塑性混凝土防滲墻在土石壩中的應用及其質量控制

張猛 李利劍

摘 要：塑性混凝土是用黏土和膨潤土取代普通混凝土中的大部分水泥形成的一種柔性工程材料。與普通混凝土相比，塑性混凝土彈性模量低、極限應變大、能適應較大變形、抗滲性能好，同時還具有節約水泥、降低造價、施工方便等優點。因此，在國內外被廣泛用作防滲墻墻體材料。本文對塑性混凝土防滲墻在土石壩中的應用及其質量控制進行了相關的分析，以供大家參考借鑒。

關鍵詞：塑性混凝土；混凝土防滲墻；土石壩；質量控制

引 言：混凝土防滲墻是水利工程中較普遍采用的一種地下連續墻。其利用專用的造槽機械設備成槽，并在槽孔內注滿泥漿，以防孔壁坍塌，最后用導管在注滿泥漿的槽孔中澆注混凝土并置換出泥漿，筑成墻體。

1 塑性混凝土防滲墻的特點

塑性混凝土與我國早期防滲墻采用的黏土混凝土有本質的區別。黏土混凝土僅是在配合比中加入了少量的黏土，水泥用量并未大幅度降低，摻加黏土的目的僅為了改善混凝土的和易性和便于鉆鑿接頭孔，并無降低彈性模量的目的。而塑性混凝土的特點是水泥用量較少，一般約為80～170kg/m3，另外還摻加部分黏土或（和）膨潤土（塑性指標較高），對其它材料用量的要求與一般混凝土基本相同。調整配比之后，這種材料的特點是抗壓強度不高，一般可控制在R28=0.5～2MPa，彈性模量較低，一般可控制在E28=100～500MPa，滲透系數小（K=1×10-6～1×10-7cm/s）。塑性混凝土防滲墻則具有在低強度和低彈性模量下適應地基應力變化的特點，確保墻體不被外力破壞，而不需提高混凝土的等級或增加鋼筋籠，故能大大節省工程投資。

2 土石壩塑性混凝土防滲墻工程施工過程

2.1修建施工平臺及導向槽

在造孔過程中，為了防止鉆具撞擊孔口，槽孔的泥漿、廢水等在孔口處漫流.保護孔口的土體穩定，防止坍塌，造孔前應設導向槽。導向槽的軸線與防滲墻軸線平行，槽口寬度為1.0m，導墻寬0.8m，深15m。設置縱向受力鋼筋，以增大其拉應力。施工平臺寬1lm，鋪15cm厚碎石以滿足安裝鉆機軌道的需要。

2.2槽段劃分及施工成槽

槽段的長度應盡量加長，以減少槽段間接頭數量，提高墻體的整體性。宜采用沖擊鉆與液壓抓斗相結合的“兩鉆三抓”成槽方式，即用沖擊式鉆機鉆槽孔兩端的接頭孔，槽段中間部分用“三抓”完成。它的優點是既保證了端孔的造孔精度，又可增加槽長，充分發揮抓斗的效用，加快了施工進度。沖擊鉆的特點是比較容易控制槽孔的垂直度。此外，沖擊鉆在槽內成千上萬次的沖擊作用和積壓作用，對基礎的密實度、同壁、防止槽壁坍塌和漏漿等起到了重要作用。同時，液壓抓斗的成槽和清孔速度快，容易控制槽孔的垂直度。在黏土層中采用空心鉆頭，將主孔依次沖擊到底，在碎石層、砂礫石、基巖地層采用“十”字形鑄鋼鉆頭鉆進，抽砂筒出渣。

