水利工程防滲墻構造設計及混凝土澆筑技術

姜殿斌

(密山市知一灌區服務站,黑龍江 密山 158312)

水利工程所在區域,經常會出現軟土地質或破碎巖層,除了增加施工難度外,還容易發生壩基、壩體的滲水問題,并且會隨著時間推移,滲漏問題加重,對水利工程主體結構的穩定性也構成威脅。防滲墻的主要作用就是提高水利工程整體的抗滲效果,是工程建設中需要重點關注的內容之一。但是防滲墻本身屬于隱蔽工程,施工期間會受到各種因素的干擾。這就意味著除了嚴格現場施工管理外,還必須從防滲墻的結構布局、材料選用、質量檢驗等方面采取多種措施,切實保障防滲墻質量安全、發揮作用。

1 水利工程防滲墻構造設計

1.1 科學選擇防滲方案

根據作業條件、現場環境的不同,可供選擇的防滲方案也存在明顯差異。例如,土石壩因為滑坡或開裂等原因發生滲透的,可以選擇高壓噴射灌漿的方式,一來起到封堵裂縫、防止滲水的效果,二來也發揮了加固工程結構、提高壩體穩定性的作用。或者是采用帷幕灌漿、增設黏土截水槽等方式,也能夠發揮水利工程防滲的效果。如果是圍堰出現了滲漏,則考慮鋼板樁或連鎖管樁防滲,其優點在于機械化作業,施工效率高,但是對于堅硬巖石地質不宜使用。混凝土防滲墻克服了傳統防滲技術的缺陷,是一種優先級較高的水利工程防滲方案。

1.2 防滲墻的布置與構造

1.2.1 防滲墻組合結構布置

根據防滲墻施工位置的不同,平面布置要求也存在差異。若是布置在壩基處,參照大壩防滲體的軸線,間隔一定距離后,在水平方向上確定防滲墻軸線,以該軸線設計防滲墻的施工平面；若是布置在壩體上,則參照壩軸線設計防滲墻的施工平面。在實際工程中,考慮到施工現場環境復雜,地質條件差異明顯,為保證理想的防滲效果,通常會采取組合結構的防滲墻,具體又分成兩種常見型式,一種是雙道防滲墻,即連續布置兩道同樣的防滲墻,墻體之間使用鋼筋混凝土柱連接,兼顧結構穩定性能和防滲性能。另一種是防滲墻與灌漿帷幕相結合,根據組合方式不同,又分為上墻下幕、內墻外幕等型式。

1.2.2 防滲墻的構造設計

防滲墻與水利工程的其他結構相接時,應重點關注結合處的構造設計。第一種情況是防滲墻和上部心墻結合,為避免結合處變形,要設計一種“插入式”構造,將防滲墻插入心墻一定長度,通常為壩前設計水頭的20%。插入部分采用現澆方式,成型之后將心墻與防滲墻牢固連接在一起,防止變形與滲漏；第二種情況是防滲墻與岸坡結合,適用于兩岸坡度較大的情況,將邊坡巖體開鑿形成規整的、有一定深度的洞,同樣采用澆筑方式,使防滲墻與邊坡結合形成整體；第三種情況是防滲墻和混凝土建筑物連接,利用建筑物預留的槽孔,澆筑混凝土與防滲墻連接形成整體。

2 水利工程防滲墻的混凝土澆筑技術

2.1 墻體材料的選用標準

防滲墻是由混凝土澆筑而成,因此對于混凝土材料的選用也是施工管理的關鍵點之一。在選用混凝土時,除了保證組成混凝土的基礎材料(如水泥、粉煤灰等)指標合格外,還要關注混凝土的一些性能指標是否達到防滲墻施工要求。其中比較重要的有：(1)抗壓強度,7d 抗壓強度不應低于0.8MPa,28d 抗壓強度不應低于1.2MPa；(2)滲透系數,可參照公式計算得出：

K=Q/AJ

式中,K 為滲透系數,單位為cm/s；Q 為孔隙處水流量,單位為cm3/s,A 為滲透面積,單位為cm2；J 為水力坡降。

滲透系數直接決定了混凝土的抗滲標號,兩者的關系如表1所示。

表1 混凝土滲透系數與抗滲標號的對應關系

在防滲墻施工準備階段,可以根據設計方案中確定的防滲要求,確定相應的標號,然后選擇符合要求的混凝土。除此之外,像抗拉強度、彈性模量等指標,也是選用防滲墻材料時要著重關注的因素。

