塑性混凝土防渗墙在围堰工程中的应用探析

辜诗纯

(中铁十八局集团市政工程有限公司，天津 300222)

混凝土防渗墙在堤防地基、闸坝地基、围堰的堰体及基础等工程中应用较为广泛，能够起到防止渗漏、稳定地基的作用。混凝土材料的种类众多，混凝土材料不同，其抗压强度和弹性模量也均不相同。因此将这类材料分为刚性材料和柔性材料，像普通混凝土就属于刚性材料，塑性混凝土属于柔性材料。塑性混凝土具有良好的变形能力，由于在围压增加的情况下塑性混凝土强度反而会增强的特性而被广泛应用在水工建筑物中。

一、泥浆固壁和塑性混凝土配合比

混凝土防渗墙本身是对水利工程中的一些基础起防渗作用和稳定基础的作用，通过在堰体、坝体等一系列透水地基中造孔成槽，以泥浆来固定槽孔的孔壁，在泥浆下浇筑防渗材料而形成的连续墙。

（一）泥浆固壁原理

泥浆固壁的主要作用就是在施工过程中确保孔壁的稳定。主要是由于孔壁中泥浆的压力较大，泥浆可以通过压力渗透进入孔壁的土体中，与孔壁土体一起形成泥皮。随着泥皮不断增厚，泥皮的约束作用也在不断增加，进而起到了固结孔壁土体的作用。泥浆除了有稳定孔壁的作用外，还具有悬浮土渣、排除土渣以及润滑及冷却钻具的作用。

（二）塑性混凝土配合比设计

塑性混凝土的原材料与普通混凝土的原材料相比，主要增加了膨润土和黏土。塑性混凝土原材料的质量严重影响后期施工的工程质量，所以材料进场前必须进行严格的检查，确保材料的各项指标等参数满足设计及规范的要求。其中，水泥对混凝土这种合成物的强度、弹性模量等方面影响最大。当然，其他的原材料对塑性混凝土的各项参数均有较大的影响。根据研究发现，配合比对塑性混凝土的各项参数影响如表1所示。

表1 配合比对塑性混凝土的各项参数影响统计表

塑性混凝土配合比设计应通过逐步淘汰优化设计法和工程类比法两个方法进行设计。先通过工程类比法初定出5个左右的配合比，然后再通过逐步淘汰优化设计法选出一个最为合理的配合比。

二、工程实例

（一）工程概况

某水库工程是当地的灌溉水源工程，主要目的是为当地居民的农作物等灌溉提供便利，同时也起到防洪的作用。该水库的总容量为5.70亿m3，水库所用的大坝为重力坝。为了确保水库大坝在枯水期施工时不受地下水等影响，决定在大坝的上下游均设置过水围堰，在围堰工程的设计中采用了塑性混凝土。

（二）水文地质概况

根据气象局统计的信息可知，当地的主汛期在6～9月份，主要是由于季节性暴雨所致，枯水期在11月到下一年的4月中旬。该水库的蓄水位高程控制在572.0m，没有特殊情况下，该水库是不可以开闸泄水的。

上游的过水围堰河段在枯水期时的水面宽度为92m，深度在2.1～4.4m。河床的覆盖层主要有卵砾石夹砂层、半胶结卵砾石层和基岩。其中卵砾石夹砂层和半胶结卵砾石层为强透水层。岩体的种类较多，主要为弱透水层和中等透水层。下游的过水围堰河段在枯水期时的水面宽度为124m，深度在1.1～4.1m。河床的覆盖层除了土层厚度不一样外，其余与上游基本相似。

（三）塑性混凝土防渗墙施工要素

1.布置临时设施

防渗墙施工所采用的机械设备较多，造孔成槽、吊装等工序均需要各种大型机械设备，所以必须布置一个平整坚固的施工平台给机械设备的操作空间。导墙的平面中心位置一般就是防渗墙的中心位置，可以根据导墙确定防渗墙的位置。但是导墙在施工过程中会出现变位的情况，所以在导墙施工附近布置可靠有效的测量基点，防止因沉陷等问题造成的导向槽变位而不能被及时发现并修正，导墙上还可以标记孔位和对槽段进行划分等。导墙和施工平台还有一个共同作用就是确保槽段主体的稳定，避免出现坍塌的情况。