2.3混凝土澆筑

采用直升導法澆筑水下混凝土，導管直徑為220mm為宜，每個槽段設2組導管，間距為2.5m，導管和槽口與儲料斗連接，由混凝土輸送泵往儲料斗送料。開澆前，導管內應設置可以浮起的隔離塞球，初澆前先將料斗口用帶鋼繩鋼板封閉，向料斗內泵入一盤砂漿，再注滿混凝土，然后同時拉開封底鋼板，料斗內混凝土同時推擠皮球，通過皮球將泥漿從導管底部排出。預計混凝土到孔底后沖擊鉆機輕提料斗，使皮球從導管底端浮出，混凝土填埋管底，并保證導管初次埋深不小于50cm。因此在澆筑前要計算好上次封底的混凝土方量，導管封底后應隨即向料斗內注入混凝土。在澆筑過程中，控制各料斗均勻下料，并根據混凝土上升速度起拔導管，導管埋混凝土的深度保持在1.0～6.0m。混凝土供應強度滿足t升速度不小于2m/h的要求。

2.4泥漿固壁

塑性混凝土防滲墻施工過程中，固壁泥漿直接影響施工進程和槽壁穩定，并能起到冷卻鉆頭、潤滑鉆具、懸浮巖屑以及防止坍孔的作用。覆蓋在壁面上的泥皮的約束作用及滲入槽壁土層內泥漿所起的對地層的固結作用，不僅有利于防止槽壁土顆粒坍落，還可減少地層變位和增加壁面強度。同時，泥漿本身又具有一定的抗剪強度，如同穩定塑性體，能發揮其被動抵抗力作用支撐槽壁。這些因素的綜合作用，保證了槽壁的穩定。

2.5清孔換漿

抓斗在抓孔過程中，會有部分細砂或其他巖渣懸混在泥漿中，然后逐漸沉淀到底孔。抓斗在挖掘槽底部時也會遺留少部分細砂和巖渣，這些淤積物都必須在混凝土澆筑前清理干凈，否則，會給墻體質量帶來危害。造孔結束以后，經檢驗、檢測、終孔合格后，需進行清孔換漿。清孔換漿可先用反循環泵吸法或氣舉法，先采用抓斗撈取槽孔大部分淤積和大顆粒沉渣，然后用泥漿槽底正循環置換法清孔。

2.6墻體塑性混凝土澆筑

塑性混凝土的澆筑采用泥漿下直升導管法，導管采用直徑為250mm的鋼制導管，絲扣連接，導管安裝用16t吊車或沖擊鉆輔助下設。一期槽端導管距孔端或接頭管間距為1～1.5m，二期槽間距不大于3.5m，每孔設3套導管。開澆前導管內的隔水栓為球塞方式，導管料斗下部用隔板蓋住，導管距孔底的距離大于球塞的直徑，以使澆筑混凝土時球塞能被擠出導管口。混凝土輸送泵將塑性混凝土送至槽口大儲料斗。再經溜槽分流至各導管料斗，儲料斗和導管漏斗盛滿混凝土后提出隔板進行正常澆筑。

2.7槽段連接

墻段連接采用接頭管法，即在一期槽孔澆筑前在槽孔兩端下設鋼管，待混凝土初凝后，按一定的速度將其拔起，形成混凝土接頭孔。采用接頭管法有許多優點，比如，能節省混凝土澆筑量，槽段之間易連接，二期槽孔容易用鋼絲刷清除表面泥皮等；缺點是提拔導管的阻力較大，受槽孔深度限制如掌握不好混凝土初凝時間容易造成堵管及混凝土坍落。

3 土石壩塑性混凝土防滲墻施工質量控制措施

3.1槽孔深度控制

防滲墻的墻底高程達到插入相對不透水層以下2.0m，沖擊鉆機鉆進時，要根據地質報告將鉆孔鉆進至設計底高程，采用重垂法測量實際孔深。此外，液壓抓斗抓深應由實際取樣決定，每抓出一斗，觀察取出的巖樣，確定地層成分。每抓都要抓取巖樣；取出的巖樣要保存，以便確定相對不透水層頂面高程。

3.2塑性混凝土原材料質量控制

原材料的質量是決定工程質量的關鍵。在施工中，對于組成塑性混凝土的各種材料，嚴格按規定要求進行檢驗，不合格的材料絕不允許進入工地。水泥和膨潤土每批材料都必須有出廠檢驗單，并取樣按批量送試驗室檢驗。進場的膨潤土、水泥以及黏土均應采取防潮措施，鋼筋采取防銹措施。施工拌制塑性混凝土所用水采用清水泵抽取的井水，并對水質進行檢驗。砂石骨料每500m3，進行一次包括篩分、含泥量、泥塊含量、含水量、飽和面干吸水率及有機質含量在內的全面分析，以確保原材料質量。

