塑性混凝土防渗墙在册田水库除险加固工程中的应用

裴海蛟

（山西省水利建筑工程局 太原 030006）

1 工程概况

册田水库位于山西省大同县境内，水库设计总库容5.8亿m3。最大坝高42 m，大坝总长930 m，枢纽工程由大坝、正常溢洪道、非常溢洪道、浆砌石重力坝、左侧副坝等建筑物组成。

册田水库除险加固工程中坝体坝基渗漏采用了塑性混凝土防渗墙进行处理，防渗墙设计墙厚80 cm，墙底深入基岩不小于4 m，主要技术指标：抗压强度R28=1.0～2.5 MPa，弹性模量 E28≤500 MPa，渗透系数 K28≤10-7cm/s。

2 塑性混凝土防渗墙特点

塑性混凝土防渗墙与普通混凝土防渗墙相比，除了具有普通混凝土防渗墙的适应地质条件广泛、施工方法成熟、质量可靠、防渗效率高等特点外，还具有：

低弹模，塑性混凝土的变形模量一般不超过2 000 MPa；

高抗渗性，塑性混凝土渗透系数一般为10-7～10-8cm/s；

和易性较好，更适于防渗墙混凝土浇筑；

经济效益明显，由于塑性混凝土配比中用黏土替代了部分水泥，节省了水泥用量，节约了工程成本。

3 施工工艺

塑性混凝土防渗墙工艺流程，见图1。

图1 防渗墙施工工序图

3.1 施工准备

防渗墙工程施工准备包括导向槽、施工平台、泥浆系统、混凝土系统、供水系统等。

3.2 钻孔

防渗墙钻孔前，首先利用地质钻机造先导孔对施工地层进行复勘，根据勘测的地质情况，册田水库防渗墙每8.8 m划分为一个槽段，钻孔选用CZ-30冲击钻机采用“两钻一劈”成槽（见图2），该方法适宜各种地层成槽，防渗墙墙体划分Ⅰ、Ⅱ序槽段，槽段内划分主孔和副孔。主孔0.8 m，副孔1.2 m，施工时先Ⅰ序后Ⅱ序，先主孔后副孔。钻孔孔斜应保证小于4‰。防渗墙孔位布置见图3。

图2 防渗墙“两钻一劈”成槽示意图

图3 防渗墙孔位布置图

3.3 固壁泥浆

造孔泥浆起防止槽孔坍塌、防止渗漏、悬浮和携带钻渣，提高钻进工效的作用。拌制泥浆宜选用黏粒含量大于45%，塑性指数大于20%，含沙量小于5%的黏土，施工过程中应严格控制泥浆达到以下标准：密度1.1～1.2 g/cm3，黏度18～25 s，含沙量不大于5%。根据施工情况及地质条件，必要时固壁泥浆可掺入适量膨润土、增黏剂、加重剂等改善泥浆性能。

3.4 终孔验收

终孔验收主要包括基岩面鉴定、孔深、孔斜、墙厚、有无小墙等。

3.5 清孔换浆

造孔达到设计要求后，采用反循环泵吸渣进行清孔换浆。清孔换浆质量标准：清孔质量在清孔换浆结束1 h后进行检查，孔底淤积厚度不大于10 cm；使用膨润土泥浆时，孔内泥浆密度不大于1.15 g/cm3，马氏漏度黏度32～35 s，含沙量不大于6%。使用黏土泥浆时，孔内泥浆密度不大于1.3 g/cm3，黏度不大于30 s，含沙量不大于10%。取样深度为孔底0.5～1.0 m。

3.6 观测仪器的安装与埋设

册田水库按设计要求在防渗墙内共埋设了16个大应力计、2个无应力计，埋设时应做到：

（1）仪器埋设断面应在相邻混凝土导管的中心位置上。

（2）仪器埋设前应完成仪器的力学率定、温度率定、绝缘气密率定，并进行电缆绝缘气密性检查，芯线电阻、接头强度和绝缘情况的检查，并做好记录。

（3）观测仪器埋设完毕，检查确认仪器能正常工作，检验合格后，方可进行墙体的浇筑。

3.7 防渗墙墙体浇筑

清孔验收合格后，应在4 h内开始混凝土浇筑，防渗墙墙体混凝土浇筑程序为：配置导管→安装导管→混凝土拌制→混凝土浇筑。

3.7.1 配置导管

混凝土浇筑导管内径选用200～250 mm，根据槽孔的孔深确定导管的长度，由专人进行配置，统一编号，分段组装，并详细记录每根导管长度，以便于指导浇筑混凝土时拆卸、提升导管。

