二期围堰防渗墙材料检测和施工质量控制

李青云　孙厚才　李思慎　朱冠美

摘要 三峡工程二期防渗墙材料采用了长江科学院研制的“高强度、低模量”的柔性材料和塑性混凝土。为确保施工质量，科研人员配合施工单位进行现场施工质量的控制，全方位跟踪施工。除严格检测原材料、及时调整施工配合比外，还研究提出了防渗墙施工质量控制标准和早期评价施工质量的办法。在施工中采用这些办法后，达到及时反馈施工质量的目的，保证了二期围堰防渗墙施工的顺利进行。墙体材料的抽槽检验和钻孔测试结果表明防渗墙的施工质量好，为二期围堰的高质量安全运行提供了可靠的保证。

关键词 柔性材料 塑性混凝土 施工配合比 质量控制

1、前言

三峡水利枢纽工程是具有防洪、发电、航运等综合效益的跨世纪的宏伟工程，工程之浩大和艰巨是史无前例的。围堰工程尤其是二期深水围堰防渗墙工程是兴建三峡工程的关键性重大技术问题之一。

针对二期围堰防渗墙的设计指标要求，长江科学院对防渗墙材料进行了系统的配合比优选研究，除塑性混凝土外，还研究成功采用三峡风化砂、当地粘土或膨润土和适量的水泥及少量外加剂与水拌和而成的新型柔性材料作为防渗墙材料。其各项指标满足二期围堰防渗墙的设计指标，为工程所采用。

受二期围堰防渗墙施工单位的委托，长江科学院在防渗墙施工中，全方位跟踪施工过程，除随原材料的变动调整墙体料的施工配合比外，还对墙体材料进行了抽样检测，同时与施工质量的控制。针对现场施工质量的控制，提出一套早期判断施工质量的办法，包括施工配合比现场验证以及墙体料强度的早期预报。这些办法用于施工，确保了防渗墙的施工质量，获得良好的效果。

本文重点介绍了二期围堰防渗墙施工质量控制情况和检测结果。

2、原材料检测和施工配合比调整

三峡二期围堰防渗墙材料采用长江科学院研制的柔性材料和塑性混凝土。柔性材料和塑性混凝土的原材料主要有泥、风化砂、天然砂、小石、弃渣石粉、膨润土、粉煤灰、木钙和DH9。设计要求二期围堰防渗墙施工用原材料必须在墙体材配置前分批进行性能检测，并明确了各原材料检测指标的控制范围。根据原材料检测指标的变动，还对柔性材料和塑性凝土的施工配合比做相应的调整。确保施工配合比的各项指标满足要求。墙体原材料的检测情况分述如下：

表1   水泥标号不同时柔性材料配合比 kg/m3
水泥	膨润土	风化砂	木钙	水	备注
260	70	1370	1.3～1.4	370	水泥标号>50MPa时使用
265	65	1370	1.3～1.4	370	水泥标号<50MPa时使用

2.1水泥检测

二期围堰防渗墙施工用水泥是葛洲坝水泥厂生产的矿渣425#水泥。施工过程中，共检测水泥44组，其中预进占检测14组，漫滩段和深槽段检测30组。检测结果表明，不同出厂批次的水泥标号有较大的波动(介于425#～525#)。例如，进占段防渗墙使用的水泥的标号(28天强度检测的平均值为51.8MPa)明显高于漫滩段和深槽段防渗墙的水泥标号(8天强度检测的平均值为47.1MPa)。针对水泥标号的波动，根据柔性材料室内试验结果提出两种基本配合比现场调整：

塑性混凝土只在深槽段使用，为保证高强度集中施工的进度，提出采用“二期围堰防渗墙专用水泥”的要求，专用水泥28天的检测强度必须控制在46MPa～48MPa之间。

2.2膨润土检测

二期围堰施工采用湖南澧县生产的二级膨润土。根据SDS01～79《土工试验规程》对施工期间所采购的膨润土进了检测，其质量满足有关规范要求。

2.3风化砂检测

风化砂是柔性材料的骨料，检测指标有含水量、P₅(＞5mm 部分的百分含量)和含泥量(＜0.1mm部分的百分含量)三项指标。考虑到不同料场风化砂级配的差别，设计提出风化砂检测指标的范围为：含泥量不大于0％，P₅不得大于16％。施工期间共检测右岸风化砂25组，左岸风化砂100组。测结果表明，右岸风化砂含泥量最大值为12.3％、最小值为7.0％、平均值为9.03％、标准偏差为1.59、合格率为72％。P₅最大值为34％、最小值为14.6％，平均值为20.3％、标准偏差为3.87、合格率为88％。以上结果说明，右岸风化砂含泥量普遍偏高， 值普遍偏低。左岸风化砂含泥量最大值为11.9％、最小值为4.5％、平均值为7.5％、标准偏差为1.35、合格率为99％。P₅最大值为43％、最小值为14.6％、平均值为25.1％、标准偏差为5.56、合格率为87％。此结果说明，左岸风化砂含泥量基本上满足设计要求，P₅值部分偏高。由于风化砂的含泥量、P₅ 波动较大，所以根据室内研究结果和浇筑经验，在施工过程中，对施工配合比进行了表2所示的调整，以确保柔性材料的指标满足设计要求。

