塑性混凝土防滲墻在圍堰工程中的應用探析

辜詩純

(中鐵十八局集團市政工程有限公司，天津 300222)

混凝土防滲墻在堤防地基、閘壩地基、圍堰的堰體及基礎等工程中應用較為廣泛，能夠起到防止滲漏、穩定地基的作用?；炷敛牧系姆N類眾多，混凝土材料不同，其抗壓強度和彈性模量也均不相同。因此將這類材料分為剛性材料和柔性材料，像普通混凝土就屬于剛性材料，塑性混凝土屬于柔性材料。塑性混凝土具有良好的變形能力，由于在圍壓增加的情況下塑性混凝土強度反而會增強的特性而被廣泛應用在水工建筑物中。

一、泥漿固壁和塑性混凝土配合比

混凝土防滲墻本身是對水利工程中的一些基礎起防滲作用和穩定基礎的作用，通過在堰體、壩體等一系列透水地基中造孔成槽，以泥漿來固定槽孔的孔壁，在泥漿下澆筑防滲材料而形成的連續墻。

（一）泥漿固壁原理

泥漿固壁的主要作用就是在施工過程中確保孔壁的穩定。主要是由于孔壁中泥漿的壓力較大，泥漿可以通過壓力滲透進入孔壁的土體中，與孔壁土體一起形成泥皮。隨著泥皮不斷增厚，泥皮的約束作用也在不斷增加，進而起到了固結孔壁土體的作用。泥漿除了有穩定孔壁的作用外，還具有懸浮土渣、排除土渣以及潤滑及冷卻鉆具的作用。

（二）塑性混凝土配合比設計

塑性混凝土的原材料與普通混凝土的原材料相比，主要增加了膨潤土和黏土。塑性混凝土原材料的質量嚴重影響后期施工的工程質量，所以材料進場前必須進行嚴格的檢查，確保材料的各項指標等參數滿足設計及規范的要求。其中，水泥對混凝土這種合成物的強度、彈性模量等方面影響最大。當然，其他的原材料對塑性混凝土的各項參數均有較大的影響。根據研究發現，配合比對塑性混凝土的各項參數影響如表1所示。

表1 配合比對塑性混凝土的各項參數影響統計表

塑性混凝土配合比設計應通過逐步淘汰優化設計法和工程類比法兩個方法進行設計。先通過工程類比法初定出5個左右的配合比，然后再通過逐步淘汰優化設計法選出一個最為合理的配合比。

二、工程實例

（一）工程概況

某水庫工程是當地的灌溉水源工程，主要目的是為當地居民的農作物等灌溉提供便利，同時也起到防洪的作用。該水庫的總容量為5.70億m3，水庫所用的大壩為重力壩。為了確保水庫大壩在枯水期施工時不受地下水等影響，決定在大壩的上下游均設置過水圍堰，在圍堰工程的設計中采用了塑性混凝土。

（二）水文地質概況

根據氣象局統計的信息可知，當地的主汛期在6～9月份，主要是由于季節性暴雨所致，枯水期在11月到下一年的4月中旬。該水庫的蓄水位高程控制在572.0m，沒有特殊情況下，該水庫是不可以開閘泄水的。

上游的過水圍堰河段在枯水期時的水面寬度為92m，深度在2.1～4.4m。河床的覆蓋層主要有卵礫石夾砂層、半膠結卵礫石層和基巖。其中卵礫石夾砂層和半膠結卵礫石層為強透水層。巖體的種類較多，主要為弱透水層和中等透水層。下游的過水圍堰河段在枯水期時的水面寬度為124m，深度在1.1～4.1m。河床的覆蓋層除了土層厚度不一樣外，其余與上游基本相似。

（三）塑性混凝土防滲墻施工要素

1.布置臨時設施

防滲墻施工所采用的機械設備較多，造孔成槽、吊裝等工序均需要各種大型機械設備，所以必須布置一個平整堅固的施工平臺給機械設備的操作空間。導墻的平面中心位置一般就是防滲墻的中心位置，可以根據導墻確定防滲墻的位置。但是導墻在施工過程中會出現變位的情況，所以在導墻施工附近布置可靠有效的測量基點，防止因沉陷等問題造成的導向槽變位而不能被及時發現并修正，導墻上還可以標記孔位和對槽段進行劃分等。導墻和施工平臺還有一個共同作用就是確保槽段主體的穩定，避免出現坍塌的情況。

