二期圍堰防滲墻材料檢測和施工質量控制

李青云　孫厚才　李思慎　朱冠美

摘要 三峽工程二期防滲墻材料采用了長江科學院研制的“高強度、低模量”的柔性材料和塑性混凝土。為確保施工質量，科研人員配合施工單位進行現場施工質量的控制，全方位跟蹤施工。除嚴格檢測原材料、及時調整施工配合比外，還研究提出了防滲墻施工質量控制標準和早期評價施工質量的辦法。在施工中采用這些辦法后，達到及時反饋施工質量的目的，保證了二期圍堰防滲墻施工的順利進行。墻體材料的抽槽檢驗和鉆孔測試結果表明防滲墻的施工質量好，為二期圍堰的高質量安全運行提供了可靠的保證。

關鍵詞 柔性材料 塑性混凝土 施工配合比 質量控制

1、前言

三峽水利樞紐工程是具有防洪、發電、航運等綜合效益的跨世紀的宏偉工程，工程之浩大和艱巨是史無前例的。圍堰工程尤其是二期深水圍堰防滲墻工程是興建三峽工程的關鍵性重大技術問題之一。

針對二期圍堰防滲墻的設計指標要求，長江科學院對防滲墻材料進行了系統的配合比優選研究，除塑性混凝土外，還研究成功采用三峽風化砂、當地粘土或膨潤土和適量的水泥及少量外加劑與水拌和而成的新型柔性材料作為防滲墻材料。其各項指標滿足二期圍堰防滲墻的設計指標，為工程所采用。

受二期圍堰防滲墻施工單位的委托，長江科學院在防滲墻施工中，全方位跟蹤施工過程，除隨原材料的變動調整墻體料的施工配合比外，還對墻體材料進行了抽樣檢測，同時與施工質量的控制。針對現場施工質量的控制，提出一套早期判斷施工質量的辦法，包括施工配合比現場驗證以及墻體料強度的早期預報。這些辦法用于施工，確保了防滲墻的施工質量，獲得良好的效果。

本文重點介紹了二期圍堰防滲墻施工質量控制情況和檢測結果。

2、原材料檢測和施工配合比調整

三峽二期圍堰防滲墻材料采用長江科學院研制的柔性材料和塑性混凝土。柔性材料和塑性混凝土的原材料主要有泥、風化砂、天然砂、小石、棄渣石粉、膨潤土、粉煤灰、木鈣和DH9。設計要求二期圍堰防滲墻施工用原材料必須在墻體材配置前分批進行性能檢測，并明確了各原材料檢測指標的控制范圍。根據原材料檢測指標的變動，還對柔性材料和塑性凝土的施工配合比做相應的調整。確保施工配合比的各項指標滿足要求。墻體原材料的檢測情況分述如下：

2.1水泥檢測

二期圍堰防滲墻施工用水泥是葛洲壩水泥廠生產的礦渣425#水泥。施工過程中，共檢測水泥44組，其中預進占檢測14組，漫灘段和深槽段檢測30組。檢測結果表明，不同出廠批次的水泥標號有較大的波動(介于425#～525#)。例如，進占段防滲墻使用的水泥的標號(28天強度檢測的平均值為51.8MPa)明顯高于漫灘段和深槽段防滲墻的水泥標號(8天強度檢測的平均值為47.1MPa)。針對水泥標號的波動，根據柔性材料室內試驗結果提出兩種基本配合比現場調整：