表2   柔性材料施工配合比调整表 kg/m3
风化砂含泥量/％	水泥	风化砂	膨润土	水	木钙
5	260	1295	70	375	1.3～1.5
6	260	1300	65	375	1.3～1.5
7	265	1305	60	380	1.3～1.5
8	265	1310	55	385	1.3～1.5
9	270	1315	50	385	1.3～1.5
10	270	1320	45	385	1.3～1.5

2.4天然砂和古树岭弃渣检测

天然砂和古树岭弃渣是塑性混凝土的骨料，其检测指标为细度模数，共检测29组。检测结果表明，古树岭弃渣的细度模数稳定在2.90～3.09之间；天然河砂细度模数变化较大，变化范围l.95～3.70，主要分布在2.1～2.8之间。针对天然河砂细度模数的变动，施工配合比做了相应的调整(表3)

2.5 木钙检测

施工用木钙是吉林石砚造纸化工厂生产的国标二级木质磺酸钙，检测指标均达国家二级标准。

3、防渗墙施工质量控制

现行质量控制标准是以柔性材料和塑性混凝土浇筑后的28天龄期强度、模量来评价施工质量的。这种质量控制标准对于浇筑过程中发生的质量事故无法得到及时调整，不利于施工质量的控制。因此，在跟踪施工过程中，长江科学院的科研人员除严格检测原材料外，还研究提出了早期现场判断柔性材料和塑性混凝土施工质量试验方法。这些判别施工质量的办法包括柔性材料施工配合比现场快速验证，柔性材料和塑性混凝土抗压强度的早期预报等。

3.1柔性材料施工配合比的现场验证

主要目的是研究一种简便而快速测试方法。可根据拌和样测定出柔性材料的原材料和实际下料数量，以验证是否满足施工配合比的要求。

在施工现场配制不同配合比的柔性材料试样，分析拌和物的含水量、容重、木钙含量、吸浆量和骨料等指标与施工配合比的关系，在此基础上提出现场快速测定柔性材料拌和物中原材料实际含量方法。根据拌和楼的拌和样，可在半小时内测定出柔性材料的风化砂、水泥、膨润土和水等原材料的实际下料数量。

在施工单位的积极配合下，现场采用该办法及时纠正了几起下料误差，避免了不合格的拌和料浇入槽孔，确保了施工质量，得到施工单位的好评。

3.2墙体材料强度的早期预报

主要目的是根据成型样的早期强度(如2～4天等)预测其28天强度，以便发现防渗墙质量问题后能及时妥善处理。

主要途径是通过大量对比试验，建立柔性材料和塑性混凝土早期(2天、3天、4天)力学指标与28天龄期指标的关系预测模型。从槽口样的早期强度即可判断其28天龄期强度是否满足要求，进而达到控制施工质量的目的。以下是柔性材料和塑性混凝土早期强度和28天龄期强度的关系(见表4)。

表4   柔性材料、塑性混凝土早期强度28天龄期强度的关系
配    比	单 轴 抗 压 强 度/MPa
编    号	2d	3d	4d	7d	14d	28d
柔—1	0.70	1.10	1.22	1.88	3.20	5.40
柔—2	0.50	0.92	1.09	1.77	2.94	4.70
柔—3	0.41	0.56	0.64	1.03	1.58	3.26
柔—4	0.37	0.43	0.58	0.75	1.60	3.00
柔—5		0.83	1.11	2.28	3.73	5.12
柔—6	0.36	0.40	0.60	1.20	1.60	3.45
柔—7	0.57	1.16	1.47	1.85		5.15
柔—8	0.54	0.62	0.80	1.30	2.04	4.00
柔—9	0.56	1.16	1.50	2.94	4.80	6.14
柔—10	1.09	1.55	1.70	2.27		5.82
塑—1	0.28	0.40	0.51	1.07		4.46
塑—2	0.30	0.51	0.66	1.36		4.52
塑—3	0.35	0.52	0.67	1.45		4.58
塑—4	0.37	0.55	0.68	1.45		5.26
塑—5	0.40	0.60	0.71	1.46		5.27

