塑性混凝土防滲墻施工技術在粉細砂地基中的運用

王秀紅 包想軍

（中國水利水電第三工程局有限公司 內蒙古 烏海 016000）

1 概況

1.1 工程概況

海勃灣水利樞紐位于內蒙古自治區烏海市境內的黃河干流上，是一座防凌、發電等綜合利用的水利樞紐工程，工程等級為Ⅱ等工程，工程規模為大（2）型，樞紐主要由河床電站、泄洪閘、土石壩等建筑物組成。

1.2 地質構造

樞紐壩址區地貌形態分為風成地貌、黃河沖積地貌、河流堆積侵蝕地貌。壩址區地層主要由第四系松散堆積物組成，總厚度大于500m，地層比較復雜。勘察揭露最大厚度80m。壩基土體包括新近沉積的第Ⅱ-1地質單元（Q42al）和第Ⅲ地質單元（Q3al+l）。廠房段設計建基面高程1043.5m～1048m，地基土層為第Ⅲ地質單元（Q3al+l）地層，在勘探深度范圍內，上層土體以粉砂、細砂為主，中密～密實狀，夾有砂壤土、粉土、壤土和粘土透鏡體。由于在基坑部位施工時發生了承壓水上涌，根據設計單位塑性混凝土防滲墻調整方案，將原防滲墻設計底高程抬升至該粘土層中，墻體嵌入粘性土層的深度按0.6m～1m控制。

2 防滲墻技術參數

2.1 塑性混凝土力學參數

防滲墻使用塑性混凝土要求：密度≥2100kg/m3，彈性模量≤1500MPa，允許滲透比降不小于60，抗壓強度≥4.8MPa，抗拉強度≥0.6MPa，滲透系數≤1×10-7cm/s，強度保證率達到90%，水泥標號:不低于32.5號，砂石骨料:最大粒徑不大于20mm，砂率50%～60%，含泥率小于5%。

2.2 混凝土配合比選定

塑性混凝土配合比如表1。

2.3 塑性混凝土澆筑的技術要求

（1）澆筑混凝土采用直升導管法，導管連接和密封必須可靠，導管埋入混凝土深度不小于1m，不大于6m；導管底口距槽底控制在25cm范圍內。

（2）在澆筑過程中控制各料斗均勻下料，混凝土的澆筑強度滿足槽孔內混凝土面上升速度不小于2m/h。

（3）槽孔澆筑嚴格遵循先深后淺的順序，即從最深的導管開始，由深到淺連續澆筑。

（4）入孔坍落度18cm～22cm。擴散度34cm～40cm，坍落度保持15cm以上時間應不小于1h，初凝時間應不小于6h，終凝時間應不宜大于24h。

（5）塑性混凝土終澆頂面高于設計高程50cm，上部結構施工時鑿除頂部50cm，目的是提高防滲墻防滲效果。

3 施工準備

3.1 導向槽施工

以防滲墻軸線為中心，利用液壓反鏟開挖導向槽基礎，開挖成型后施工導向槽，導向槽結構倒“L”形斷面，高 1.2m，頂部寬1.15m，底部寬0.35m，內部配置Φ16mm螺紋鋼筋，間距為30cm，用C25混凝土立?，F澆，對稱布置，中間槽寬70cm。

3.2 施工平臺

導向槽混凝土達到一定強度后，用砂礫石填筑，并夯實、平整，作為防滲墻施工平臺，供液壓抓斗等大型設備行駛。

3.3 泥漿制作

為保證成槽的安全和質量，護壁泥漿生產循環系統的質量控制是關系到槽壁穩定、液壓抓取或沖孔速度、成槽、塑性砼質量的必備條件。本工程優先采用優質膨潤土為主、少量的粘土為輔的泥漿制備材料，造孔用的泥漿材料必須經過現場檢測合格后，方可使用。質量控制主要指標為：比重1.1～1.3，粘度18s～25s，含砂率≤5%，膠體率 95%，必要時，加適量的添加劑，制備泥漿性能指標應符合表2中規定。

