謝明勇，王 新，孫宏昌，劉玉杰，馬 強(qiáng)

(1.巴音郭楞蒙古自治州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，新疆 庫爾勒 841000；2.新疆維吾爾自治區(qū)塔里木河流域管理局，新疆 庫爾勒 841000；3.中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700)

1 工程概況

希尼爾水庫位于新疆巴州尉犁縣境內(nèi)，是一座以灌溉為主的注入式反調(diào)節(jié)平原水庫，水庫原壩基防滲采取垂直防滲與水平防滲相組合的形式。水平鋪蓋防滲采用0.75mmPE復(fù)合膜防滲，垂直防滲分明槽鋪復(fù)合膜防滲、攪拌樁及澆筑塑性混凝土防滲墻。樁號(hào)0+000-4+350、6+000-7+650壩段為明槽開挖鋪復(fù)合膜防滲；樁號(hào)4+430-6+100壩段采用深層水泥土、塑性混凝土防滲墻形式防滲。采用上述防滲措施后，對(duì)壩基防滲起到一定的效果，但部分壩段防滲深度偏淺，壩基仍存在滲漏問題。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，在現(xiàn)狀庫水位下(910.6m)，壩后出現(xiàn)明顯滲漏范圍(壩后集水)的樁號(hào)為3+300-3+400段及3+900-7+000段。為了達(dá)到正常的蓄水位和保證水庫的安全運(yùn)行，在滿足抗?jié)B要求下，將水泥土防滲墻與混凝土防滲墻做比較，水泥土防滲墻工藝具有非常明顯的經(jīng)濟(jì)效益，在現(xiàn)有的資金情況下，經(jīng)專家研究對(duì)樁號(hào)2+436-4+350段采用雙排帷幕灌漿、樁號(hào)4+350-6+700段采用銑削攪拌水泥土防滲墻的施工工藝進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理[1-2]。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)要求

為了準(zhǔn)確掌握不同水泥摻量下水泥土不同齡期的強(qiáng)度和滲透系數(shù)關(guān)系及相同水泥摻量下不同黏土含量下水泥土不同齡期強(qiáng)度與滲透系數(shù)的關(guān)系，塔里木河流域工程建設(shè)處委托我設(shè)計(jì)院承接了對(duì)該項(xiàng)目水泥土配合比的初步設(shè)計(jì)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)研究工作。希尼爾水庫深攪銑水泥土設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，見表1。

表1 希尼爾水庫深攪銑水泥土設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

3 原材料及檢測(cè)結(jié)果

水泥土配合比主要原材料包括：水泥、現(xiàn)場土樣。結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益以及供貨的及時(shí)有效性，水泥采用巴州青松綠原建材有限責(zé)任公司生產(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥。土樣采用現(xiàn)場的7+100處的泥巖和放水閘處的砂巖1∶1混合制成。

3.1 水泥

水泥物理性能檢測(cè)結(jié)果符合《通用硅酸鹽水泥》GB 175-2007的質(zhì)量指標(biāo)具體檢測(cè)數(shù)據(jù)，水泥物理性能一覽表，見表2。

表2 水泥物理性能一覽表

3.2 土樣

土樣經(jīng)現(xiàn)場不同部位，不同深度取回做顆粒分析、密度、滲透系數(shù)、抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，試驗(yàn)后將剩余土樣烘干混合敲打粉碎，過篩后備用，土樣顆粒分析、密度、滲透系數(shù)、抗壓強(qiáng)度檢測(cè)數(shù)據(jù)表，見表3。

表3 土樣顆粒分析、密度、滲透系數(shù)、抗壓強(qiáng)度檢測(cè)數(shù)據(jù)表

圖1 7+100處土樣顆粒大小分配曲線

圖2 放水閘處土樣顆粒大小分配曲線

3 配合比設(shè)計(jì)方案

塔里木河流域希尼爾水庫除險(xiǎn)加固工程，使用銑削深攪的施工工藝，在通過注入水泥漿與攪碎的土體一起混合從而形成水泥土防滲墻，達(dá)到水庫防滲的效果。依據(jù)施工工藝特點(diǎn)影響水泥土主要力學(xué)物理指標(biāo)的主要因素是滲透系數(shù)和強(qiáng)度指標(biāo)經(jīng)過和業(yè)主商議最終確定不同水泥摻量和不同黏土摻量的試驗(yàn)方案。

本配合比結(jié)合《水泥土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ/T 233-2011[3]、《等厚度水泥土攪拌墻技術(shù)規(guī)程》DGTJ 08-2248-2017[4]及工地現(xiàn)場實(shí)際施工原理設(shè)計(jì)，現(xiàn)場采用銑削深攪工藝先將土體攪碎成泥漿，在邊注入水泥漿邊攪拌混合形成水泥土，現(xiàn)場存在地下水，無法控制實(shí)際水量，因注漿設(shè)備的局限性，水泥漿中水和水泥的比例為1:1有便于施工，本配合比原材料水泥，土(砂性黏土)全都取自施工現(xiàn)場，所以本配合比采用同樣原理將1:1的水泥漿摻入到一定比例的泥漿中混合拌勻制作成水泥土試件，水泥質(zhì)量占土質(zhì)量的7%、11%、13%、15%、17%，在不同齡期下測(cè)定抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)。同時(shí)在制作一批水泥土試件，水泥摻量仍然為土質(zhì)量的7%、11%、13%、15%、17%，同時(shí)再摻入土質(zhì)量的5%的黏土，在不同齡期下測(cè)定抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