表3    塑性混凝土施工配台比调整表 kg/m3

F.M	砂率/％	水	水泥	粉煤灰	膨润土	砂	碎石	木钙	DH9
2.8	95	280	190	80	100	1339	72	1.11	0.0296
2.7	94	282	193	80	100	1317	86	1.12	O.0298
2.6	93	284	196	80	100	1296	100	1.13	0.0301
2.5	92	286	199	80	100	1275	113	1.14	0.0303
2.4	91	288	202	80	100	1254	126	1.15	0.0306
2.3	90	290	205	80	100	1233	140	1.16	0.0308
2.2	89	292	208	80	100	1217	153	1.17	0.0310
2.1	88	294	210	80	100	1200	166	1.18	1.0312

4、施工检测结果

4.1槽口取样检测结果

二期上游围堰防渗墙施工自1997年6月第一个槽孔开浇至1998年8月5日最后一个槽孔浇完历时14个月。共浇筑柔性材料185个槽孔，塑性混凝土58个槽孔。完成钻孔进尺48259.1m，浇筑方量59652.86m³。

柔性材料和塑性混凝土共检测抗压强度483组、抗折强度391组、初始切线模量107组、抗渗试验16组。根据检测结果的统计，上游围堰防渗墙施工检测抗压强度合格率为95.2％，标准偏差0.85，离散系数0.164。抗折强度合格率为99％，标准偏差0.32，离散系数0.153。共检测柔性材料初始切线模量58组，最大值1233MPa，最小值600MPa，平均值911.7MPa。其中，初始切线模量小于1000MPa所占比例为73％，1000MPa～l233MPa所占比例为27％，塑性混凝土共检测初始切线量49组，最大值为1586MPa，最小值为815MPa，平均值为1173MPa，其中初始模量小于000MPa占22.4％，1000MPa～1500MPa之间占69.4％，大于1500MPa占8.2％。应当说明的是，施工后期设计对深槽段部分槽子L塑性混凝土的抗压指标有较大的提高，例如要求SX8、SXl4槽抗压强度大于8.0MPa，相应的初始切线模量放宽至1500MPa；对部分槽子L柔性材料的抗压强度提高为5MPa，相应初始切线模量放宽至1200MPa。考虑到这些因素，初始切线模量的合格率在90％以上。

4.2防涝墙检查孔检测结果

为检查水下墙体材料各项指标的实际情况，以及将水下的实际情况与槽口检测结果比较，设计要求防渗墙施工完成后，对墙体材料钻孔芯样进行有关指标的测试。按照设计要求，柔性材料共打8个检查孔，塑性混凝土共打4个孔。钻孔芯为柱状，一般情况下，芯样直径1300mm。检查孔芯样的抗压强度、抗折强度、初始切线模量和渗透系数试件的尺寸目前尚无统一的规定。在试件的加工过程中采用了如下的原则，即抗压强度柱状样高度与其直径一致，初始切线模量试样的高度为直径的二倍。抗折强度试件的标准尺寸40mm×40mm×160mm。渗透试件直径130mm，高度为50mm～70mm之间。测试方法与墙体材料配合比试验中采用的方法一致。

检测结果表明，柔性材料8个检查孔的66组抗压强度合格率为93.9％，12组抗折强度的合格率为100％，12组初始切线模量中小于1000MPa的占25％，1000MPa～1500MPa之间的占75％。塑性混凝土4个检查孔共检测抗压强度26组，合格率为92.3％；13组初始切线模量最大值2328MPa，最小值509MPa，其中1000MPa以下占15.4％，1000MPa～1500MPa之间的占38.5％，1500MPa以上的占46.1％。

5、基坑抽水效果

二期围堰防渗墙封闭后恰逢1998年特大洪水，经受了变形的考验并安全度汛；基坑抽水完成后，渗漏量仅60 1/s，远低于设计值，这说明防渗墙是成功的。

(1)在二期围堰防渗墙施工中，科研和施工承包单位密切合作是三峡工程科研与施工密切结合的一种成功尝试。在跟踪施工过程中，科研人员能根据施工现场的实际情况调整材料的配合比，使墙体材料的研究成果具有实用性。与此同时施工单位对墙体材料的组成原理和施工工艺也有了进一步的认识，为提高施工质量莫定了基础。

(2)根据施工用原材料的检测指标的变动，对墙体材料(柔性材料和塑性混凝土)的施工配合比进行了及时调整，以使施工配合比的各项指标满足三峡工程二期围堰单项设计指标的要求；

(3)研究提出了墙体材料施工质量早期判别方法，用于施工取得良好效果；

(4)槽口取样和防渗墙钻孔芯样的检测结果表明，墙体材料各项指标满足设计要求。