塑性混凝土防渗墙施工中的泥浆固壁

2017-10-20段玉洁濮阳市引黄工程管理处

河南水利与南水北调 2017年9期

□段玉洁（濮阳市引黄工程管理处）

塑性混凝土防渗墙施工中的泥浆固壁

□段玉洁（濮阳市引黄工程管理处）

塑性混凝土防渗墙是一项防渗处理施工的新工艺，在中小型水库大坝除险加固工程领域得到广泛推广应用。濮阳市引黄灌溉调节水库工程是濮阳市历史上市本级投资最大的建设项目之一，属于中型水库。在水库建设期，根据水库区域地质条件，和塑性混凝土防渗墙的优越性，垂直防渗部分采用塑性混凝土作为防渗墙成墙材料。通过工程实施结果看，塑性混凝土防渗墙方式在濮阳市引黄灌溉调节水库当中的应用是可行的。文章介绍了濮阳市引黄灌溉调节水库的概况，对塑性混凝土防渗墙施工中泥浆固壁部分进行详细探讨。

濮阳市引黄灌溉调节水库；塑性混凝土；防渗墙施工；泥浆固壁

0 引言

随着科学技术和国家十二五期间对水利的大力投资，水利工程技术也越来越完善和改进。塑性混凝土是采用黏土和膨润土代替常规混凝土中的绝大部分水泥，形成的一种柔性工程材料，在水利工程中得到广泛推广与应用，而且随着混凝土防渗墙施工机械化和工艺技术的进一步发展完善，在中小型水库大坝除险加固工程中应用也取得了好的防渗效果。

1 混凝土防渗墙和塑性混凝土防渗墙

1.1 混凝土防渗墙

混凝土防渗墙是水利工程建设中较普遍采用的一种地下连续墙，是透水性土基防渗处理的一种有效措施。

混凝土防渗墙施工技术形成的历史较短，20世纪50年代，混凝土防渗墙的施工技术与工艺起源于意大利，后在墨西哥、加拿大、日本等国有了发展。中国于1958年开始研究出一整套混凝土防渗墙施工技术与工艺。20世纪90年代至今，随着科技的进步和发展，施工技术有了进一步的提高和创新，由较早的冲击挖掘式造孔技术发展到今天的多种锯槽式造孔等，防渗墙的厚度也由较厚发展到现在可以做20cm以下的超薄连续墙，这样便大大节省了工程投资。

混凝土防渗墙是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筑混凝土并置换出泥浆，筑成墙体。由于科学调整混凝土配合比和起用新的防渗材料，防渗墙体由不适应土坝坝体应力应变的刚性体，发展到现在可以根据不同的坝体应力应变要求而建造低弹模、塑性、柔性连续墙。混凝土防渗墙还广泛应用于病险水库高土石坝的防渗加固。

1.2 塑性混凝土防渗墙

塑性混凝土防渗墙国外是从20世纪60年代末开始使用的，而我国是在20世纪80年代后期才首次应用成功的，这种材料的特点是：和常规混凝土对比，具有墙体柔性较大、抗压强度不高，一般控制在0.50～2MPa；其弹性模量相对较低（能够控制在1000MPa以下）；极限应变性能比较大；不容易开裂；能有效地改善防渗墙的结构应力条件，不但能提高工程的安全性和耐久性，而且可节约水泥和钢材，并能大幅降低工程造价。塑性混凝土防渗墙可以较好地适应大的变形、结合抗渗性能优越、施工机械化的程度高、造价相对较低等诸多方面的优点，广泛的运用于国内外的工程领域当中。

2 濮阳市引黄灌溉调节水库工程采用塑性混凝土防渗墙

濮阳市引黄灌溉调节水库工程主要是从黄河引水，规划水库水域面积为3.20km2。根据水库区域地质条件，本工程采用垂直防渗与水平防渗相结合方案。鉴于塑性混凝土防渗墙的优越性，本工程垂直防渗部分采用塑性混凝土作为防渗墙成墙材料。防渗墙基本沿水库岸边布设，将水库主库区包络其中，其底部高程深入第⑥层壤土层1～2m。防渗墙总长度为12.80km（其中东库防渗墙长6.87km，西库防渗墙长度为5.93 km），防渗墙厚度取0.40m；在引、出水河道及库内连接河道的底部采用水平防渗。水平防渗铺盖与垂直防渗体紧密相连，共同组成一个防渗体。

