粘土斜墙坝塑性混凝土防渗墙技术质量控制与检测评定

□任剑飞（安阳市彰武南海水库工程管理局）

一、引言

塑性混凝土防渗墙具有与土体相似的应力、应变关系和破坏形式，在三向受力条件下，强度与围压成直线增大，一般情况下，墙体内部不产生拉应力，不会因拉应力而开裂破坏，具有良好的抗渗、抗震性能及耐久性，特别适用于地震较频繁的地区和周围介质（地基土）为砂石的地基。此外塑性混凝土中参有大量粘土或膨润土，减少了水泥用量，每立方米可比普通混凝土节省100～300kg水泥，大大降低了工程造价，成为水利工程防渗处理的一种常用方法。

二、工程概况

安阳市小南海水库位于河南省安阳市西南35km的海河流域卫河支流安阳河上，属大Ⅱ型水库,水库大坝为粘土斜墙堆石体，坝长394.50m，最大坝高54.10m。

小南海水库除险加固大坝截渗工程采用嵌入式塑性混凝土防渗墙技术,工程施工采用液压抓槽机配合冲击钻施工工艺。工程共划分52个槽段，单孔槽长8.0m，槽宽0.8m，分Ⅰ、Ⅱ期槽段，先施工Ⅰ期槽孔，后Ⅱ期槽孔，槽段土体采用液压抓槽机开挖，入岩采用冲击钻布孔套打，槽段连接采用拔接头管（孔深＞15.0m）法和钻凿法（孔深＜15.0m）。工程最大墙深44.13m，成墙总面积12737.26m2，水下塑性混凝土浇注10189.81m3。

防渗墙墙体材料为膨润土混凝土，其性能指标要求28d抗压强度为2.3～5MPa，抗压弹模600～700MPa，渗透系数1～ 9×10-8cm／s。塑性混凝土施工特性指标、配合比经河南省水利基本建设工程质量检测中心站南水北调安阳段工程实验室一系列的试验研究工作，最终确定如下：

表1 塑性混凝土配合比（每m3混凝土材料用量）

表2 该配合比塑性混凝土各项性能指标

三、塑性混凝土防渗墙质量控制

（一）准备阶段质量控制

1.认真组织各工作负责人及相关人员一起进行图纸会审，领会设计意图，明确各项技术指标要求。

2.检查各临建系统（泥浆系统、造孔系统、混凝土浇注系统）是否符合规范要求，并根据检查情况及时完善。

3.检查试验检测仪器是否齐全。列出清单，并按清单配备混凝土、泥浆检测仪器。如塌落度桶、马氏漏斗、含砂量仪、比重计、失水量仪等质量检测仪器。

4.检查主要施工机具设备的完好率，做好液压抓槽机、冲击钻机、泥浆泵等施工机械的维护保养工作，特别在施工过程中要经常检查钻头的尺寸，已确保满足施工技术要求。

（二）施工中质量控制

1.槽孔施工质量控制

（1）槽孔建造质量控制

在槽孔建造过程中，泥浆具有护壁、携砂、冷却、润滑作用，在地层中进行钻孔或挖槽，可通过泥浆的压力防止槽壁坍塌或剥落，并维持挖成的孔型不变，泥浆质量好坏直接影响槽孔施工质量和工效。因此，在槽孔建造过程中必须对泥浆进行有效监控，泥浆质量控制点如下：

①新制膨润土泥浆需存放24h,经充分水膨胀后方可使用。储浆池内的泥浆应经常搅动，防止离析沉淀。槽孔内泥浆浆液面应控制在槽口板顶面以下30～50cm范围。

②泥浆比重。泥浆比重计测量，一般每2h测定一次，新制泥浆比重一般为1.05左右（膨润土）。

③泥浆pH值。当pH值＞12时，泥浆会产生分层现象，失去护壁作用，新制泥浆pH值一般为9.5～12。

④泥浆粘度。粘度是液体内部阻止其相对流动的一种特性，新制泥浆粘度用946/1500ml马氏漏斗测得，控制指标值为30～90s。

⑤泥浆失水量和泥皮厚度。泥浆在槽壁内受压力差的作用，部分水会渗入土层，这种现象叫泥浆失水，渗失水的多少叫失水量。一般用30min内在一个大气压差作用下渗过一定面积的水量来表示，单位为ml/30min。泥浆失水时，在槽壁上形成一层固体颗粒的胶结物叫泥皮，失水量小则泥皮致密，有利于护壁。失水量用失水量仪测得，控制指标＜30。

