單強(qiáng) SHAN Qiang；齊書(shū)杰 QI Shu-jie

（①河南省河川工程監(jiān)理有限公司，鄭州 450000；②河南省水利第一工程局集團(tuán)有限公司，鄭州 450000）

0 引言

從多年的試驗(yàn)研究和工程項(xiàng)目實(shí)踐中可以看出，剛性混凝土防滲墻在大型建筑工程中，尤其是水電工程大壩中發(fā)揮了重要的作用，這不僅僅是在國(guó)內(nèi)，在國(guó)外應(yīng)用同樣廣泛。然而在應(yīng)用中，也存在著一些問(wèn)題，如剛性混凝土的彈性模量太高，極限應(yīng)變不大等。一般而言，剛性混凝土的彈性模量在200～300 萬(wàn)N/cm2以上，而這將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出周圍地基。由此，基于上部強(qiáng)大的荷載作用，會(huì)加大防滲墻頂部和周圍地層的沉降差和變形，而防滲墻自身所承受的垂直壓力和側(cè)摩阻力將是巨大的，最終使得墻體內(nèi)部的實(shí)際應(yīng)力值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于混凝土允許的抗拉強(qiáng)度值，墻體的實(shí)際應(yīng)變也會(huì)急劇增大，所以，剛性混凝土內(nèi)部裂縫產(chǎn)生，降低了防滲的效果。

然而，使用塑性混凝土解決了這個(gè)工程難題。相比較剛性混凝土，塑性混凝土自身優(yōu)勢(shì)更加凸顯，其有著較低的初始彈模，較大的極限應(yīng)變，也能夠更好地應(yīng)對(duì)大幅度的變形，對(duì)防滲墻體應(yīng)力狀態(tài)的改變能夠進(jìn)行很好的改善。與此同時(shí)，塑性混凝土在實(shí)際應(yīng)用中能夠減少水泥的用量，降低工程成本，所以其廣泛應(yīng)用于我國(guó)的水利工程中。

1 水庫(kù)概況

研究對(duì)象某水庫(kù)從運(yùn)行以來(lái)，滲水漏水現(xiàn)象一直存在，該水庫(kù)主要是防洪、灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖，水庫(kù)的總?cè)萘繛?27.5 萬(wàn)m3。在應(yīng)用期間，已做過(guò)帷幕灌漿，但是滲水和漏水的問(wèn)題仍未改善，包括下游壩坡位置，兩壩肩山體結(jié)合位置等，滲水漏水量仍舊很大，影響水庫(kù)的正常水流量。

2 防滲墻施工設(shè)計(jì)

結(jié)合水庫(kù)的實(shí)際地理位置和滲漏情況，進(jìn)行塑性混凝土防滲墻的施工設(shè)計(jì)，具體方案如下：將混凝土防滲墻建造在大壩的軸線位置上，頂部和終澆高程分別為84.4m 和82.9m，墻體內(nèi)不透水層控制在1m 到2m 的范圍，其中滲透系數(shù)為N×10-6cm/s，彈性模量和抗壓強(qiáng)度分別為500～2000MPa 和R281.5～5.0MPa。對(duì)空斜率的要求為：特殊地層≤6‰，接頭孔≤4%。

3 大壩混凝土防滲墻施工方案

3.1 主要施工方法簡(jiǎn)述

施工方法主要有以下幾點(diǎn)組成：

①成槽采用液壓抓斗；

②采用膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁；③“泵吸反循環(huán)法”或“氣舉法”置換泥漿清孔；

④混凝土攪拌站拌和混凝土；

⑤混凝土輸送泵輸送混凝土；

⑥泥漿下直升導(dǎo)管法澆筑混凝土；

⑦采用“接頭管法”進(jìn)行I、II 期槽段連接；

⑧25T 吊車輔助混凝土澆筑。

在施工的前期階段，要將混凝土和泥漿進(jìn)行配比，試驗(yàn)其性能，并送審批。在防滲墻中心位置進(jìn)行試驗(yàn)，分別將造孔、墻體混凝土澆筑、泥漿固壁、成槽等環(huán)節(jié)取得相關(guān)資料去送審批準(zhǔn)，之后再進(jìn)行施工。

