研究水利水電工程中塑性混凝土防滲墻施工工藝及應用實踐

文／朱擁政 長沙市黃材水庫灌區管理局 湖南寧鄉 410600

引言：

隨著我國水庫除險加固項目的不斷增多，塑性混凝土防滲墻以其綜合優勢逐漸在除險加固工程中得到廣泛應用，而要想保證塑性混凝土防滲墻質量，充分發揮出其防滲作用與效果，需在明確設計方案及要求的基礎上，對其施工工藝進行深入分析，明確各項工藝方法與要點。

1、工程概況

黃材水庫位于湘江一級支流溈水上游，主壩壩址位于黃材鎮以西3.5km 的鐵山里，下距寧鄉縣城52.5km。壩址控制集雨面積240.8km2，干流長36.56km，干流平均坡降7.805‰。黃材水庫是一座以灌溉為主，兼有發電、防洪和養殖等綜合效益的大（2）型水利工程。該水庫工程等別為Ⅱ等，主要建筑物級別為2 級，設計洪水標準為100年一遇，校核洪水標準為2000年一遇，溢洪道消能防沖工程設計洪水標準為50年一遇。水庫總庫容1.53 億m3，正常庫容1.26 億m3，校核洪水位168.50m（對應洪峰流量為3072 m3/s），大壩設計洪水位167.97m（對應洪峰流量為1908m3/s），水庫正常蓄水位166.00m，死水位122.04m。樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、輸水洞及電站等建筑物組成。主壩為粘土心墻土壩（壩殼為風化土料填筑），最大壩高57.50m，壩頂高程169.50m（防浪墻墻頂高程170.50m），壩頂軸長365m，壩頂寬6.0m。本次除險加固工程大壩防滲采用塑性混凝土防滲墻防滲，在高程168.1 m 施工平臺以下沿壩軸線采用液壓抓斗開挖單排槽孔，然后采用“直升導管法”澆筑塑性混凝土防滲墻，厚度0.8m，防滲墻最大墻深60.7m。

2、壩身防滲設計——塑性砼防滲墻

2.1 槽孔孔位布置

根據主壩實際情況，將其頂部高程降低1.4m，即將168.10m 高程作為防滲墻施工的作業平臺，然后在壩頂與上游壩肩靠近的部位布置單排槽孔，其孔底需進入到巖層內至少0.5m，河床壩段槽孔最大深度應到達主壩原建基面下部1.0m，防滲墻平面總長為365m。

2.2 槽孔斷面尺寸選定

2.2.1 槽板厚度

槽板厚度越大，抗滲性能越好，墻體壽命越長，但對施工機械的要求越高，而且需回填大量材料，使工程投資增加。對于塑性砼防滲墻，其允許滲透比降通常為60-80，通過滲流穩定計算及多方面綜合對比，并參考已有工程的經驗和該工程重要程度，將槽板厚度確定為0.8m。

2.2.2 槽板長度

槽板長度決定了整個防滲墻的防滲性能。槽板數量越少，接縫數量越少，防滲性能越好，然而，當接縫數量較少時，槽孔長度需足夠大，對造孔與使槽孔保持穩定都有很高要求。結合現場具有的技術條件，將單槽板長度確定為6m。

2.3 成槽方法

因塑性砼防滲墻需進入到巖層內，所以需使用沖擊鉆進行造孔，施工時先鉆設主孔，再劈打副孔，然后使主、副孔形成一個完整的槽孔，在槽孔內通過灌注塑性砼形成完整的防滲墻體。

2.4 墻身材料

防滲墻墻身材料為塑性混凝土，容重不小于2.1t/m2，其28d 抗壓強度應達到3-5MPa，彈性模量應保持在300-2000MPa 范圍內，破壞滲透坡降為200-300，抗滲等級W6，滲透系數應小于1×10-7cm/s。塑性混凝土的水泥為P·O32.5 水泥，所用膨潤土中粘粒的含量應達到50%以上，使塑性指數不低于20。塑性混凝土入槽塌落度為18 ～24cm，擴散度為34 ～44cm；塌落度保持15cm 以上時間不小于1.0h，初凝時間不小于6h，終凝時間不大于24h；在滿足流動性要求的前提下減少用水量；骨料采用一級配。配合比需通過專門的現場試驗確定。