布置导墙和施工平台时，要根据防渗墙的顶标高、水位等进行综合控制。如本工程设计的防渗墙厚度为800mm，高程为577.5m，导墙槽口宽度为900mm，高为1.5m，高程为578.15m。防渗墙附近要用较好的级配填料，碾压密实。轨道铺设时应确保轨枕不产生不均匀的沉降，并且垂直于防渗墙的中轴线。

2.塑性混凝土施工配合比

本工程中所用的水泥为P.032.5，其中掺入了一定比例的燃煤渣和电炉钢渣，经过检验该水泥满足规范要求。根据前文介绍的设计方法，并结合设计院给出的各项参数，通过试验最终确定的施工配合比如表2所示。

表2 某水库围堰工程塑性混凝土施工配合比

3.主要施工工艺

防渗墙施工的主要施工工序有四道，分别是钻孔挖槽、泥浆固壁、浇筑和连接。施工工艺流程如图1所示。

图1 防渗墙施工工艺流程图

4.槽段施工

防渗墙施工前必须先将连续墙进行划分，逐个对划分好的单元墙进行施工。在划分槽段时，应尽量减少槽段接头，这样可以提高施工效率，降低施工成本。各单元墙施工前使用钻机钻孔，且使得孔洞连续，形成槽孔，本工程采用钻劈法进行成槽施工。然后将槽孔进行编号，奇偶数间隔性施工，编号为奇偶数的分别称为一期槽段和二期槽段，如图2所示。每期槽段施工的过程中，一般将先施工的称为主孔，后施工的为副孔，槽段中若残留一些小墙需最后进行施工。接头孔施工前必须先确定该孔达到了一定强度后再进行后续施工处理，这样可以有效避免槽段浇筑质量不合格的情况。

图2 划分槽段示意图

二期槽段的施工前必须待一期槽段的混凝土强度达到设计强度的80%以上之后才可以进行施工。本工程通过现场取样检测，7天后可以满足设计要求，所以决定二期槽段在一期槽段施工7日后进行施工。

槽段浇筑前必须进行终孔验收，需要检查孔洞的深度、孔洞的斜率、孔底沉渣的厚度、泥浆的含沙量以及比重这一系列的指标。本工程孔深的要求是至少进入岩层0.5m，孔洞的斜率必须控制在0.4%以内，孔洞位置偏差范围应控制在30mm以内。孔洞斜率检查依据相似三角形原理，即在孔口测量钻头在不同孔深处钢丝绳偏离槽孔中心的距离来计算该深度的偏距和偏斜率，

本工程采用泥浆下直升导管法进行塑性混凝土浇筑，因为此种材质的防渗墙就是通过导管内外混凝土的压力差，结合混凝土自身的流动性及和易性的特性，不断填满泥浆所占据的空间而使得墙体连续，形成连续的防渗墙。但是浇筑塑性混凝土时必须注意以下几点：（1）必须在终孔验收合格后4h内，采用直径为250mm的导管进行塑性混凝土浇筑，这样可以有效避免槽壁坍塌等意外事故。（2）导管的连接必须可靠，导管距孔端的距离控制在1m为宜，导管间距必须控制在3.5m以内。（3）浇筑塑性混凝土前必须先用适量的砂浆注进导管内，随后再注入适量的混凝土，确保料斗内的塑性混凝土能将导管底端埋入混凝土中。（4）浇筑时导管埋入混凝土内的深度应控制在1-6m以内，避免因埋入过深而导致起拔困难。（5）浇筑过程中会出现堵管、导管漏浆等特殊情况。堵管时可以采用钢筋进行疏通和钻机抖动导管。导管漏浆时应及时更换导管及相关配件，并重新使用合格的导管。

本工程28#槽段在施工过程中遇到了孔壁坍塌的特殊情况，通过向孔洞内填筑黏土、块石等，填筑的高度必须控制在坍塌位置所处标高1～2m以内，同时轻轻压实填筑物，待稳定后再继续施工。本工程施工结束后经过专业检测，各槽段的施工质量均合格，获得了甲方的一致好评，提高了公司的声誉。