塑性混凝土防滲墻在調蓄池工程中的應用

□張祥振（河南省水利勘測設計研究有限公司）

1.工程概況

塑性混凝上是指用膨潤土取代普通混凝土中的大部分水泥形成的一種柔性墻體材料，具有強度低、適應變形好、施工速度快、成本較低、防滲可靠等特點，在鄭州市引黃灌區龍湖調蓄工程的龍湖調蓄池主池中得到了應用。龍湖調蓄池防滲采用綜合防滲方案，即垂直防滲與水平防滲相結合。沿主池區湖岸布設一道塑性混凝土防滲墻（垂直防滲），在湖灣處取直。防滲墻軸線總長度為23.38km，主池區湖周防滲墻軸線長度為16.99km，湖心島內外側防滲墻軸線長度為6.39km。在地下水位以上的湖灣區池底采用壤土鋪蓋防滲（水平防滲）。湖灣區池底壤土鋪蓋與垂直防滲體緊密相連，共同組成一個防滲體。防滲墻墻頂部與湖周護岸體或湖底壤土鋪蓋緊密相連，墻底至相對不透水層以下0.5～1m，以滿足龍湖調蓄池工程的防滲要求。塑性防滲墻設計厚度為40cm，墻深≤50m。本文擬結合其中一個標段對在冬季穿越細砂、粉細砂層地層的塑性混凝土防滲墻應用技術進行探討。

2.防滲墻主要技術參數

2.1 混凝土設計指標

塑性混凝土防滲墻設計指標見表1。混凝土物理特性指標要求為：入槽坍落度18～22cm；擴散度34～40cm；坍落度保持15cm以上，時間≥1h；初凝時間≥6h；終凝時間≤24h。

2.2 原材料

2.2.1 水泥：水泥強度等級不低于42.5，應優先選擇硅酸鹽水泥；

2.2.2 粗骨料：應優先選用天然卵石、礫石，其最大粒徑應<40mm，含泥量應≤1.0%，泥塊含量應≤0.5%；

表1 塑性混凝土防滲墻設計指標表

2.2.3 細骨料：應選用細度模數2.4～3.0范圍的中細砂，其含泥量應≤3%，粘粒含量應≤1.0%；

2.2.4 外加劑：減水劑、防水劑和引氣劑等的質量和摻量應經試驗，并參照DL/T5100-1999的有關規定執行。

2.2.5 水：按JGJ63-2006的規定執行；

2.3 配合比

設計塑性混凝土配合比如表2所示。在防滲墻生產性試驗中，按照要求進行混凝土室內及現場試驗，確定出合適的混凝土配合比。

表2 塑性混凝土配合比表

3.防滲墻工程的難點及對策

3.1 防滲墻工程施工難點

3.1.1 防滲墻工程量大，工期短，施工強度高，最大成墻施工強度達114840m3/月。高強度施工對施工方案選擇、輔助設施建造及運行、施工資源投入、施工場面協調管理均提出了很高要求。

3.1.2 地質情況復雜，防滲墻成槽施工需穿透兩層由細砂、粉細砂層構成中密～密實地層，層最大厚度分別為13.2m和17.6m。細砂、粉細砂現場標準貫入試驗結果平均值均在15擊以上，臨近相對不透水層部位達到39擊，此種地層內采用純抓法成槽施工進度難以保證；成槽施工過程中，地層內存在的粉細砂將混入泥漿，造成泥漿含砂量過高，可能對清孔施工造成困難，造成墻底沉渣厚度過大且墻體澆筑質量難以保證；中砂層和細砂層的滲透系數達1.5×10-02cm/s～7.3×10-02cm/s，加上成槽速度較快，槽壁穩定性差，可能產生漏漿或塌孔。

3.1.3 根據總施工進度安排，防滲墻工程的施工高峰期在冬季，冬季施工除對人員勞動生產率產生影響外，對混凝土、泥漿、施工用水等均需采取防凍措施。

3.1.4 本工程施工場地臨近城市，對施工過程中的環保、水保措施要求較高。

3.2 防滲墻工程施工應對對策

3.2.1 合理組織、保證高效施工

根據工程的特點，應盡量縮短輔助設施建造時間，導墻、拌和站基礎等均采用早強混凝土澆筑，以盡快給主體工程施工提交工作面；采用先進設備，造孔設備以抓斗為主，抓斗機械化程度高、成槽速度快，同時加大施工資源投入，保證施工進度；對施工人員、設備進行統一調度，專門設現場調度人員，根據實際情況及時調配施工資源保證高效、高強度施工。

3.2.2 采用“兩鉆三抓”施工工藝，加入CMC和重晶石粉改善泥漿特性

針對細砂、粉細砂層構成中密～密實地層造成的成槽困難、質量難以保證，采用以下措施應對：

3.2.2.1 采用“兩鉆三抓”法進行施工，即鉆機鉆進接頭孔，其余部分采用抓斗抓取，如遇到抓斗抓取困難的地層，立即停抓，采用鉆機打穿砂層，抓斗抓取兩主孔之間部分。該工藝利用抓斗和鉆機等成槽設備聯合施工，充分利用各種設備的優勢，提高施工工效、加快成槽速度，同時也利于槽孔的穩定。該工藝在三峽二期上游圍堰防滲墻工程、江蘇潤揚長江大橋北錨錠工程、河南小浪底防滲墻工程等眾多工程中均應用成功，可確保施工質量，并大幅度提高了施工工效，是一種先進的施工工藝。

