塑性混凝土防渗墙在土石坝中的应用及其质量控制

聂小红 唐东明

（1.湖北大禹水利水电建设有限责任公司 湖北 武汉 430074；2.湖北省漳河工程管理局 湖北 荆门 448156）

混凝土防渗墙是水利水电及市政工程中较普遍采用的一种地下连续墙。其利用专用的造槽机械设备成槽，并在槽孔内注满泥浆，以防孔壁坍塌，最后用导管在注满泥浆的槽孔中浇注混凝土并置换出泥浆，筑成墙体。

1 工程概况

山西侧田水库位于桑干河干流上，总库容5.8亿。大坝为均质土坝，采用水中填土和碾压法筑坝，坝体最高为41.5m，全长1080m，分为主坝、南副坝、北副坝。本文主要对南副坝坝基防渗处理进行分析，南副坝坝高10.5m，坝长330m，覆盖层深20m且多为沙土、砂砾石及沙层，地层条件十分复杂。防渗墙为普通混凝土，墙厚0.8m，混凝土强度等级为C10。

侧田水库南副坝防渗墙工程在国内外首次对塑性与刚性混凝土进行结构静力、动力对比分析，最终采用塑性混凝土。并进行大量配合比试验，每立方混凝土水泥用量仅80kg，以及对黏土、膨润土掺加工艺采用湿掺法等施工工艺，都对常规防渗墙工艺有重大突破。

2 坝料及墙体材料设计

深入分析塑性混凝土的物理力学特性、抗渗性能、耐久性，以确定侧田水库南副坝塑性混凝土防渗墙设计方案和施工配合比。

2.1 坝料

表1 侧田水库南副坝坝基砂料及土料E-B模型试验参数表

表2 侧田水库南副坝塑性混凝土配合比表

表3 侧田水库南副坝塑性混凝土施工配合比及主要指标

结合侧田水库混凝土防渗墙周围所接触的坝体坝基土料进行土工试验，将取自大坝下游与坝基砂料相近的中砂以及大坝坝体内约3m深的原状土进行邓肯.张E-B模型参数试验。

2.2 塑性混凝土

根据国内外对塑性混凝土的监控标准，侧田水库南副坝结合实际情况采用的塑性混凝土的设计标准为：E28≤500MPa（弹性模量），R28=1.0MPa～2.5MPa（抗压强度），K28≤1×10-7cm/s。同时还需要复核的参数有90d的弹性模量E90，28d和90d的两个龄期的C值以及Φ值，7d、14d、28d、90d 龄期的抗压强度 R7、R14、R28、R90。

结合塑性混凝土含有大量的土料以及所处的地质条件等因素，采用塑性混凝土弹性模量、极限变形和C、Φ值在三轴仪上进行试验，最后认为以下配比最优。如表3所示。

侧田水库南副坝塑性混凝土防渗墙竣工完毕后，经检查孔斜率满足施工规范要求，槽孔质量为优良。经槽口取样试验结果表明该塑性混凝土的平均抗压强度R28=1.8，弹性模量 E28=690，模墙比 383，渗透系数K28≤1.06×10-7cm/s。总体来说，主要指标均满足设计要求。

3 混凝土防渗墙施工质量控制

针对塑性混凝土防渗墙施工流程，对其主要环节的施工质量加以控制。

3.1 槽孔划分

对于划分槽孔，应充分考虑地基的工程地质和水文地质条件、混凝土供应强度、施工部位、造孔方法及延续时间等因素。侧田水库混凝土防渗墙槽孔划分为一期、二期孔，奇数号为一期槽孔，偶数号为二期槽孔。为避免坝体槽孔集中受力而产生裂缝、漏浆、塌孔等事故，施工顺序采用先施一期槽孔，其次二期槽孔。每个槽孔分为主副两孔，塑性混凝土防渗墙共五个槽段，长度6.8m。每个槽孔主孔四个、副孔三个，主副孔单孔长度分别为80cm和120cm。

3.2 槽孔建造

槽孔建造的施工方法根据不同的地层条件以及不同的施工器具，在不同的施工条件下选择两钻一抓法、钻劈法和抓取法等。在造孔机具的选择上，其性能必须达到设计要求的有关指标、有较好的排渣性能、操作简便安全，能灵活移动。侧田水库混凝土防渗墙采用CZ-22型冲击钻凿机，主孔钻劲，副孔劈打，泥浆固壁，用大直径抽砂筒出渣。

3.3 施工用泥浆的制备

侧田水库混凝土防渗墙在塑性混凝土拌和方面采用0.56m3搅拌机，黏土以泥浆形式加入搅拌机内。再使用相关的测量仪器对泥浆的密度、失水量与泥饼厚度、泥浆粘度、胶体率以及稳定性和含沙量进行检测，以选择满足性能指标的泥浆。当然这些性能指标的选定必须结合施工底层特征、施工部位、造孔方法、不同用途等实际情况。同时在施工的不同环节其性能指标的测定也有所差异，如在鉴定黏土的造浆性能时，需要测定的是胶体率、相对体积质量、稳定性、黏度、含沙量；在确定泥浆配合比时，静切力、失水量、泥饼厚度和pH值是需要额外加以测定的。

3.4 清孔换浆

清孔是通过置换泥浆、抽取孔底沉渣、接头刷洗的方法进行的，必要时使用空压机进行辅助清渣。侧田水库工程在使用环砂石泵或潜水排污泵吸出槽底沉渣和槽内泥浆的同时补入新鲜的或者是已经被过滤处理的泥浆来置换孔内含有大量砂石和岩屑的泥浆。清孔换浆完工后检查验收，泥浆取样质量标准是∶孔底淤积厚度不大于100mm；使用膨润土泥浆时，槽内泥浆密度不大于1.15g/cm3，含砂量不大于6%；当使用黏土泥浆时，槽内泥浆密度不大于1.3g/cm3，含砂量不大于10%。

3.5 混凝土浇筑

混凝土浇筑是整个施工过程中最重要、最复杂的环节，是影响混凝土防渗墙施工质量的重要因素。若浇筑速度太快，会对相邻的混凝土产生一定程度的拉力，可能会将其拉裂形成水平或斜向的裂缝，泥浆或淤积物也因此容易进入裂缝而影响混凝土的质量。若浇筑速度过慢，会影响到混凝土初凝时间，从而影响到导管的提升工作。因此在浇筑混凝土时，必须保证拌和物的质量和浇筑过程的连续性。浇筑前，拟定浇筑方案，绘制浇筑指示图，核对浇筑方量。在混凝土的浇筑速度把握方面，可通过量测单位时间内混凝土面的上升高度而得出。本次工程实践中对混凝土浇筑速度下限规定为不小于2m/h。

表4 防渗墙槽孔长度划分参考数值表

4 结语

文中以山西侧田水库工程概况为出发点，在进行坝料及墙体材料设计实验研究前提下，从混凝土防渗墙施工流程的重要环节着手，对混凝土防渗墙施工进行管理与控制，使得整个塑性混凝土防渗墙的质量得到了很好的控制。工程竣工后的检验试验结果表明，均达到了设计要求的各项指标。其经验对今后的混凝土防渗墙施工的质量控制具有参考意义。陕西水利

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