布置導墻和施工平臺時，要根據防滲墻的頂標高、水位等進行綜合控制。如本工程設計的防滲墻厚度為800mm，高程為577.5m，導墻槽口寬度為900mm，高為1.5m，高程為578.15m。防滲墻附近要用較好的級配填料，碾壓密實。軌道鋪設時應確保軌枕不產生不均勻的沉降，并且垂直于防滲墻的中軸線。

2.塑性混凝土施工配合比

本工程中所用的水泥為P.032.5，其中摻入了一定比例的燃煤渣和電爐鋼渣，經過檢驗該水泥滿足規范要求。根據前文介紹的設計方法，并結合設計院給出的各項參數，通過試驗最終確定的施工配合比如表2所示。

表2 某水庫圍堰工程塑性混凝土施工配合比

3.主要施工工藝

防滲墻施工的主要施工工序有四道，分別是鉆孔挖槽、泥漿固壁、澆筑和連接。施工工藝流程如圖1所示。

圖1 防滲墻施工工藝流程圖

4.槽段施工

防滲墻施工前必須先將連續墻進行劃分，逐個對劃分好的單元墻進行施工。在劃分槽段時，應盡量減少槽段接頭，這樣可以提高施工效率，降低施工成本。各單元墻施工前使用鉆機鉆孔，且使得孔洞連續，形成槽孔，本工程采用鉆劈法進行成槽施工。然后將槽孔進行編號，奇偶數間隔性施工，編號為奇偶數的分別稱為一期槽段和二期槽段，如圖2所示。每期槽段施工的過程中，一般將先施工的稱為主孔，后施工的為副孔，槽段中若殘留一些小墻需最后進行施工。接頭孔施工前必須先確定該孔達到了一定強度后再進行后續施工處理，這樣可以有效避免槽段澆筑質量不合格的情況。

圖2 劃分槽段示意圖

二期槽段的施工前必須待一期槽段的混凝土強度達到設計強度的80%以上之后才可以進行施工。本工程通過現場取樣檢測，7天后可以滿足設計要求，所以決定二期槽段在一期槽段施工7日后進行施工。

槽段澆筑前必須進行終孔驗收，需要檢查孔洞的深度、孔洞的斜率、孔底沉渣的厚度、泥漿的含沙量以及比重這一系列的指標。本工程孔深的要求是至少進入巖層0.5m，孔洞的斜率必須控制在0.4%以內，孔洞位置偏差范圍應控制在30mm以內。孔洞斜率檢查依據相似三角形原理，即在孔口測量鉆頭在不同孔深處鋼絲繩偏離槽孔中心的距離來計算該深度的偏距和偏斜率，

本工程采用泥漿下直升導管法進行塑性混凝土澆筑，因為此種材質的防滲墻就是通過導管內外混凝土的壓力差，結合混凝土自身的流動性及和易性的特性，不斷填滿泥漿所占據的空間而使得墻體連續，形成連續的防滲墻。但是澆筑塑性混凝土時必須注意以下幾點：（1）必須在終孔驗收合格后4h內，采用直徑為250mm的導管進行塑性混凝土澆筑，這樣可以有效避免槽壁坍塌等意外事故。（2）導管的連接必須可靠，導管距孔端的距離控制在1m為宜，導管間距必須控制在3.5m以內。（3）澆筑塑性混凝土前必須先用適量的砂漿注進導管內，隨后再注入適量的混凝土，確保料斗內的塑性混凝土能將導管底端埋入混凝土中。（4）澆筑時導管埋入混凝土內的深度應控制在1-6m以內，避免因埋入過深而導致起拔困難。（5）澆筑過程中會出現堵管、導管漏漿等特殊情況。堵管時可以采用鋼筋進行疏通和鉆機抖動導管。導管漏漿時應及時更換導管及相關配件，并重新使用合格的導管。

本工程28#槽段在施工過程中遇到了孔壁坍塌的特殊情況，通過向孔洞內填筑黏土、塊石等，填筑的高度必須控制在坍塌位置所處標高1～2m以內，同時輕輕壓實填筑物，待穩定后再繼續施工。本工程施工結束后經過專業檢測，各槽段的施工質量均合格，獲得了甲方的一致好評，提高了公司的聲譽。