3.2 施工準(zhǔn)備

3.2.1 勘察地質(zhì)情況 對(duì)施工范圍內(nèi)的地質(zhì)情況、水文情況、地層情況進(jìn)行了解，為施工工藝的選擇提供支撐。

3.2.2 清理場(chǎng)地 整理平整施工場(chǎng)地，將施工內(nèi)地下3 m 內(nèi)的施工障礙物進(jìn)行清除處理。

3.2.3 進(jìn)行試驗(yàn) 在與防滲墻施工部位工程地質(zhì)條件相類似的地段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)參數(shù)。

3.3 施工方法

在防滲墻施工的過(guò)程中，要將其分為若干的槽段，將跳槽段設(shè)為施工順序，即完成了I 序槽段，直接進(jìn)入II 序槽段。其中主要施工工序?yàn)椋簻y(cè)量定位→導(dǎo)墻建造→抓孔成槽→清底→灌注混凝土等，其施工流程如圖1 所示。

圖1 槽孔式混凝土防滲墻的施工工藝流程圖

3.4 導(dǎo)墻施工

3.4.1 導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)

導(dǎo)墻所采用的結(jié)構(gòu)均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土，其強(qiáng)度等級(jí)是C20，跟腳要落在堅(jiān)硬土層上，因此實(shí)際施工中，可以結(jié)合實(shí)際來(lái)調(diào)整。在確保導(dǎo)墻穩(wěn)定性的同時(shí)，也要確保其有一定的承載力，用以抵抗泥漿起落時(shí)的沖擊力，具體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)示意圖

導(dǎo)墻制作流程：測(cè)量定位→土方開(kāi)挖→鋼筋制安→立?！艥仓鹉！?nèi)支撐。

3.4.2 精度要求

在導(dǎo)墻內(nèi)側(cè)寬的設(shè)計(jì)上，在防滲墻寬加出5cm，縱軸線與墻面允許偏差為±10mm，內(nèi)外墻間距允許偏差為±5mm。

3.5 泥漿制作

①在泥漿材料的制備中，主要采用的是優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土和少量粘土，泥漿材料的使用前都要進(jìn)行檢測(cè)，符合檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)后才能使用。質(zhì)量控制主要指標(biāo)為：比重1.1～1.3，粘度18～25S，含砂率≤5%，膠體率95%，必要時(shí)，加適量的添加劑，制備泥漿性能指標(biāo)應(yīng)符合表1 中規(guī)定。

表1 制備泥漿的性能指標(biāo)表

②泥漿的拌制。

泥漿拌制系統(tǒng)要設(shè)置在防滲墻軸線以下的位置，在1平方米內(nèi)的攪拌機(jī)需要布置6 臺(tái)。貯漿池容量300m3。泥漿制漿系統(tǒng)配制的泥漿通過(guò)φ150mm 管線輸送到泥漿中轉(zhuǎn)站，再由中轉(zhuǎn)站分送各施工槽孔。

③泥漿處理。

在泥漿處理的過(guò)程中，要始終遵循以施工便利為根本原則，具體泥漿循環(huán)工序流程見(jiàn)圖3。

圖3 泥漿循環(huán)工序流程圖

3.6 成槽施工

在成槽施工工序中，采用沖擊鉆機(jī)鉆鑿端孔，接著用抓斗抓取副孔土體成槽，最后入巖用沖擊鉆。在速度推進(jìn)的過(guò)程中，也可直接用液壓抓斗施工成槽。