2.2 混凝土的配合比設計

在保證混凝土基礎材料質量達標的前提下,不同的配合比例也會對混凝土材料的性能以及澆筑后墻體的防滲效果產生明顯影響。因此科學設計配合比也十分關鍵。需要特別注意的是,為了改善混凝土的防滲性能,需要加入適量的外加劑,如減水劑、膨脹劑等。以混凝土防滲等級P8 為例,各物料的配合比如表2 所示。

表2 混凝土防滲墻物料配合比

實際施工中,應根據設計好的配合比,制作混凝土的試件。若試件的抗壓、防滲等性能指標未達到防滲墻施工要求,則調整配合比,之后重新制作試件,重復上述流程,直到某個配合比下制作的試件完全滿足施工要求后,再進行混凝土的批量化生產,這對于提高防滲墻的施工質量以及防止材料浪費和控制工程成本也是大有裨益的。

2.3 成槽施工

在準備混凝土的過程中,于水利工程現場開挖溝槽,以便于放置鋼筋籠和澆筑混凝土防滲墻。對于地質條件較好的區域,可以采用挖掘機開挖成槽的方式,需要提前在施工平面劃線、做出標記,然后開挖；根據施工經驗,多數情況下水利工程的地質條件較差,特別是對于有堅硬巖層的,應使用爆破成槽的方式。其中,定向聚能爆破是一種較為常見的方法,其優點在于巖層破碎效果理想,且不易產生碎石飛濺,安全效果較好。定向聚能爆破筒的結構如圖1 所示。

圖1 定向聚能爆破筒示意圖

在確定爆破點后,使用鉆機在巖層上開挖出特定直徑的鉆孔,保證定向聚能爆破筒剛好放入。桶內填塞炸藥量為筒容量的2/3 左右,之后引爆,確定安全后清理碎石,得到溝槽。

2.4 安裝鋼筋籠

在施工現場進行爆破作業的同時,加工制作鋼筋籠。根據設計圖紙,現場裁切鋼筋,并將鋼筋焊接得到鋼筋籠,其結構如圖2 所示。

圖2 鋼筋籠結構圖

鋼筋連接位置采用焊接方式固定,分節制作,并表上序號,按照序號依次將鋼筋籠放入到溝槽內。首節鋼筋籠的底部帶有固定裝置,其作用是避免澆筑混凝土導致鋼筋籠移動或上浮,保證防滲墻的成型效果。從第二節開始,需要與上一節焊接固定。鋼筋籠起吊前要檢查四個吊點是否牢牢固定,吊運時注意不要發生碰撞,放置時要控制精度。

2.5 澆筑混凝土

放入鋼筋籠后,將一根導管從地面伸入槽內,距離槽底約40-50cm,導管的另一端對接地面的注漿機。對于長度超過2m的溝槽,可以分別在兩端各放入一條泵送管,同時澆筑混凝土以提高效率,但是兩個管口的距離不得小于1.5m。地面作業人員調解注漿機的運行參數,包括進給效率、灌漿壓力等,然后開始注漿。采用插入式振搗棒對混凝土進行振搗,注意不要發生振搗棒與鋼筋籠接觸、碰撞的情況。觀察混凝土表面,連續2 分鐘不再冒出氣泡即可停止振搗。澆筑至標高后開始養護工序,直到防滲墻混凝土構件的實際強度達到設計要求。

3 水利工程防滲墻施工質量檢查

防滲墻在養護結束后,還要組織專人進行質量驗收,若是檢查結果發現有達不到施工標準的,應安排施工人員針對缺陷采取處理措施。質量檢查內容要盡可能的詳細,像抗壓強度、彈性模量、防滲效果等,另外像裂縫、孔洞等質量病害,也是檢查的重點內容。完成檢查后填寫檢查報告,對存在的問題加以整改,不存在問題后完成防滲墻工程驗收。

結束語

在水利工程中,防滲墻雖然是一項隱蔽工程,但是對于其質量管控要求絲毫不能放松。現場施工人員既要熟悉防滲墻布局方式、選型要求和施工流程,同時又要基于以往防滲墻施工的經驗,重點從配合比設計、溝槽開挖、鋼筋籠放置、混凝土澆筑等方面加強嚴格控制,才能高標準完成防滲墻的建設任務。