3.7.2 导管安装

一个槽孔使用两套以上导管时，中心间距不宜大于4 m，采用一级配混凝土时，中心间距不宜大于5 m。导管中心至槽孔端为1.0～1.5 m。导管下端距孔底15～25 cm，导管顶部一般设置数节长度为0.3～1.0 m的短管，以便于施工方便及拆卸。导管固定在槽孔口的井架上，由冲击钻机卷扬机配合提升，导管上端安置接料漏斗，浇筑前将隔离球放入导管内。导管连接必须密封可靠。

3.7.3 混凝土拌制

1）塑性混凝土配合比设计

根据经验及相关资料，如果使用现有材料配制混凝土，很难同时满足抗压强度、渗透系数、弹性模量三项指标。根据工程特点，塑性混凝土配合比设计应遵循：保证混凝土抗压强度及渗透系数达到设计要求，同时最大限度地降低混凝土弹性模量的原则。试验混凝土拌制时，黏土采用泥浆形式加入，即将土料风干碾碎过2 mm方孔筛（风干含水量约10%），然后配制成泥浆加入，其他材料掺加顺序与普通混凝土相同，塑性混凝土搅拌时间比普通混凝土延长1 min。

通过混凝土硬化后性能试验及分析，在强度、渗透系数均能达到设计指标时，弹性模量因硬化后受原材料质量指标限制，难以满足设计值，如弹性模量达到设计值，则混凝土的抗渗性和抗压强度将大大降低，达不到其设计要求。为了保证塑性混凝土的抗压强度、渗透系数、弹性模量均满足设计要求，通过试验，采取以下措施：

①适当增大砂率或更换细骨料，细度模数最好在2.2～2.5之间。

②选用黏粒含量高、塑性指数大的黏土，黏粒含量最好大于50%，同时掺加一定量的膨润土。

北京、上海等主销区邻近生猪主产区，猪肉供应有保障，价格比较稳定。北京和上海白条肉批发价格9月份中旬分别上涨至20.64元/千克和22.53元/千克后，受白条肉供给充裕影响，猪肉价格下旬即开始回落。北京猪肉供给主要来自河北，2017年河北猪肉产量275万吨，北京猪肉需求量在70～80万吨左右，能够满足北京市场的消费需求。上海紧邻江苏，距离山东和河南等主产区也较近，猪肉供给充裕。而浙江、福建、广东等地近两年受环保拆迁影响，产能下降较快，猪肉供给缺口较大，即便远距离点对点调运白条，猪肉供给仍然偏紧，猪价保持高位。因此，销区生猪和猪肉价格还要看区域性的供给能力。

册田水库塑性混凝土的施工配合比见表1

表1 册田水库塑性混凝土施工配合比

2）塑性混凝土黏土的掺加方法

塑性混凝土与普通混凝土相比，增加了黏土（膨润土）的掺加工序，一般采运到工地的黏土都成块状，如果直接加入混凝土中，不易被搅拌开，含水量也不易控制。最好的办法是将黏土先制成泥浆，拌制混凝土时以泥浆的形式湿掺黏土；即严格按设计塑性混凝土配合比中水与黏土的比例配置泥浆，且每次泥浆搅拌时间控制在1 h以上，确保黏土完全溶解，全部搅成泥浆。在泥浆出机口处与监理共同检测泥浆的性能指标后（如比重、含沙量、黏度等），储存在专用的泥浆池内，泥浆池内安装搅动设备防止泥浆沉淀。混凝土搅拌时，按配合比计算出每盘混凝土所需的泥浆用量，计量后加入混凝土搅拌机。

拌和塑性混凝土时加入的泥浆量，一定要严格控制，这关系到加入黏土的数量是否准确，影响到防渗墙墙体能否达到设计指标，能否达到最好的防渗效果。具体施工中重点从以下几个方面严格控制泥浆量的加入，确保泥浆性能的稳定：①每一次槽段浇筑前，都重新率定拌和站的计量系统，确保其误差符合规范要求；②在搅拌机出浆口处以及泥浆池内对按比例拌制好的黏土泥浆测定多次泥浆比重、含沙量、黏度等，计算其平均值，确定浇筑时塑性混凝土中黏土泥浆的指标；③增设泥浆池内的搅动设备，尽量保证泥浆的稳定性。④改进泥浆的循环系统，稳定其流量，确保泥浆掺入计量的准确；⑤浇筑过程中，派专人每隔1 h从泥浆池内不同部位、不同深度取样，检测泥浆。取样数不少于3组，并做好检测记录，指导施工。