3.7 清槽

在清槽的過(guò)程中，對(duì)槽底進(jìn)行清渣，以提高防滲墻承載力，提高成槽的質(zhì)量。

3.8 墻體塑性混凝土澆筑

①塑性混凝土拌制。

對(duì)塑性混凝土進(jìn)行拌制，所采取的是混凝土拌和站集中拌制，其原材料都要符合相關(guān)要求，另外，在稱重時(shí)，偏差不超過(guò)《水工砼施工規(guī)范》（DLT5144-2001）的規(guī)定，要求稱重設(shè)備要精準(zhǔn)無(wú)誤，拌和程序和時(shí)間均應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。拌和系統(tǒng)流程見(jiàn)圖4。

圖4 拌和系統(tǒng)流程圖

②塑性混凝土采用泥漿下直升導(dǎo)管法進(jìn)行澆筑。

導(dǎo)管內(nèi)徑250mm，密閉承壓試驗(yàn)合格后進(jìn)行安裝，安裝底部出口與槽底距離不大于250mm，導(dǎo)管采用吊車吊裝并固定高度。塑性混凝土開(kāi)澆前，每個(gè)導(dǎo)管均下入可浮起的木制隔離球塞，并注入適量的水泥砂漿，備好足夠數(shù)量的塑性混凝土，初澆儲(chǔ)料斗容量為1.5m3，以使導(dǎo)管中的木球塞被擠出后，能將導(dǎo)管底部埋入塑性混凝土內(nèi)。

③在進(jìn)行塑性混凝土澆筑的過(guò)程中，要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真記錄，將各單元槽段的制作抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試件測(cè)試，將每五個(gè)槽段的制作抗?jié)B以及彈性模量試件進(jìn)行分組測(cè)試，取樣要隨機(jī)進(jìn)行。

3.9 接頭孔施工

一、二期槽孔間混凝土套接處理，采用φ400mm 接頭管法，保證槽孔可靠連結(jié)。接頭管直徑φ400mm，壁厚12mm，節(jié)長(zhǎng)度3～6m，2 根接頭管下設(shè)在I 期槽孔內(nèi)。當(dāng)一期槽成槽驗(yàn)收合格后，在槽兩端下接頭管，砼澆筑后，根據(jù)控制時(shí)間與起拔力，起拔接頭管。接頭管起拔后，槽段形狀如圖5。

圖5 一期槽段成型后的平面示意圖

4 施工過(guò)程檢測(cè)控制

在施工過(guò)程中，檢測(cè)控制的項(xiàng)目有泥漿質(zhì)量檢測(cè)、水下砼澆筑檢測(cè)和造孔成槽檢測(cè)等，以下分別介紹三種主要檢測(cè)項(xiàng)目的內(nèi)容。

①泥漿質(zhì)量檢測(cè)，即是對(duì)泥漿的質(zhì)量進(jìn)行的檢測(cè)，泥漿質(zhì)量包含：槽孔泥漿、新造泥漿的比重、含砂率等等，是否達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

②水下砼澆筑檢測(cè)，即對(duì)塑性混凝土澆筑過(guò)程和質(zhì)量進(jìn)行的檢測(cè)，塑性混凝土澆筑過(guò)程包含：澆筑速度、澆筑高度等等，是否達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

③造孔成槽檢測(cè)，即對(duì)成槽深度和垂直度進(jìn)行的檢測(cè)，在進(jìn)行垂直檢測(cè)時(shí)，要注意將垂直度控制在1/300h，另外由于液壓抓斗自身裝有糾偏表，在操作中可適當(dāng)進(jìn)行處理。

5 施工質(zhì)量控制

5.1 槽孔質(zhì)量控制

對(duì)施工質(zhì)量控制之槽孔控制主要包含：防滲墻槽孔質(zhì)量、二期槽清孔換漿、清孔換漿質(zhì)量等。

①防滲墻槽孔質(zhì)量檢測(cè)，即對(duì)孔位偏差、槽壁平整度、接頭孔孔位中心、中孔入巖深度等進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。