水泥土配合比配置表，見表4。

表4 水泥土配合比配置表

水泥土配合比試驗(yàn)主要儀器，見表5。

表5 水泥土配合比試驗(yàn)主要儀器

水泥土滲透系數(shù)試驗(yàn)試模(PVC管自制)，見圖3。

圖3 水泥土滲透系數(shù)試驗(yàn)試模(PVC管自制)

由于水泥土的滲透系數(shù)較低，也沒有具體的試驗(yàn)規(guī)范指導(dǎo)，在環(huán)境、設(shè)備及人為因素等約束影響下，無法采用傳統(tǒng)的變水頭滲透試驗(yàn)和常水頭的滲透試驗(yàn)。在這我們另辟蹊徑，采用了SL6A型應(yīng)力應(yīng)變控制式三軸剪切滲透試驗(yàn)儀完成水泥土的抗?jié)B試驗(yàn)，試驗(yàn)工作原理是通過恒定的周圍壓力(水壓)，待土樣固結(jié)(恢復(fù)應(yīng)力)完成后，對(duì)土樣兩端施加恒定的水頭(應(yīng)力差)進(jìn)行滲透試驗(yàn)，滲透壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)<圍壓，根據(jù)滲水量可調(diào)節(jié)滲透壓力大小改變水頭，根據(jù)電腦采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，按達(dá)西定律公式計(jì)算滲透系數(shù)。由于水泥土強(qiáng)度很低，采用等級(jí)為0.5級(jí)的微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)速率為0.03kN/s，檢測(cè)抗壓強(qiáng)度(3塊為1組)。

將取回的黏性土和砂性土磨細(xì)過篩按1:1混合，在按表3數(shù)據(jù)分別稱取各個(gè)原材料備用。

抗壓試模采用水泥砂漿試模規(guī)格70.7×70.7×70.7mm，抗?jié)B試模采用PVC管自制而成，將內(nèi)徑為59mm的PVC管切割成高度120±10mm的試模。

先將水倒入砌墻磚抗壓強(qiáng)度專用攪拌機(jī)(原理和水泥膠砂強(qiáng)度攪拌機(jī)類似)，再將稱量好的水泥和土樣拌和均勻后倒入攪拌鍋，攪拌2min后取出，裝入70.7×70.7×70.7mm的砂漿試模中成型抗壓試件，裝入直徑59mm，高度120±10mm的試模(PVC管自制)成型抗?jié)B試塊，第2天(24h)脫模。

試塊脫模后放入溫度20±2℃，濕度95%的養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，待齡期達(dá)到7d、14d、28d后分別檢測(cè)抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)。

水泥土抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果匯總表，見表6。

表6 水泥土抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果匯總表

成型后抗?jié)B試塊及現(xiàn)場實(shí)際鉆芯滲透試塊圖片對(duì)比，見圖4。

圖4 試驗(yàn)室成型水泥土試件(左側(cè)2個(gè))與實(shí)際鉆芯試樣(右側(cè)4個(gè))對(duì)比

5 試驗(yàn)結(jié)論

通過目前的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析研究初步得到以下結(jié)論：

1)水泥土的強(qiáng)度和水泥摻量成正比，水泥摻量越高強(qiáng)度越高；水泥土滲透系數(shù)和水泥摻量成反比，能明顯降低滲透系數(shù)，水泥摻量達(dá)到一定程度在繼續(xù)增加時(shí)滲透系數(shù)降低效果不再那么明顯。

2)水泥土的強(qiáng)度和齡期成正比，隨著齡期的增長，水泥土強(qiáng)度有明顯的提高；水泥土滲透系數(shù)隨著齡期的增長卻沒有明顯變化。

3)增加一定的黏性土，水泥土強(qiáng)度明顯降低，滲透系數(shù)也明顯降低，通過目前的數(shù)據(jù)比較增加水泥土強(qiáng)度對(duì)滲透系數(shù)的降低沒有過于明顯的變化。改變水泥土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不同的顆粒級(jí)配，更能有效降低水泥土的滲透系數(shù)。

6 結(jié) 語

本次試驗(yàn)結(jié)論只是基于本工程項(xiàng)目中有限的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，有待大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步考證和分析研究，對(duì)抗?jié)B性能要求不是很高的工程中利用水泥土做防滲材料可以節(jié)約成本能達(dá)到很高的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益，水泥土的研究與應(yīng)用對(duì)未來工程中的發(fā)展有很大的實(shí)用價(jià)值。