拌制泥漿的方法及時間通過試驗確定，并按批準或指示的配合比配制泥漿，計量誤差值不大于5%。貯漿池容量300m3。泥漿制漿系統配制的泥漿通過Ф150mm管線輸送到泥漿中轉站，再由中轉站分送各施工槽孔。

表1 塑性混凝土配合比

表2 制備泥漿的性能指標表

泥漿處理泥漿必須經過制漿池、沉淀池及儲存池三級處理，泥漿制作場地以利于施工方便為原則。

4 施工方法

4.1 液壓抓斗成槽工藝

（1）液壓抓斗成槽工藝

結合本工程地質及墻體設計特點，防滲墻成槽采用“抓取法”施工工藝，根據液壓抓斗斗體的開度，合理確定槽段長度及每個槽段內主孔和副孔長度。

塑性混凝土防滲墻施工順序均為先施工Ⅰ期槽段，再施工Ⅱ期槽段。針對每一個施工槽段，施工過程中先抓取主孔，再抓取副孔。該施工方法的優點是施工速度快，易控制孔斜，成槽質量高。開槽前，導墻內注入泥漿，施工中保持泥漿高度始終在距導墻頂以下0.3m～0.5m。

（2）成槽地層分析

根據設計提供的地質勘察報告及設計圖紙中提供的典型地層分界線的深度，施工中在現場技術及質檢人員進行跟蹤鑒定，以分析地層情況，并及時向現場監理工程師申請鑒定并做好記錄。其目的是為了墻體嵌入粘性土層的深度控制在0.6m～1m左右。

（3）成槽質量要求

本工程槽孔寬度為0.6m，成槽時槽孔孔壁平整垂直,孔位中心允許偏差不大于3cm，孔斜率不大于0.4%；在成槽過程中，含孤石、漂石地層及遇基巖面傾斜度較大等特殊地層情況時，其孔斜率應控制在0.6%以內，或改為烏卡斯沖擊鉆孔技術進行施工。

對于Ⅰ、Ⅱ期槽孔接頭套接孔的兩次孔位中心在任一深度的偏差值，不大于設計墻厚的1/3。

施工槽段長度初步劃分為：Ⅰ期槽軸線長度6.0m，Ⅱ期槽軸線長度6.0m，槽孔劃分平面示意圖，見圖1所示。

4.2 終孔及清孔驗收

終孔成槽深度按照設計圖紙要求嵌入粘土層不小于0.6m，成槽過程中當發現接近底層變化時開始留取土樣并記錄好深度，并由現場地質工程師會同監理工程師和設計方工程師共同進行土樣鑒定。槽孔終孔驗收合格后進行清孔換漿。采用抓斗和掏渣桶撈取槽孔內大部分淤積和大顆粒沉渣進行清孔。

Ⅱ期槽孔清孔結束前，還要刷洗Ⅰ期槽孔段混凝土孔壁上所吸附的浮渣、泥皮，利用鋼絲刷子鉆頭采用自上而下分段刷洗，標準是：刷子鉆頭上基本不再帶泥屑，孔底淤積不再增加為合格標準。

4.3 防滲墻墻體澆筑

（1）澆筑導管安裝及要求

塑性混凝土防滲墻均采用直升式導管法進行混凝土澆筑，導管采用絲扣型連接。導管間距不大于3.5m，一期槽段的導管中心距接頭管壁面的距離為1.0m～1.5m，二期槽段的導管距孔端1.0m，導管距槽底控制為25cm。

導管的連接和密封必須可靠，接頭處和管壁嚴禁漏漿，下設前應做密封實驗，導管底口距槽底控制在150mm～250mm范圍內。在混凝土澆筑后期，因為混凝土沖擊力小、下料慢，容易堵管，所以導管要勤提勤放，保證混凝土面達到設計要求。