⑥含砂量。含砂量是指泥浆中粒径＜0.075的固体颗粒含量。含沙量较大，会影响孔壁形成泥皮的质量，使形成的泥皮厚而脆，不利于护壁。含砂量用含砂量测量仪测得，控制指标值含砂量≤5%。

（2）槽孔终孔验收质量控制

①孔位、孔深、孔斜、槽宽。孔位偏差与设计中心位置在任意方向上的偏差≮±3cm；孔深必须满足设计要求（包括嵌岩深度）；槽宽，即设计墙厚，采用冲击钻造孔，钻具直径为墙厚，采用液压抓槽机，斗齿宽度为墙厚；孔斜率≮0.4%，含较大漂石等特殊情况，孔斜率可控制在0.6%以内。

②整个槽孔孔壁控制应平整，无梅花孔、探头石和波浪小墙等。

③基岩面及嵌岩深度。依照防渗墙中心线地质剖面图，当孔深接近预计基岩面时，即开始取样，然后根据岩样的性质确定基岩顶面或对照临孔基岩面高程，并参考钻进情况确定基岩面，当上述方法难以确定基岩面时，可采用岩芯钻机取岩样，加以确定和验证；嵌岩深度按设计要求和已确定的岩面高程控制；基岩岩样是槽孔嵌入基岩的主要依据，必须真实可靠，并按顺序、深度、位置编号，填好标签，装箱，妥善保存。

④相邻两主孔终孔深度差＞1.0m时，中间副孔深度与较深主孔之差不得大于相邻两主孔之差的1/3；相邻两孔终孔深度之差＜1.0m时，其中间副孔深度应取岩样进行基岩鉴定，其终孔深度与较深主孔之差≯1.0m，且副孔孔底高程不得高于两主孔高程的中间位置。

（3）槽孔清空换浆质量控制

清孔验收的目的是检查槽内泥浆质量是否满足清孔规定要求，以保证墙体质量；检验槽底土渣淤积厚度，是否小于允许标准，以保证防渗墙与基岩的接触质量。槽孔清空换浆质量控制指标如下：

①对造孔质量进行全面检查，验收合格后，再进行清孔换浆。清孔换浆1h后，孔底淤积厚度≮10cm。

②当使用粘土泥浆时，孔内泥浆的密度≮1.30g/cm3,粘度≮30s，含砂量≮10%；当使用膨润土泥浆时，泥浆密度≮1.15 g/cm3，泥浆取样位置应距孔底0.5～1.0m。

③二期槽孔清孔换浆结束前，采用钢丝刷对接头混凝土上的泥皮进行清洗，直至刷头上基本不带泥屑，孔底淤积不再增加。

④清孔合格后，应于4h内开浇混凝土。

2.水下塑性混凝土浇注质量控制

槽孔混凝土浇注是防渗墙施工的最后一道工序，是保证工程质量的关键，在混凝土浇筑中一旦出现问题就直接影响工程质量，延误工期，且难以弥补，甚至前功尽弃，造成重大经济损失，因此混凝土浇筑时应高度重视，保证混凝土浇筑顺利进行，确保工程质量。

（1）拌和后的混凝土，各项物理性能指标应达到实验室报告单规定要求，不符合质量要求的混凝土严禁浇入槽孔内。

（2）塑性混凝土浇筑采用直升导管法，槽孔内使用两套以上导管时，间距≯3.5m，一期槽端的导管距孔端或接头管宜为1.0～1.5m，二期槽端的导管距孔端宜为1.0m，当槽底高差＜25cm时，导管应布置在其控制范围的最低处。

（3）开始浇筑混凝土前，导管内应放入可浮起的隔离球（胶球、排球），然后先注入水泥砂浆，挤出塞球，埋住导管底端，埋住深度≮30cm（根据实际槽长、宽计算出水泥浆用量）。