2.5 泥漿

泥漿利用商品膨潤土制備，在制備過程中需添加適量的分散劑與增粘劑，用于改善泥漿的性能，使其保持穩定。

2.6 泥漿滲漏及孔壁坍塌防范措施

為避免壩體157.0m 高程上部槽孔的下游孔壁及146.0-157.0m 高程處槽孔的上、下游孔壁所用固壁泥漿發生滲漏，或發生孔壁坍塌現象，需沿防滲墻軸線在上、下游1.2m 處分別設置一排沖抓套井孔，其直徑為1.2m，間距為0.85m，并進入到146.0m 高程下部粘土心墻中。

采用沖抓錐進行造孔，然后在孔內填筑并夯實粘土，主、次孔套接后形成連續分布的粘土心墻，實現防滲目標。防滲墻的中心線位于大壩中心線上游1m 處，孔深以達到壩體下方基巖為準確定，孔數為290 個。

施工時先打設①號與③號主孔，將其回填完成后再打設②號孔，將其回填后打設⑤號孔，將其回填后返回打設④號孔，以此不斷循環。其中，套孔是一個完整的圓形，各主孔被套孔切割，如圖1所示。單排孔孔距經計算可得為0.85m，由單排孔形成的墻體，其有效厚度經計算可得為0.85m。

圖1 單排鉆孔的平面套接布置

回填材料的顆粒含量不能超過35%-50%，且滲透系數應小于1×10-5cm/s，含水量以21%-25%為宜，干密度需達到1.55kg/cm3 以上，具體的干密度與含水量均采用現場試驗的方法確定，使其保持在規范及設計允許的范圍內。

施工中應注意鉆孔必須保持鉛直，偏斜率不可超出1/80。在死水位以下進行沖抓回填施工時，其施工質量會受到區域地下水的影響，此時應采用合理的技術措施使施工保持連續，若施工中斷，應及時將滲水抽排干凈，以免影響施工質量。

3、塑性砼防滲墻施工

3.1 施工工藝流程

塑性砼防滲墻施工工藝流程如圖2所示。

圖2 塑性砼防滲墻施工工藝流程

3.2 施工準備

（1）按照設計方案的要求，為了給施工提供良好操作平臺，通過降低主壩頂部高程至168.1 m形成施工作業平臺，其寬度為12.3m，可達到基本要求。

（2）防滲墻軸線與原上游壩肩靠近，與壩軸線之間的距離為1.4m。

（3）挖槽采用金泰SG46 型液壓抓斗成槽。

（4）結合現場踏勘成果，將攪拌站的位置確定為與右壩肩相距100m 的坪地，在進場之前對其進行整平處理，確保水泥、砂、石可進場堆放。

（5）拌和站采用一臺生產率不低50m3/h 的雙臥軸強制式攪拌機和一臺PLD800 型配料機，上料由30 鏟車完成，攪拌用水由50m 揚程水泥在水庫中直接抽取。

（6）混凝土輸送由TBTS60-13-90 型地泵進行，因地泵的有效輸送距離有限，在充分考慮工程實際情況的基礎上，配備2 臺地泵，其中一臺放在攪拌站中，另一臺放在壩體的中間，以此對墻身灌注用塑性混凝土進行接力輸送。

（7）在壩頂右壩肩山場平臺設置泥漿池，用400m3寸消防水帶輸送泥漿。

3.3 導墻施工

導墻施工前先根據設計軸線進行準確放樣，并用石粉將其開挖邊線撒出，在確定邊線位置后，利用挖機裝載寬度為1.4m 的斗體進行開挖，挖深按1.0m 控制，在支設模板的同時澆筑混凝土。導墻施工使用的混凝土在右岸拌和站中生產制備，生產完成后通過泵送入倉，并在澆筑的同時使用功率為2.2kW 的插入式振搗器及平板振搗器進行均勻、充分振搗，以確保導墻混凝土達到密實。

3.4 泥漿配制

按照《水利水電工程混凝土防滲墻施工規范》對膨脹土泥漿性能提出的要求，泥漿濃度應達到4.5% 以上，但密度不能超過1.1g/cm3，基于馬氏漏斗法的粘度需保持在19-50s 以內，而塑性粘度應小于20cp，pH 值在7-12范圍內。

