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        混凝土防滲墻技術(shù)在水利工程的應(yīng)用

        2020-04-08 07:27:56姚任峰桓仁西江發(fā)電有限公司
        河南水利與南水北調(diào) 2020年2期
        關(guān)鍵詞:成槽防滲墻圍堰

        姚任峰(桓仁西江發(fā)電有限公司)

        0 引言

        混凝土防滲墻最早被用于石油鉆井工程,具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、施工簡(jiǎn)便、防滲效果好等特點(diǎn),尤其在土石堤壩的加固與防滲中,利用混凝土防滲技術(shù)進(jìn)行施工與加固,能夠大大減少壩基在管涌、流土過(guò)程中的滲漏問(wèn)題。當(dāng)前國(guó)內(nèi)大型水利水電工程的建筑施工中,都會(huì)用到塑性混凝土防滲墻,對(duì)河堤壩基閘基進(jìn)行溝槽開(kāi)挖,澆筑混凝土泥漿形成加固的墻體護(hù)壁,以提高水利工程的防滲防漏質(zhì)量。

        1 混凝土防滲墻的主要技術(shù)及其發(fā)展應(yīng)用狀況

        1.1 混凝土防滲墻的施工技術(shù)

        塑性混凝土防滲墻施工技術(shù),包括鉆孔成槽、清孔驗(yàn)收、混凝土澆筑等技術(shù),主要根據(jù)水利水電工程的地質(zhì)土層、建筑結(jié)構(gòu)及導(dǎo)管敷設(shè)情況,進(jìn)行多種混凝土防滲技術(shù)的應(yīng)用。

        1.1.1 鉆孔成槽施工技術(shù)

        造孔成槽施工通常利用多頭螺旋鉆、沖擊十字鉆等成槽機(jī),對(duì)地下施工的連續(xù)墻體進(jìn)行成槽開(kāi)挖,成槽機(jī)抓斗在壩土基巖、礫石等土層的開(kāi)挖過(guò)程中,應(yīng)均勻慢速的出/入槽,槽段兩側(cè)采用雙向閘板插入導(dǎo)墻。

        1.1.2 清孔及驗(yàn)收

        墻體單元槽段成槽后,要采取泵吸法、沖擊反循環(huán)法或掏換法,對(duì)槽口及孔壁的鉆渣、泥皮、泥渣等進(jìn)行清理,在清孔內(nèi)抽出泥漿后,經(jīng)泥漿凈化器進(jìn)行處置并返回槽孔,新漿從槽口孔壁向槽內(nèi)補(bǔ)充,這一過(guò)程反復(fù)多次直至槽內(nèi)的新鮮漿液符合要求。之后運(yùn)用圓形鋼絲刷子鉆具,對(duì)接頭進(jìn)行連續(xù)刷洗,將接頭上的泥屑、孔底淤積刷洗干凈(孔底淤積厚度≤10 cm,泥漿比重<1.30 g/cm3)?;炷翝仓?。水利水電工程的防滲墻混凝土澆筑,主要在孔槽清理完畢的5 h 后,利用導(dǎo)管內(nèi)/外的混凝土、泥漿壓力差值,以及混凝土自身所具有的良好流動(dòng)性、粘聚性和保水性,對(duì)墻體成槽單元內(nèi)填充混凝土泥漿,以獲得質(zhì)量均勻、密實(shí)成型的混凝土面。

        1.2 混凝土防滲墻的發(fā)展應(yīng)用狀況

        中國(guó)對(duì)于塑性混凝土防滲墻的研究應(yīng)用,源于意大利發(fā)明的普通混凝土防滲技術(shù),20 世紀(jì)80 年后期開(kāi)始被廣泛應(yīng)用到河堤、水庫(kù)等的防險(xiǎn)加固中。1989 年3 月,福建水口水電站圍堰防滲墻的設(shè)計(jì)與建造,就使用塑性混凝土防滲技術(shù),在河床導(dǎo)流明渠、圍堰內(nèi)設(shè)置防滲體,上部采用土工纖維進(jìn)行防滲,此后三峽工程、小浪底水庫(kù)和冊(cè)田水庫(kù)等,也紛紛在壩底圍堰中使用混凝土進(jìn)行防滲墻加固,取得良好的防滲漏效果。

        水利水電工程施工的混凝土澆筑,要在開(kāi)始前將導(dǎo)管敷設(shè)到混凝土防滲墻內(nèi)部,導(dǎo)管內(nèi)部直徑為25 cm、埋入深度為1~6 m,導(dǎo)管距成槽孔底的距離為15~25 cm,混凝土面澆筑速度控制在2 m/h左右。之后對(duì)混凝土防滲墻進(jìn)行澆筑,澆筑順序遵循先深后淺的原則,澆筑過(guò)程中對(duì)導(dǎo)管節(jié)管長(zhǎng)度、漏漿情況進(jìn)行關(guān)注,間隔2 h測(cè)量一次混凝土面的深度。而在保證混凝土槽孔的穩(wěn)定性方面,首先需要通過(guò)地層地質(zhì)、水文等狀況的勘察,以及導(dǎo)墻高度、槽孔尺寸的控制,保持導(dǎo)墻內(nèi)部的支持強(qiáng)度。之后適當(dāng)增加混凝土中濕潤(rùn)土、水泥漿的含量,并對(duì)混凝土漿液的剪切強(qiáng)度、墻面土體位移等進(jìn)行約束,從而有效提升混凝土防滲墻面的穩(wěn)定性。