（4）浇筑过程中，导管埋入混凝土的深度≮1m，不宜大于6m。混凝土面应均匀上升且上升速度≮2m/h，各处高差控制在0.5m以内。

（5）至少每隔30min测绘一次槽孔内混凝土面深度，至少每隔2h测量一次导管内混凝土面深度，并及时绘制混凝土浇筑指示图，以便核对混凝土方量。

（6）槽孔口应设置盖板，避免混凝土散落到槽孔内。

（7）混凝土终筑顶面应高于设计高程50cm，但不宜高于冻土层底部高程。

四、塑性混凝土防渗墙质量检测评定

（一）质量检测

塑性混凝土防渗墙与常规混凝土防渗墙一样都需要进行混凝土质量检查和墙体质量检测。检测内容主要包括：混凝土抗压强度、抗压弹性模量、抗渗标号（抗渗系数）以及墙体的连续、均匀性。

1.塑性混凝土质量检测

由于塑性混凝土的强度较低，不宜采用钻孔取芯的方法对成墙混凝土进行取芯，只能在混凝土浇筑时，现场取样成型试件，用试件的试验结果代替防渗墙的实际性能标准。

根据《水利水电工程混凝土防渗墙施工规范》DL/T5199-2004、《水工混凝土试验规程》SL352-2006、《水利水电工程施工质量检测与评定标准》SL176-2007规范要求，本工程混凝土抗压试件每槽孔取一组，共取试件52组，抗压强度最小值2.3Mpa，最大值4.6Mpa，强度平均值为3.2Mpa；混凝土抗渗试件每三个槽孔取一组，共取试件16组，渗透系数最小值为2.1×10-8cm／s，最大值为4.7×10-8cm／s，平均值为3.1× 10-8cm／s；混凝土静力抗压弹性模量每10个槽孔取一组试件，共取试件6组，抗压弹模最小值为600Mpa，最大值为700Mpa，平均值为650Mpa。经检测，混凝土抗压强度、抗渗性、抗压弹模三项指标均达到设计要求。

2.防渗墙实体质量检测

由于塑性混凝土防渗墙属地下隐蔽工程，对墙体整体抗渗性、连续性、均匀性通常采取钻孔注水试验、小范围土体开挖目测、无损检测等检查方法。本工程基建办委托具有工程质量检测资质的第三方，根据工程实际情况，制定了详细的检测方案。方案确定对防渗墙渗透系数采用现场钻孔注水试验法，对墙体完整性采用较先进地质雷达检测法。

（1）墙体渗透系数

根据工程施工相关记录，结合监理、施工方，选取了墙体可能存在缺陷和墙段连接处作为检测部位，为防渗墙轴线0+080、0+140、0+164、0+188、0+240、0+324六个部位，检查结果如下表：

表3 墙体渗透性检测

（2）墙体完整性

本工程采用俄罗斯OKO-2型地质雷达进行检测。雷达中心频率为50、250、700MHz，设置时窗400ns，采用人工拖拽方式，探测速度为每秒1～2m，叠加数为8，扫描速率为400扫/秒，采样点数为512。对介质密实度检测，采用42m内进行局部指数增益，增益系数为300。根据地质雷达检测图像剖面图显示，电磁波形均匀、平缓，无大的凹凸曲线波形，故检测墙体连续、密实性较好。

(二)工程质量评定

小南海塑性混凝土防渗墙单位工程，共划分为4个分部工程，53个（均为重要隐蔽）单元工程，其中优良51个，优良率为96.2%。经质量监督单位认定，该单位工程质量等级评定为优良。

五、结语

本工程从各项检测结果来看，防渗墙施工质量达到设计要求，质量控制措施到位，对防渗墙工程或其他类似工程具有参考和借鉴意义。但由于工程某些工序的特殊性，使防渗墙施工具有不可逆性，工程中仍存在许多问题，例如槽孔冲击钻套打入岩时，如何做到小墙残余量最小而钻机效率最高，如何在水下浇筑混凝土时更加有效的避免墙体夹泥层的形成，如何既准确又快速判断基岩岩面，如何有效进行复杂地层成槽等诸多问题还需进一步总结提高。

[1]王清友,孙万功,熊欢.塑性混凝土防渗墙.北京:中国水利水电出版社,2008.

[2]水利水电工程混凝土防渗墙施工规范DL/T5199-2004.北京:中国水利水电出版社,2004.