②二期槽清孔換漿質(zhì)量檢測(cè)，即對(duì)接頭槽壁泥皮、孔底淤積厚度等進(jìn)行檢測(cè)，其中用鋼絲刷鉆頭進(jìn)行清洗，之后進(jìn)行檢測(cè)。

③清孔環(huán)江質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)包含：孔底淤泥厚度、槽內(nèi)泥漿密度、含砂率等等。

5.2 混凝土澆筑質(zhì)量控制

對(duì)混凝土澆筑質(zhì)量進(jìn)行的檢測(cè)控制，主要包含：原材料、攪拌機(jī)、混凝、導(dǎo)管、槽孔口等等，對(duì)原材料進(jìn)行分篩試驗(yàn)，并結(jié)合一定的配比度；校核攪拌機(jī)；檢測(cè)混凝土塌落度以及擴(kuò)散度；檢測(cè)導(dǎo)管埋深度是否符合相應(yīng)要求；檢測(cè)混凝土面上升高度，確保其在合理范圍；檢測(cè)槽孔口蓋板；定時(shí)對(duì)槽孔內(nèi)混凝土面深度進(jìn)行控制檢測(cè)，并繪制相應(yīng)的指示圖；對(duì)混凝土防滲墻進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)；對(duì)混凝土設(shè)計(jì)墻頂高度進(jìn)行檢測(cè)控制；對(duì)混凝土澆筑的連續(xù)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)等等。

6 塑性混凝土防滲墻應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)效益分析

6.1 防滲效果

在塑性混凝土防滲墻應(yīng)用中，對(duì)厚40cm 的防滲墻進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)采取墻體鉆孔取芯檢測(cè)不適宜，而最后選擇了槽孔口混凝土隨機(jī)取樣，并對(duì)其進(jìn)行了抗?jié)B、試壓、彈模試樣等，其中抗?jié)B試樣和彈模試樣都做了10 組，而試壓做了24 組。各組試樣都達(dá)到了設(shè)計(jì)的質(zhì)量要求，在混凝土防滲墻分工程中的質(zhì)量都為優(yōu)良的等級(jí)。在塑性混凝土防滲墻澆筑完成之后，滲漏的面積在逐漸減少，在完工后的30天，滲漏和潮濕情況基本消失，由此可見(jiàn)塑性混凝土防滲墻應(yīng)用效果非常良好。

6.2 經(jīng)濟(jì)效益

從塑性混凝土防滲墻的應(yīng)用和防滲效果中可以看出，成效顯著，且所取得的經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。這里以某項(xiàng)目圍堰所選擇的常規(guī)混凝土防滲墻為分析對(duì)象，此工程中砼100#的混凝土中，每立方米用350kg 的混凝土水泥，然而僅用了170kg 的防滲墻塑性混凝土水泥，從這組對(duì)比數(shù)據(jù)中可以很明顯地看出經(jīng)濟(jì)效益，該項(xiàng)目在防滲墻總計(jì)混凝土應(yīng)用約為19180 平方米，按照每平方米節(jié)約13 元來(lái)看，整個(gè)項(xiàng)目防滲墻節(jié)約大概在26 萬(wàn)元左右?，F(xiàn)階段下，混凝土配比水泥用量仍然處在高位，這里可以根據(jù)有限元分析成果，對(duì)配比進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上，在對(duì)水電工程大壩防滲墻進(jìn)行穩(wěn)定的過(guò)程中，采用塑性混凝土防滲墻，能夠起到良好效果，不僅能夠降低水泥用量，將施工流程化繁為簡(jiǎn)，同時(shí)還能大大節(jié)省施工成本。另外塑性混凝土自身的強(qiáng)大應(yīng)變力，能夠有效減少防滲墻內(nèi)應(yīng)力，相比較剛性混凝土而言，有著較大的優(yōu)勢(shì)，因此在同類項(xiàng)目和工程中要廣泛應(yīng)用。