3.3嚴格執行塑性混凝土配合比

塑性混凝土各原材料用量要嚴格執行施工配合比，嚴禁不用稱量儀器而直接憑經驗上料。混凝土拌和前要對砂、石骨料的含水率進行測定，據此來調整骨科和水的實際用量；在澆筑混凝土的過程中，也要經常檢測砂、石骨料的含水量情況。

塑性混凝土在配合比方面的特點是水泥用量較少，一般約為80～170kg/m3，此外還需摻加部分黏土或（和）膨潤土（塑性指標較高），對其它材料用量的要求與一般混凝土基本相同。有關試驗表明，只摻加膨潤土的塑性混凝土、只摻加黏土的混凝土和同時摻加膨潤土和黏土的塑性混凝土的三種混凝土具有不同的效果。

要配制出具有較低彈性模量和較高強度的塑性混凝土應采用只摻加膨潤土的塑性混凝土較好，但影響塑性混凝土防滲墻彈性模量的因素較多，如黏土和膨潤土的黏粒含量和塑性指標、水泥的標號和品種、骨料的粒徑和硬度（各種試驗表明，骨料粒徑大的塑性混凝土所能承受的強度和變形能力比骨料粒徑小的塑性混凝土要小得多，即在塑性混凝土中宜選擇一級配的粗骨料）、外加劑的型號和摻量等。這就決定了塑性混凝土配合比設計的難度和復雜性，需要花費更多的時間和人力物力。同時，基礎防滲墻工程往往從工程一開始就組織施工（基礎工程施工是關鍵工序），因此為確保工程的正常順利開展，設計單位應事先根據當地的砂石骨料和水泥品種進行塑性混凝土的室內配合比試驗，確定塑性混凝土防滲墻的配合比。塑性混凝土防滲墻還有其它指標，如滲透系數或抗滲標號、坍落度、擴散度等，在工程施工中，應根據設計提供的配合比和技術要求進行現場混凝土配合比的復核試驗，以確定塑性混凝土施工配合比和最佳施工參數。

3.4稱量系統

塑性混凝土的拌和系統具有先進精確性能的稱量系統，使用PK124型配料控制器和HD1500型順序配料控制器自動控制單位混凝土所用的原材料，稱量精度達到0.1%。攪拌前，將砂、石骨料單盤用量數值輸入配料控制器，則料斗內的砂、石骨料由動力傳感器傳遞信號給控制器，當稱量為斗內的材料重量達到設定數值時，配料控制器自動停止上料。水泥、黏土和膨潤土用人工方法上料，單盤黏土摻入量取整數值，以整袋數摻入，水泥和膨潤土則由專人稱量單盤摻入量。拌和用水量由時間繼電器自動控制，供水裝置的供水能力為9.23L/s，輸入單盤用水量的供水時間，當供水達到設定值時就會自動停止供水。

3.5塑性混凝土入導管前的質量控制

塑性混凝土由混凝土攪拌機拌和后經過混凝土輸送泵。再由混凝土輸送管道輸送到分料盤。分料盤的設置要使分料斗的位置高出澆筑導管上口，分料盤設有3股分料斗，分別連接在3根導管的上入口處。為保證導管內混凝土面高度保持一致，塑性混凝土到達分料盤后，經3根導管同時進入槽孔。澆筑時，分料盤由兩名澆筑員看守，當混凝土進入分料盤后，如發現有超徑的石料或未攪拌開的水泥團，即用鐵鍬鏟除，不合格的物料嚴禁進入導管。

4 結束語

總之，塑性混凝土防滲墻相比于傳統的混凝土防滲墻結構而言，具有成本低、成墻質量高、成墻整體性好、厚度均勻連續、質量可靠、防滲效果好、耐久性好等優點。因此，就需要我們在施工中進一步加強對質量的控制，以擴大塑性混凝土防滲墻在水利工程中的應用力度。

參考文獻：

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