種常用的接頭處理方法，接頭孔型標準、質量好、孔壁光滑等優點保證了接縫的嚴密性。根據混凝土的上升速度和初凝時間拔出接頭管，當出現偏位時及時糾正，接頭孔拔出后進行檢測并保護。槽段接縫連接后，將接頭處的凝膠或碎屑清理干凈，較硬的附件可用鏟刀清除。

3 應用

3.1 圍堰工程

在水利水電工程施工中，可采用施工導流和圍堰施工技術，人工引導水流至臨時排水設施再排放到下游河道，為工程施工創造干燥的施工環境。混凝土圍堰施工技術復雜煩瑣，工期長，工程成本高，后期拆除困難，故不常作為臨時圍堰使用。目前，國內常用的臨時養護結構主要是土石圍堰，但其滲透性較大，基礎滲漏程度難以控制。因此，經常采用塑性混凝土材料來修建防滲墻，以保證圍堰基礎的防滲性能滿足現場需要。近年來，塑性混凝土防滲墻在水利水電工程圍堰施工中得到了廣泛應用，并取得了巨大成功，如湖北三峽二期圍堰、福建水口水電站上下游圍堰、云南里底水電站圍堰、向家壩水電站圍堰等。

3.2 壩基

普通混凝土防滲墻能承受較小的變形。當發生超載時，墻體變形，不能與地基協調，應力集中，容易導致防滲墻結構破壞。壩體越高，防滲墻越深，越容易損壞防滲墻，這對水利水電工程的順利施工極為不利。塑性混凝土防滲墻可以彌補普通混凝土防滲墻的不足。其抗變形能力強，彈性模量低，能承受較大范圍的墻體變形，降低應力，避免墻體損壞。特別是在地震等自然災害高發地區，塑性混凝土防滲墻可作為水利水電工程的永久性防滲結構。例如，遭受6.1級地震的冊田水庫大壩在地震中受損嚴重，后來采用塑性混凝土防滲墻進行施工加固，從而防止下游成為潮濕地區。塑性混凝土防滲墻在小浪底工程中也得到成功應用。其壩基主要沉積物為砂、卵石、堆石等物質。河床覆蓋層厚40～70m，滲透性強。塑性混凝土防滲墻的使用不僅提高了強度，降低了彈性模量，而且縮短了施工周期，增強了防滲性能。塑性混凝土防滲墻已成功地被應用于廣西風亭和水庫大壩壩基、湖北兩河口水庫壩基、山西張峰水庫壩基等項目。

3.3 水庫加固除險

我國許多土石壩建設已久，一些水庫大壩出現險情。因此，必須采取適當措施，確保大壩質量符合要求，避免對周圍居民的生命財產造成威脅。對于破損的大壩，常用劈裂灌漿、帷幕灌漿、高壓噴射灌漿等方法進行維護加固。塑性混凝土是大壩維修加固的有利材料，能滿足大壩的強度、剛度和抗滲要求，鋼筋水泥使用量降低，工程施工周期縮短，工程成本降低，因此，在水庫大壩加固中得到了廣泛應用。浙江長潭水庫、江西竹坑水庫、遼寧大河水庫、山東日照水庫等水庫均采用塑性混凝土防滲墻對大壩進行加固，并取得了很大的成功。

經過幾十年的發展，塑性混凝土防滲墻已不再局限于上述水利水電工程的建設，在海港、地下交通以及建筑基礎等工程建設中也實現了成功應用。

4 質量控制

4.1 施工前的質量控制

施工前，工作人員必須嚴格把控施工材料、機械設備和技術條件等滿足標準要求，制訂詳細的施工組織計劃[11- 12]。施工中使用的機械設備必須事先檢測，施工人員上崗前要進行培訓。塑性混凝土材料的配合比必須符合設計規范，建筑材料使用前必須進行現場檢驗。

4.2 施工中的質量控制

施工單位在取得監理單位的批準后，依據施工組織設計和施工方案進行水利水電工程塑性混凝土防滲墻的施工。施工過程由監理人監督，隱蔽工程施工須監理旁站。

4.3 施工后質量檢查

塑性混凝土防滲墻施工完成后須進行質量檢查。塑性混凝土強度較低，混凝土質量檢驗一般采用現場取樣制作試件來檢驗防滲墻的實際性能[13]，不宜采用鉆孔取芯。

5 結論

塑性混凝土具有彈性模量低、適應力好、抗滲性強、強度低、耐久性好、工作性能好、成本低、施工方便等優點，不僅具有較高的成墻質量，適應地基變形的要求，還有利于機械化施工，縮短工期，降低工程總造價。此外，由于塑性混凝土防滲墻適用范圍廣，已被應用于壩基、施工圍堰、堤防、人工水域等的防滲，也可用于危險土石壩加固，具有很強的推廣價值，未來這種新型防滲墻的施工技術可應用于地下交通工程、建筑地基等更廣泛的領域，文章僅簡要概述該技術施工工藝，相關人員應結合施工實際，明確概述在不同項目中的技術要點，保證工程建設質量，為項目創造可觀的經濟效益和社會效益。