大壩施工中塑性混凝土防滲墻設計計算及施工技術

李瑩

（安徽水利開發有限公司，安徽 蚌埠 233000）

塑性混凝土是用適量的膨潤土代替水泥，形成的一種具有彈性模量低、滲透系數小、粘聚性強等特點的高性能混凝土，在水利工程以及建筑地下工程中均有廣泛應用。為取得預期的抗滲效果，應重點做好塑性混凝土配合比設計、防滲墻單寬滲流量計算等工作，從而為施工提供指導。另外，在施工過程中還要樹立精細化的管理思維，從各個環節上采取嚴格的質量管控措施，才能切實提高大壩的防滲性能。

1 塑性混凝土防滲墻的設計計算

1.1 塑性混凝土的配合比設計

在原材料中，膨潤土和粘土是兩種影響塑性混凝土抗滲性能的關鍵材料。為了讓塑性混凝土的抗壓強度、彈性模量、抗滲性能等各項指標都能夠滿足大壩施工的要求，需要調整各類原材料的比例。分別制作多個試件，并驗證各個試件的性能，選出符合防滲墻施工要求且性能最佳的試件，將其配合比作為塑性混凝土的配合比。表1 為6 種試件的物料配合比。

表1 不同試塊的配合比（單位：kg/m3）

按照表1 制備塑性混凝土，并制作試件進行物理力學試驗。其中4#試件的坍落度為220mm、28d 抗壓強度為6.7MPa、彈性模量為948MPa、滲透系數為3.75×10-6cm/s，在6 種試件中性能最優。因此塑性混凝土的最終配合比為水泥：膨潤土：砂：石子：減水劑：水=45：85：394：493：1.04：128。

1.2 塑性混凝土的性能試驗

塑性混凝土的抗壓強度、彈性模量試驗，應參照《水工混凝土試驗規程》（DL/T5150-2017）中的有關規定進行。以抗壓強度試驗為例，首先按照確定的物料配合比制作塑性混凝土，然后選擇模具制作試件。為提高試驗結果的可靠性，分別制作直徑為120mm、高度為300mm 的圓柱體試件以及邊長為150mm 的立方體試件進行抗壓強度試驗。試件養護時間≥14d，然后拆除模具后，放于壓力試驗機上進行性能測定。圓柱體試件的加載速度為 0.06-0.15MPa/s， 立方體試件的加載速度為0.02-0.05MPa/s。均勻加載，觀察到試件開始破壞后，立即停止加載，在當前荷載下直到試件完全被破壞。記錄此時的荷載，即為試件的抗壓強度。

1.3 防滲墻的墻體滲流計算

單寬滲流量是評價壩體滲流情況的關鍵指標。目前常用的計算方法為：假定土石壩中壩體巖土為理想的均質材料，采用鉛垂線將壩體橫剖面劃分成若干段，鉛垂線上各點的流速和測壓管水頭為常數，利用各段省流量相等的條件聯立求解，得出單寬滲流量，其計算簡圖如圖1 所示。

圖1 防滲墻計算模型

其計算公式如下：

式（1）中，q 為單寬滲流量，單位為m3/d；K 為大壩所在地區的巖土滲透系數，單位為m/d；H1、H2 分別為上、下游浸潤線的垂直高度，單位為m；L 為上、下游浸潤線之間的水平距離，單位為m。

2 塑性混凝土防滲墻的施工技術

2.1 導墻施工

導墻位于防滲墻兩側，采取平行布置方式。按照設計方案在場地上做好測量放線，采用“機械+人工”配合的方式，快速完成施工。使用挖掘機挖出導墻基本形狀，然后替換為人工修整，使導墻的底部平整、側壁光滑。兩側導墻應當以防滲墻的軸線作為參照，對稱分布，導墻內側凈距離比設計的防滲墻厚度大60-80mm。導墻布置見圖2。

圖2 導墻布置

2.2 劃分槽段

導墻成型后，做好保護工作。以防滲墻為基準，按照從左到右的順序，根據設計好的槽段參數依次畫出1#、2#……n#槽段。其中，1、3、5……等奇數槽段為一序槽，2、4、6……等偶數槽段為二序槽。在槽段開挖時，首先進行一序槽的施工，然后進行二序槽的施工，最后再進行一序槽的清槽換漿。槽段劃分時，應結合地質勘測結果，如果是粘土層，槽段長度可控制在6.5-10.0m；若為砂礫石層，則槽段長度不宜超過6.0m。此外，施工方式也會產生影響，采用液壓鋸槽機、射水成槽機，槽段可適當加長；若采用液壓抓斗、沖擊鉆，則要注意控制槽段長度。具體劃分依據如表2 所示。

表2 大壩防滲墻槽段劃分依據

2.3 制備泥漿

泥漿質量是決定防滲墻性能的關鍵因素。按照已經設計好的配合比制備塑性混凝土，其基本參數如表3 所示。

表3 塑性混凝土的基本指標

考慮到防滲墻施工所用混凝土的總量較大，并且水利工程施工現場環境復雜，為保證塑性混凝土的質量，工程中應采取預制廠提前制備，然后由砼車運輸至現場滿足澆筑要求的方式。塑性混凝土運輸期間要做好保溫、防雨、防塵等措施，并且嚴格控制運輸時間，防止混凝土擱置時間太久出現泌水、離析等情況。

2.4 成槽施工

結合工程地質條件，考慮到深部巖層存在裂隙發育情況，因此成槽施工選擇鋼絲繩沖擊式鉆機。在劃分出的槽段上，使用鋼絲繩懸吊鉆頭，由電動機提供沖擊力，使土體、巖層破碎。每一個槽段中，均需要鉆出主、副兩個槽孔，然后將兩者相連。主孔負責鉆深，副孔用于排渣。利用抽砂筒將破碎的沉渣取出，循序漸進，直到設計深度。

2.5 清槽換漿

成槽后注意檢查成槽質量，槽段的長度、深度等基本參數必須達到施工要求。然后將槽段內部的碎石、泥渣等清理干凈。清理時可以采取泥漿置換法，將泵管插入槽段底部，啟動泵機注入新鮮泥漿；同時，再使用一臺抽水泵吸出含有殘渣的廢漿。直到槽段內泥漿質量達到表4 標準后，停止換漿。

表4 清槽換漿后槽段內泥漿質量控制指標

2.6 澆筑混凝土

換漿完畢后，為避免槽底泥漿沉淀，需要在4h 之內開始塑性混凝土的澆筑作業，要求每個槽段必須一次性澆筑完成。使用“直升導管法”進行澆筑，把直徑為200-240mm 的導管，插入到槽段的主孔中，每節導管長度控制在1.0-1.2m。對于槽段長度超過5m 的，可在槽段左右兩端分別設置一根導管同時灌注混凝土，以提高作業效率。控制澆筑面上升速度，一般在3-5m/h，澆筑完畢后進行養護。養護結束檢查澆筑面平整度，以最大高差＜50mm 為宜。

3 結論

大壩施工中選擇塑性混凝土作為主體材料澆筑防滲墻，將顯著提高壩體防滲、防裂效果。在防滲墻施工前，要做好砼配合比設計和滲流計算，在施工時要加強槽段開挖、砼澆筑等技術控制，確保工程質量達標。