3.7.4 混凝土浇筑施工

册田水库塑性混凝土选用HBT-80混凝土输送泵采用直升导管法进行浇注，开浇前先向导管内放入一个能被泥浆浮起的隔离球塞，准备好水泥沙浆和足够数量的塑性混凝土。开浇时先注入水泥沙浆，随即浇入足够量的混凝土，确保挤出隔离球，并埋住导管底部。浇筑应连续作业，若因意外事故造成混凝土灌注中断，中断时间不得超过30 min。导管埋入混凝土深度不得小于1 m，且不宜大于6 m，同一槽孔内混凝土面应均匀上升，上升速度不得小于2 m/h，同一上升面各点高差控制在0.5 m以内。在浇筑过程中，设专人记录，且在浇筑全过程中，至少每隔30 min测量一次槽孔内混凝土面高度，绘制混凝土面上升曲线图，以便于指导整个混凝土浇筑施工及导管拆卸，校对混凝土浇筑方量，检验混凝土浇筑质量。如发现问题，及时分析，及时处理。当混凝土面上升距孔口10 m左右时，因沉积泥浆含沙量大，稠度增加，压差减小，浇筑困难加大，可增用泵抽排泥浆，以便于浇筑顺利进行。

3.7.5 接头孔处理

册田水库防渗墙墙体搭接采用了接头孔法，搭接厚度不小于2/3设计墙厚。接头孔处理是关系到整个墙体的防渗质量，Ⅰ序槽孔混凝土浇筑完12 h，立刻在其两端主孔位置重钻一个孔，即钻进Ⅰ序槽孔和Ⅱ序槽孔的接头孔。Ⅱ序槽孔清孔换浆结束前，应清除接头混凝土孔壁的泥浆，即用钢丝刷钻头分段进行反复刷洗，刷至钢丝刷钻头基本不带泥屑，孔底淤积不再增加，方可进行混凝土的浇筑。

4 墙体质量检查

防渗墙墙体质量检查在成墙后28 d进行，一般采用钻孔取芯、注水试验，并结合混凝土试块质量进行评定。由于塑性混凝土强度很低，岩心采取率不应作为质量判断的标准。

册田水库塑性混凝土防渗墙墙体质量检查共进行了4个试验段的钻孔注水试验，渗透系数为 8.46×10－8～9.75×10－8cm/s，均符合设计要求。混凝土试块抗压强度共检测40组，抗压强度为1.1～2.3 MPa；抗渗共检查8组，抗渗系数为8.46×10－8～9.75×10－8cm/s；弹性模量共检测 2 组，弹模值为 470～480 MPa，均满足设计要求。

5 塑性混凝土防渗墙施工特殊问题处理

1）导墙严重变形或底部坍塌时，破坏部位应重新修筑导墙或采用其它安全施工措施，并改善地基条件和槽内泥浆性能。

2）地层严重漏浆时，应迅速填入堵漏材料，如掺入锯末、干草等纤维质物的黏土，使槽内泥浆保持正常液面，必要时可用优质黏土或水泥等回填槽孔，重新施钻。

3）混凝土浇筑过程中发生导管堵塞、拔脱或漏浆现象需要重新下设时，应将导管全部拔出冲洗，并重新下设，用小抽筒抽净导管内泥浆继续浇筑，继续浇筑前必须核对混凝土面高程及导管长度，确认导管的安全埋入深度。

4）在钻进遇有含孤石、漂石的地层或基岩面严重倾斜等特殊地层，其孔斜应控制在0.6%以内，需要修正，考虑用块石回填并重新施钻，必要时可进行孔内爆破清除孔内的特大孤石、漂石。

5）在混凝土浇筑过程中发生质量事故时，地层可灌性较好时，可在需要处理的墙段上游面进行灌浆。

6）一、二期槽孔套接接头达不到设计要求的最小墙厚时，可在最小套接断面处加打一钻，钻头直径根据接头孔孔斜和设计墙厚选择，成孔后再浇筑混凝土。

6 结束语

通过严格的质量控制，册田水库塑性混凝土防渗墙达到了设计要求，为同类工程施工提供了借鉴。塑性混凝土中大量使用了黏土或膨润土，减少了水泥用量，节约了工程成本的同时兼有低弹模、高抗渗的明显优势，具有较好的经济、工程效益和较大的推广价值。