        2 混凝土防滲墻施工技術(shù)應(yīng)用分析

        2.1 混凝土防滲墻體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

        塑性混凝土防滲墻的設(shè)計(jì),與剛性混凝土防滲墻的設(shè)計(jì)原理相同,通常包含墻體材料配合比、墻體結(jié)構(gòu)等方面設(shè)計(jì)內(nèi)容。一般在混凝土防滲墻體結(jié)構(gòu)的建造中,要依據(jù)水利水電工程的防滲墻受力狀況,進(jìn)行河堤或湖堤土石壩、斜墻壩、圍堰等建筑的設(shè)計(jì)施工,以保證防滲墻在地震、水流沖擊下的荷載承受強(qiáng)度。

        2.1.1 混凝土防滲墻體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)

        通?;炷练罎B墻,會(huì)與水利水電工程的上部土石堤壩進(jìn)行連接,防滲墻體本身的滲透系數(shù)、抗壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、彈性模量與坍落度等,決定著受到管涌、流土沖擊情況下的抗壓水平。其中混凝土防滲墻體的設(shè)計(jì)厚度,要大于墻體能夠承受的水力梯度J,也就是Jmax<J允=50,因此防滲墻體厚度的計(jì)算公式為B≥Hmax/50。之后對(duì)塑性混凝土防滲墻的彈性模量、滲透系數(shù)進(jìn)行求解,選擇混凝土初始彈性模量Ei、合格判定系數(shù)λ,進(jìn)行受到應(yīng)力、應(yīng)變情況下,防滲墻(厚度B 值)滲透系數(shù)、彈性模量峰值的計(jì)算,得出混凝土強(qiáng)度結(jié)果為A×10-6~10-9cm/s、1 000 Mpa。

        2.1.2 塑性混凝土防滲墻的配合比

        塑性混凝土是由水泥、粘土、膨潤(rùn)土和膠凝材料組成的混合物,在餛飩原材料配合比設(shè)計(jì)的過(guò)程中,需要針對(duì)混凝土防滲墻的物理學(xué)性能、力學(xué)性能等,選擇適宜的配比進(jìn)行混凝土受壓測(cè)試,得出防滲墻混凝土動(dòng)力試驗(yàn)的最佳配合比。

        根據(jù)水利水電工程建筑圍堰防滲墻的土層應(yīng)力,按照正交設(shè)計(jì)原理,對(duì)防滲墻體應(yīng)力狀態(tài)下Ei、λ、εult 等物理力學(xué)變化展開(kāi)分析,計(jì)算其混凝土最佳配合比,具體數(shù)據(jù)如表1所示。

        表1 混凝土防滲墻的物理力學(xué)特性影響要表

        由以上表格可以得出,隨著混凝土水膠比、膨潤(rùn)土用量、骨料總量、干容重的不斷增加,塑性混凝土防滲墻本身的彈性模量Ei、合格判定系數(shù)λ 等,都發(fā)生顯著的增大,且混凝土強(qiáng)度、彈性模量的峰值不隨時(shí)間而發(fā)生變化。例如:冊(cè)田水庫(kù)土壩混凝土防滲墻的試驗(yàn)配合比,與實(shí)際施工的混凝土配合比基本一致,具體如表2所示。

        表2 混凝土防滲墻的試驗(yàn)配合比表 (kg/m3)

        2.2 混凝土防滲墻施工技術(shù)在冊(cè)田水庫(kù)中的應(yīng)用

        冊(cè)田水庫(kù)壩基下部的混凝土防滲墻建造,主要根據(jù)水庫(kù)土層的地質(zhì)結(jié)構(gòu),對(duì)水利水電工程壩基發(fā)生的流土、管涌狀況進(jìn)行處理。由以上數(shù)據(jù)可以得出,冊(cè)田水庫(kù)的壩基存在砂礫石、亞砂土、細(xì)砂等土層結(jié)構(gòu),實(shí)際施工的混凝土配合比為水255 kg/m3、水泥205 kg/m3、粘土59 kg/m3、膨潤(rùn)土29 kg/m3、砂850 kg/m3、石850 kg/m3、增強(qiáng)劑2.90 kg/m3等。通過(guò)采用混凝土防滲墻、帷幕灌漿結(jié)合的施工方案,進(jìn)行地下溝渠成槽的基礎(chǔ)防滲處理,以保證河堤在防洪截流過(guò)程中的防滲加固水平,提高水利水電工程的建筑施工、防固質(zhì)量。

        3 結(jié)語(yǔ)

        在水利水電工程建筑施工中,主要用到水泥、粘土、膨潤(rùn)土、膠凝材料等塑性混凝土材料,進(jìn)行土石壩或圍堰透水層的防滲設(shè)計(jì)?;炷两ㄖ┕げ块T(mén)根據(jù)場(chǎng)地周?chē)翆?、土質(zhì)的應(yīng)力曲線,對(duì)塑性混凝土的各原材料配合比進(jìn)行協(xié)調(diào),同時(shí)控制防滲墻成槽內(nèi)的混凝土土面深度、灌漿速度等,減小墻體在管涌、流土沖擊情況下的裂縫狀況,有效提升混凝土防滲墻的耐用度。

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