塑性混凝土只在深槽段使用，為保證高強度集中施工的進度，提出采用“二期圍堰防滲墻專用水泥”的要求，專用水泥28天的檢測強度必須控制在46MPa～48MPa之間。

2.2膨潤土檢測

二期圍堰施工采用湖南澧縣生產的二級膨潤土。根據SDS01～79《土工試驗規程》對施工期間所采購的膨潤土進了檢測，其質量滿足有關規范要求。

2.3風化砂檢測

風化砂是柔性材料的骨料，檢測指標有含水量、P₅(＞5mm 部分的百分含量)和含泥量(＜0.1mm部分的百分含量)三項指標?？紤]到不同料場風化砂級配的差別，設計提出風化砂檢測指標的范圍為：含泥量不大于0％，P₅不得大于16％。施工期間共檢測右岸風化砂25組，左岸風化砂100組。測結果表明，右岸風化砂含泥量最大值為12.3％、最小值為7.0％、平均值為9.03％、標準偏差為1.59、合格率為72％。P₅最大值為34％、最小值為14.6％，平均值為20.3％、標準偏差為3.87、合格率為88％。以上結果說明，右岸風化砂含泥量普遍偏高， 值普遍偏低。左岸風化砂含泥量最大值為11.9％、最小值為4.5％、平均值為7.5％、標準偏差為1.35、合格率為99％。P₅最大值為43％、最小值為14.6％、平均值為25.1％、標準偏差為5.56、合格率為87％。此結果說明，左岸風化砂含泥量基本上滿足設計要求，P₅值部分偏高。由于風化砂的含泥量、P₅ 波動較大，所以根據室內研究結果和澆筑經驗，在施工過程中，對施工配合比進行了表2所示的調整，以確保柔性材料的指標滿足設計要求。

2.4天然砂和古樹嶺棄渣檢測

天然砂和古樹嶺棄渣是塑性混凝土的骨料，其檢測指標為細度模數，共檢測29組。檢測結果表明，古樹嶺棄渣的細度模數穩定在2.90～3.09之間；天然河砂細度模數變化較大，變化范圍l.95～3.70，主要分布在2.1～2.8之間。針對天然河砂細度模數的變動，施工配合比做了相應的調整(表3)

2.5 木鈣檢測

施工用木鈣是吉林石硯造紙化工廠生產的國標二級木質磺酸鈣，檢測指標均達國家二級標準。

3、防滲墻施工質量控制

現行質量控制標準是以柔性材料和塑性混凝土澆筑后的28天齡期強度、模量來評價施工質量的。這種質量控制標準對于澆筑過程中發生的質量事故無法得到及時調整，不利于施工質量的控制。因此，在跟蹤施工過程中，長江科學院的科研人員除嚴格檢測原材料外，還研究提出了早期現場判斷柔性材料和塑性混凝土施工質量試驗方法。這些判別施工質量的辦法包括柔性材料施工配合比現場快速驗證，柔性材料和塑性混凝土抗壓強度的早期預報等。

3.1柔性材料施工配合比的現場驗證

主要目的是研究一種簡便而快速測試方法?？筛鶕韬蜆訙y定出柔性材料的原材料和實際下料數量，以驗證是否滿足施工配合比的要求。

在施工現場配制不同配合比的柔性材料試樣，分析拌和物的含水量、容重、木鈣含量、吸漿量和骨料等指標與施工配合比的關系，在此基礎上提出現場快速測定柔性材料拌和物中原材料實際含量方法。根據拌和樓的拌和樣，可在半小時內測定出柔性材料的風化砂、水泥、膨潤土和水等原材料的實際下料數量。

在施工單位的積極配合下，現場采用該辦法及時糾正了幾起下料誤差，避免了不合格的拌和料澆入槽孔，確保了施工質量，得到施工單位的好評。

3.2墻體材料強度的早期預報

主要目的是根據成型樣的早期強度(如2～4天等)預測其28天強度，以便發現防滲墻質量問題后能及時妥善處理。

主要途徑是通過大量對比試驗，建立柔性材料和塑性混凝土早期(2天、3天、4天)力學指標與28天齡期指標的關系預測模型。從槽口樣的早期強度即可判斷其28天齡期強度是否滿足要求，進而達到控制施工質量的目的。以下是柔性材料和塑性混凝土早期強度和28天齡期強度的關系(見表4)。