圖1 槽孔劃分圖

圖2 電站壩段防滲墻頂端連接詳圖

（2）混凝土澆筑

澆筑開倉時，先在導管內下設隔離球，將導管下至距孔底約25cm左右。初澆混凝土方量要經過準確計算，確保一次將混凝土導管底部完全覆蓋。待導管及分料斗儲滿料后，將導管上提適當距離（距孔底25cm），讓混凝土一舉將導管底封住，避免混漿，導管埋入混凝土的深度在1m～6m之間，在澆筑過程中控制各料斗均勻下料，混凝土的澆筑強度滿足槽孔內混凝土面上升速度不小于2m/h。澆筑過程中每20min～30min測量一次槽內混凝土面深度，保證槽內混凝土面同時均勻上升，槽孔內各處混凝土面高差控制在0.5m范圍內，并根據混凝土上升速度起拔導管，并在混凝土澆筑時，孔口設蓋板，以防雜物掉入槽孔內。

槽孔澆筑嚴格遵循先深后淺的順序，即從最深的導管開始，由深到淺連續澆筑。墻體混凝土連續澆筑，若混凝土的供應因故暫時中斷，采取措施在40min內恢復澆筑。土石壩BC段混凝土防滲墻終澆高程按超過設計墻頂高程0.5m控制，澆筑完成后，頂端部分予以鑿除。

4.4 防滲墻墻體連接

防滲墻接頭采用“接頭管法”，在實施Ⅰ、Ⅱ期槽段連接時用下設接頭管。方法優點為施工方便，無需增加其它設備，并能節約混凝土。該方法增大了Ⅰ、Ⅱ期混凝土的接觸面積，使墻段接頭較好，并能加快施工進度，減少混凝土損耗。在Ⅰ期槽孔澆注前，在槽孔兩端下設直徑略小于槽寬的鋼制接頭管，孔口固定后澆注混凝土，澆筑過程中隨時松動接頭管，待混凝土初凝后起拔接頭管，形成接頭孔。接頭管分節制作，插銷連接，采用液壓拔管機起拔。

4.5 防滲墻與上部結構連接施工

防滲墻施工完成后，在防滲墻兩側澆筑100mm厚的素砼墊層。待砼溫度達到常溫后，對砼面進行清理，在砼表面噴灑一層稀釋瀝青或乳化瀝青，用量為0.15kg/m2～0.2kg/m2，潮濕部位在砼噴涂前對表面進行了烘干。

施工時對瀝青面層分層澆筑，防止瀝青流淌。在澆筑上部砼的同時加入豎向銅止水，錨入瀝青長度不小于300mm，具體如圖2所示。

表3 塑性混凝土檢測指標

表4 塑性混凝土28d抗壓強度成果表

5 質量檢測

5.1 塑性混凝土檢測指標

塑性混凝土檢測指標見表3。

5.2 塑性混凝土性能檢測

在施工過程中，按照設計和相關規范的要求，在槽（孔）口取樣，對塑性混凝土的抗壓強度、彈性模量、抗滲性能、抗拉強度和施工性能（塌落度等）進行了檢測，檢查指標見表4，檢測結果表明均達到了設計要求，其中塑性混凝土28d抗壓強度的檢測成果見表4。

5.3 墻體鉆孔注水成果

（1）5個孔位的滲透性檢測，59個孔位的墻側鉆孔及預埋PVC管，彈性波CT檢測20組?？變入娨?個孔位成像。

（2）防滲墻墻體完整性、連續性；防滲墻體波速正常，無明顯偏低的情況存在，1個孔的鉆孔電視成果表明，孔壁完整光潔，混凝土膠結較好。

（3）墻體抗滲性能，參考《水利水電工程注水試驗規程》（SL345-2007）,測段滲透系數分部在4.60×10-6cm/s～5.67×10-7cm/s，多集中在10-6cm/s數量級。檢測防滲墻防滲能力滿足設計要求。

6 結語

在黃河海勃灣水利樞紐大壩基礎防滲墻施工中，成功的采用了液壓抓斗成槽技術進行成槽施工，運用了泥漿固壁技術，塑性混凝土防滲墻的連續施工等施工工藝。塑性防滲墻壓水實驗各項指標均達到設計要求，工程質量達到預期效果。塑性混凝土防滲墻具有結構可靠、防滲效果好、適應不同的地層條件、施工方便快捷、不受地下水位影響、造價較低等特點，在粉細砂深覆蓋層大壩基礎防滲處理工程中得到較好的運用。陜西水利