在工程施工过程中，塑性混凝土墙体材料主要技术指标如表1所示。

表1 塑性混凝土墙体材料主要技术指标表（28d）

3 塑性混凝土防渗墙施工中泥浆固壁

混凝土防渗墙施工时为避免塌孔和增加防渗性，常用泥浆固壁，固壁泥浆的主要成分是黏土（膨润土）、水和泥浆处理剂。因此实际施工中对泥浆的应用和控制显得尤为重要。泥浆固壁施工中要使泥浆渗入槽壁土体中，必须把槽孔内的泥浆压力高于所在地层的地下水压力，其中较细的颗粒进入孔隙中，较粗的颗粒附着在孔壁上，形成“泥皮”，随着泥皮厚度增加，增大对水的流动阻力，阻止水不再进入地层，同时泥浆所产生的侧压力通过泥皮作用在孔壁上，从而保证槽壁稳定。固壁泥浆由于取材方便，造价低廉，在混凝土防渗墙施工中得以广泛运用。

3.1 泥浆的作用

泥浆在濮阳市引黄灌溉调节水库工程塑性混凝土防渗墙施工工艺中，具有浮渣、固壁护壁、冷却钻头等功能，成墙后还有增加墙体抗渗的性能，而且泥浆制浆质量对槽孔施工质量具有非常重要的作用。

3.1.1 稳固槽壁作用

首先，泥浆具有一定的相对密实度，泥浆的压力可抵制作用在槽壁的土压力及水压力，阻止地下水的渗入。其次，泥浆在槽壁上形成在透水泥皮，使泥浆的压力有效地作用在槽壁上，防止槽壁剥落。最后，泥浆从槽壁表面向地层内渗透到一定的范围就会使黏土颗粒黏附在槽壁上，通过这种黏附作用可以防止槽壁坍塌和透水。

3.1.2 悬浮挟渣作用

在成槽过程中，泥浆具有的黏度可以将成槽施工产生的土渣悬浮起来，便于泥浆循环挟带排出，同时避免土渣沉积在工作面上影响成槽效率。

3.1.3 冷却钻头作用

泥浆既可降低造孔机具作业而引起的温度升高，又具有润滑机具减轻磨损的作用，有利于延长机械的使用寿命和提高成槽效率。

3.2 泥浆的要求

第一，泥浆应能在孔壁上形成密度泥皮，并且在泥浆自重作用下，孔壁上形成一定的静压力，保证孔壁不坍塌，但泥皮不宜太厚，以免孔径收缩。

第二，泥浆应具有一定静切力，使钻屑呈悬浮状态，并且随循环泥浆带至地面，但黏滞性不宜太高，否则会影响泥泵的正常工作并给泥浆净化工作带来困难。

第三，泥浆应具有良好的触变性，流动时近于流体，静止时迅速转为凝胶状态，有足够大的静切力，能够避免砂粒的迅速沉淀。

第四，泥浆中砂粒含量应尽可能少，便于排渣，提高泥浆的重复使用率，减少泥浆的损耗。

第五，泥浆应有良好的稳定性，即处于静止状态的泥浆在重力作用下，不致离析沉淀而改变泥浆性能。

3.3 泥浆的指标

泥浆质量控制指标有：①静切力与触变性；②黏度；③失水量、泥饼厚度和造壁能力；④稳定性与胶体率或澄清度；⑤相对密实度；⑥含砂量；⑦酸碱度。

在砂卵石地层中造孔成槽，泥浆质量可按表2所列指标进行控制。

表2 泥浆质量控制指标表

3.4 泥浆固壁选择

按照DL/T5125-2001《水电水利岩土工程施工及岩体测试造孔规程》规范要求，濮阳市引黄灌溉调节水库工程塑性混凝土防渗墙的泥浆质量控制指标为泥浆密度控制在1.10～1.20g/cm3，黏度18～25s，含砂量＜5%。造孔全过程中孔内泥浆面始终保持在距导向墙顶面30～50cm范围内，以防出现塌孔等质量问题。