3.2.2.2 針對砂層成槽過程中泥漿含砂量過高，同時地層滲透系數較大，槽壁穩定性差，可能產生漏漿等現象，根據現場生產性試驗情況，在泥漿拌制過程中加入一定量的CMC（羧甲基纖維素鈉）和重晶石粉，加大泥漿密度、粘度，增強泥漿懸浮固體顆粒的能力，并增大槽內漿液壓力防止槽壁失穩產生垮塌。施工過程中一旦發生漏漿現象，迅速組織人力、設備向槽內投入粘土、碎石土、鋸末、水泥等堵漏材料，并及時向槽內補漿，以避免塌槽事故的發生。

3.2.3 采取冬季防護措施，確保混凝土質量

為保證冬季施工的工程質量和進度，采取的主要防護措施為：冬季漿水管路采用草席等物包裹或埋入凍土層以下的防凍保暖措施；泥漿站旁設空壓機，每隔一段時間對漿池進行攪動，防止泥漿上凍；在施工現場不需泥漿的時段，也要經常開啟漿泵，使送、回漿管路處于循環狀態；設專人定時負責清理排漿溝和排水溝，防止漿渣上凍淤積，堵塞溝渠；采用溫水攪拌混凝土，運輸過程中在罐車罐體上包裹保溫材料，以保證混凝土入倉溫度滿足要求。由于防滲墻采用泥漿下直升導管法澆筑混凝土，混凝土澆入槽內后即被泥漿隔離于地下，不采用保溫養護。

3.2.4 環保措施

根據防滲墻施工工藝的特點，施工最有可能對環境產生污染的就是使用過的固壁泥漿和施工中開挖出的廢渣。為保護周邊環境尤其是河水不受污染，在施工中采用先進的造孔設備和泥漿凈化裝置，盡可能減少泥漿的排放量，對鉆渣及廢漿及時進行處理，對生產廢水通過溝渠排放到廢漿池進行沉淀處理。

4.防滲墻施工方案及施工工藝

4.1 防滲墻施工總體方案

通過上述對地質情況和施工條件的綜合分析，本工程采用的施工總體方案如下：

4.1.1 防滲墻成槽開挖采用抓斗與鉆機聯合施工的“兩鉆三抓”法或“純抓”法。即槽段兩端接頭孔由GPS-10工程鉆機成孔，其余部分由抓斗直接抓取成孔或由抓斗三抓直接成槽。

4.1.2 固壁泥漿采用鈣基膨潤土泥漿，根據需要適當加入重晶石粉和CMC。

4.1.3 清孔采用泵吸反循環法置換新鮮泥漿清孔。

4.1.4 混凝土采用集中攪拌站拌制，6m3混凝土拌合車輸送混凝土。

4.1.5 泥漿下直升導管法澆筑混凝土。

4.1.6 采用“接頭管法”進行槽段連接。

4.2 施工工藝

防滲墻施工分兩期進行，先施工Ⅰ期槽段，再施工Ⅱ期槽段，防滲墻單元槽段施工程序框圖見圖1。防滲墻施工工藝流程包括：鉆機鉆進接頭孔；抓斗抓取一期槽；清孔后下設接頭管；泥漿下直升導管法澆筑混凝土；起拔接頭管后抓斗抓取二期槽；澆筑二期槽混凝土。

圖1 防滲墻工程施工工藝流程框圖

5.墻段連接

墻段連接采用接頭管法。接頭管法是目前混凝土防滲墻施工接頭處理的先進技術，采用接頭管法施工的接頭孔孔形質量較好，孔壁光滑，不易在孔端形成較厚的泥皮，接頭易于刷洗，不留死角，可以確保接頭的接縫質量；由于接頭管的下設，節約了套打接頭混凝土的時間，提高了工效。

接頭管法墻段連接施工程序為：一期槽孔清孔換漿結束后，在槽孔端頭下設接頭管，混凝土澆筑過程中及澆筑完成一定時段之內，根據槽內混凝土初凝情況逐漸起拔接頭管，在一期槽孔端頭形成接頭孔。二期槽孔澆筑混凝土時，接頭孔靠近一期槽孔的側壁形成圓弧形接頭，墻段形成有效連接。

6.結語

工程施工完畢后，由專門的工程質量檢測中心對塑性混凝土防滲墻的槽孔和墻體的施工質量進行了檢查。槽孔終孔質量檢查項目主要有深度、厚度和孔斜，墻體質量檢查方法包括混凝土拌和機口或槽口隨機取樣檢查，芯樣室內物理力學性能試驗及墻體取芯檢測等。檢查結果表明，本工程混凝土防滲墻的總體施工質量良好。