4、施工檢測結果

4.1槽口取樣檢測結果

二期上游圍堰防滲墻施工自1997年6月第一個槽孔開澆至1998年8月5日最后一個槽孔澆完歷時14個月。共澆筑柔性材料185個槽孔，塑性混凝土58個槽孔。完成鉆孔進尺48259.1m，澆筑方量59652.86m³。

柔性材料和塑性混凝土共檢測抗壓強度483組、抗折強度391組、初始切線模量107組、抗滲試驗16組。根據檢測結果的統計，上游圍堰防滲墻施工檢測抗壓強度合格率為95.2％，標準偏差0.85，離散系數0.164。抗折強度合格率為99％，標準偏差0.32，離散系數0.153。共檢測柔性材料初始切線模量58組，最大值1233MPa，最小值600MPa，平均值911.7MPa。其中，初始切線模量小于1000MPa所占比例為73％，1000MPa～l233MPa所占比例為27％，塑性混凝土共檢測初始切線量49組，最大值為1586MPa，最小值為815MPa，平均值為1173MPa，其中初始模量小于000MPa占22.4％，1000MPa～1500MPa之間占69.4％，大于1500MPa占8.2％。應當說明的是，施工后期設計對深槽段部分槽子L塑性混凝土的抗壓指標有較大的提高，例如要求SX8、SXl4槽抗壓強度大于8.0MPa，相應的初始切線模量放寬至1500MPa；對部分槽子L柔性材料的抗壓強度提高為5MPa，相應初始切線模量放寬至1200MPa?？紤]到這些因素，初始切線模量的合格率在90％以上。

4.2防澇墻檢查孔檢測結果

為檢查水下墻體材料各項指標的實際情況，以及將水下的實際情況與槽口檢測結果比較，設計要求防滲墻施工完成后，對墻體材料鉆孔芯樣進行有關指標的測試。按照設計要求，柔性材料共打8個檢查孔，塑性混凝土共打4個孔。鉆孔芯為柱狀，一般情況下，芯樣直徑1300mm。檢查孔芯樣的抗壓強度、抗折強度、初始切線模量和滲透系數試件的尺寸目前尚無統一的規定。在試件的加工過程中采用了如下的原則，即抗壓強度柱狀樣高度與其直徑一致，初始切線模量試樣的高度為直徑的二倍?？拐蹚姸仍嚰臉藴食叽?0mm×40mm×160mm。滲透試件直徑130mm，高度為50mm～70mm之間。測試方法與墻體材料配合比試驗中采用的方法一致。

檢測結果表明，柔性材料8個檢查孔的66組抗壓強度合格率為93.9％，12組抗折強度的合格率為100％，12組初始切線模量中小于1000MPa的占25％，1000MPa～1500MPa之間的占75％。塑性混凝土4個檢查孔共檢測抗壓強度26組，合格率為92.3％；13組初始切線模量最大值2328MPa，最小值509MPa，其中1000MPa以下占15.4％，1000MPa～1500MPa之間的占38.5％，1500MPa以上的占46.1％。

5、基坑抽水效果

二期圍堰防滲墻封閉后恰逢1998年特大洪水，經受了變形的考驗并安全度汛；基坑抽水完成后，滲漏量僅60 1/s，遠低于設計值，這說明防滲墻是成功的。

(1)在二期圍堰防滲墻施工中，科研和施工承包單位密切合作是三峽工程科研與施工密切結合的一種成功嘗試。在跟蹤施工過程中，科研人員能根據施工現場的實際情況調整材料的配合比，使墻體材料的研究成果具有實用性。與此同時施工單位對墻體材料的組成原理和施工工藝也有了進一步的認識，為提高施工質量莫定了基礎。

(2)根據施工用原材料的檢測指標的變動，對墻體材料(柔性材料和塑性混凝土)的施工配合比進行了及時調整，以使施工配合比的各項指標滿足三峽工程二期圍堰單項設計指標的要求；

(3)研究提出了墻體材料施工質量早期判別方法，用于施工取得良好效果；

(4)槽口取樣和防滲墻鉆孔芯樣的檢測結果表明，墻體材料各項指標滿足設計要求。