該工程施工所用泥漿采用以下原材料配制：二級商品膨潤土、從水庫直接抽取的拌和水、純堿，即碳酸鈉、增粘劑CMC。通過開挖泥漿池儲存泥漿，其位置為右壩肩山地。泥漿由3PL 型泥漿泵進行輸送和循環，并采用4PL 型泥漿泵進行回收，循環使用泥漿技術性能控制指標如表1所示，泥漿循環管路主要由泥漿泵與軟管兩部分構成。

表1 循環使用泥漿技術性能控制指標

3.5 槽段劃分及開挖

（1）導墻施工結束后在墻體表面設置水泥釘，其間距為6m，必要時也可按照3m 的間隔距離設置膨脹螺絲，實際以便于槽段標視為準確定。

（2）槽段施工分成兩期進行，施工中要結合槽段地質條件和施工所用抓斗具有的特點，為盡可能加快進度，縮短工期，同時使槽壁始終保持穩定，將單個槽段的長度確定為6m，但注意斷層破碎帶與主壩0+305 ～0+350 段的單個槽段長不能超過3m，具體數值結合實際情況確定或調整，并采用沖擊鉆作為接頭處理。

（3）槽段開挖按先一序再二序的順序進行，在單個槽段中，先挖單孔，再挖隔墻，也就是先對第一孔進行開挖，在跳開一段距離后對第二孔進行開挖，確保單孔間有沒有被開挖的隔墻，注意其長度不能超過抓斗開斗長度，確保抓斗在開挖時受力保持均衡，并有效糾偏，使成槽保持垂直。將單孔與單孔之間的隔墻均開挖到設計要求的深度后，沿槽長方向繼續套挖幾斗，并對單孔及隔墻開挖過程中產生的凹凸面進行修理，使其保持平衡，進而使槽段橫向保持良好線形。

3.6 槽段連接

在一序槽成墻結束后，采用CZ-8D 沖擊反循環鉆機+800mm 直徑鉆頭為接頭處實施沖擊成孔，將鉆機放置到位后，對其鉆頭中心線進行調整，使其中一邊與澆筑后墻體貼近，然后用沖擊鉆頭通過上下運動將墻體表面粘附的粘土刮除干凈，之后再對二期槽孔進行開挖。

3.7 塑性混凝土澆筑

塑性混凝土在現場拌和系統進行拌和，拌和完成后由輸送泵運輸。塑性混凝土澆筑需保持連續，提前做好灌漿管的埋設。墻體混凝土施工采用直升導管法實施泥漿下澆筑，所用導管的直徑應保持在200-300mm 范圍內。以槽段長度為依據，在澆筑單個槽體的過程中，需配備2 套導管，導管借助汽車吊下放與提升。槽孔中導管之間的距離不能超過4.0m，導管中心和槽端之間的距離應保持在1.0-1.5m 范圍內，以槽段實際情況為依據進行適當調整。在混凝土澆筑開始前，確保導管底口和槽底之間的距離處于30-50cm 以內，并確保最終的澆筑面抵在導墻頂部20cm 處。

3.8 塑性砼防滲墻墻底處理

為形成完整有效的防滲墻體，進行帷幕灌漿時，灌漿頂部灌至塑性防滲墻墻體內2.0m，使壩體防滲墻和基巖的接觸段進行有效結合。

本工程塑性混凝土防滲墻混凝土試塊62 組進行檢測。其抗壓強度最小3.5MP,最大4.2MP；彈性模量最小900，最大1300；抗滲等級均達到W6 等級。采用鉆芯法對防滲墻進行檢測共151 段。其滲透系數最大9.98＊10-8cm/s，最小1.27＊10-8cm/s；芯樣抗壓強度最大4.5MP，最小3.3MP。主壩壩體防滲質量評定單元工程合格率100%，優良率90.3%。

結論：

（1）塑性混凝土是一種水泥用量較低，并摻加較多的膨潤土、粘土等材料的大流動性混凝土，它具有低強度、低彈模和大應變等特性，由于彈性模量可達2000 以下，是一種柔性材料，可以很好的與較軟的基礎相適應，同時又具有很好的防滲性能，在水利工程的防滲中應用較多。

（2）在塑性混凝土防滲墻施工開始前，應先圍繞水庫現狀及防滲要求做好防滲墻設計，確定各項技術參數，為之后的施工提供指導依據。

（3）塑性混凝土防滲墻必須嚴格按照規范與設計要求進行，保證各環節施工質量，經應用實踐，該水庫塑性混凝土防滲墻施工工藝合理可行，可為其它水庫除險加固項目提供技術參考。