研究水利水电工程中塑性混凝土防渗墙施工工艺及应用实践

【摘要】为解决水利水电工程建设与运营中的防渗问题，本文结合黄材水库实际情况，对其塑性砼防渗墙施工工艺及具体应用进行深入分析，提出施工中需要注意的要点，以期为相关人员提供参考。

【关键词】水利水电工程;塑性砼防渗墙;防渗墙施工

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.01.068

引言：

随着我国水库除险加固项目的不断增多，塑性混凝土防渗墙以其综合优势逐渐在除险加固工程中得到广泛应用，而要想保证塑性混凝土防渗墙质量，充分发挥出其防渗作用与效果，需在明确设计方案及要求的基础上，对其施工工艺进行深入分析，明确各项工艺方法与要点。

1、工程概况

黄材水库位于湘江一级支流沩水上游，主坝坝址位于黄材镇以西3.5km的铁山里，下距宁乡县城52.5km。坝址控制集雨面积240.8km，干流长36.56km，干流平均坡降7.805‰。黄材水库是一座以灌溉为主，兼有发电、防洪和养殖等综合效益的大（2）型水利工程。该水库工程等别为Ⅱ等，主要建筑物级别为2级，设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为2000年一遇，溢洪道消能防冲工程设计洪水标准为50年一遇。水库总库容1.53亿m，正常库容1.26亿m，校核洪水位168.50m（对应洪峰流量为3072 m/s），大坝设计洪水位167.97m（对应洪峰流量为1908m/s），水库正常蓄水位166.00m，死水位122.04m。枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道、输水洞及电站等建筑物组成。主坝为粘土心墙土坝（坝壳为风化土料填筑），最大坝高57.50m，坝顶高程169.50m（防浪墙墙顶高程170.50m），坝顶轴长365m，坝顶宽6.0m。本次除险加固工程大坝防渗采用塑性混凝土防渗墙防渗，在高程168.1 m施工平台以下沿坝轴线采用液压抓斗开挖单排槽孔，然后采用“直升导管法”浇筑塑性混凝土防渗墙，厚度0.8m，防渗墙最大墙深60.7m。

2、坝身防渗设计——塑性砼防渗墙

2.1槽孔孔位布置

根据主坝实际情况，将其顶部高程降低1.4m，即将168.10m高程作为防渗墙施工的作业平台，然后在坝顶与上游坝肩靠近的部位布置单排槽孔，其孔底需进入到岩层内至少0.5m，河床坝段槽孔最大深度应到达主坝原建基面下部1.0m，防渗墙平面总长为365m。

2.2槽孔断面尺寸选定

2.2.1槽板厚度

槽板厚度越大，抗渗性能越好，墙体寿命越长，但对施工机械的要求越高，而且需回填大量材料，使工程投资增加。对于塑性砼防渗墙，其允许渗透比降通常为60-80，通过渗流稳定计算及多方面综合对比，并参考已有工程的经验和该工程重要程度，将槽板厚度确定为0.8m。

2.2.2槽板长度

槽板长度决定了整个防渗墙的防渗性能。槽板数量越少，接缝数量越少，防渗性能越好，然而，当接缝数量较少时，槽孔长度需足够大，对造孔与使槽孔保持稳定都有很高要求。结合现场具有的技术条件，将单槽板长度确定为6m。

2.3成槽方法

因塑性砼防渗墙需进入到岩层内，所以需使用冲击钻进行造孔，施工时先钻设主孔，再劈打副孔，然后使主、副孔形成一个完整的槽孔，在槽孔内通过灌注塑性砼形成完整的防渗墙体。

2.4墙身材料

防渗墙墙身材料为塑性混凝土，容重不小于2.1t/m，其28d抗压强度应达到3-5MPa，弹性模量应保持在300-2000MPa范围内，破坏渗透坡降为200-300，抗渗等级W6，渗透系数应小于1×10cm/s。塑性混凝土的水泥为P·O32.5水泥，所用膨润土中粘粒的含量应达到50%以上，使塑性指数不低于20。塑性混凝土入槽塌落度为18～24cm，扩散度为34～44cm;塌落度保持15cm以上时间不小于1.0h，初凝时间不小于6h，终凝时间不大于24h;在满足流动性要求的前提下减少用水量;骨料采用一级配。配合比需通过专门的现场试验确定。

2.5泥浆

泥浆利用商品膨润土制备，在制备过程中需添加适量的分散剂与增粘剂，用于改善泥浆的性能，使其保持稳定。

2.6泥浆渗漏及孔壁坍塌防范措施

为避免坝体157.0m高程上部槽孔的下游孔壁及146.0-157.0m高程处槽孔的上、下游孔壁所用固壁泥浆发生渗漏，或发生孔壁坍塌现象，需沿防渗墙轴线在上、下游1.2m处分别设置一排冲抓套井孔，其直径为1.2m，间距为0.85m，并进入到146.0m高程下部粘土心墙中。

采用冲抓锥进行造孔，然后在孔内填筑并夯实粘土，主、次孔套接后形成连续分布的粘土心墙，实现防渗目标。防渗墙的中心线位于大坝中心线上游1m处，孔深以达到坝体下方基岩为准确定，孔数为290个。

施工时先打设①号与③号主孔，将其回填完成后再打设②号孔，将其回填后打设⑤号孔，将其回填后返回打设④号孔，以此不断循环。其中，套孔是一个完整的圆形，各主孔被套孔切割，如图1所示。单排孔孔距经计算可得为0.85m，由单排孔形成的墙体，其有效厚度经计算可得为0.85m。

回填材料的顆粒含量不能超过35%-50%，且渗透系数应小于1×10cm/s，含水量以21%-25%为宜，干密度需达到1.55kg/cm以上，具体的干密度与含水量均采用现场试验的方法确定，使其保持在规范及设计允许的范围内。

施工中应注意钻孔必须保持铅直，偏斜率不可超出1/80。在死水位以下进行冲抓回填施工时，其施工质量会受到区域地下水的影响，此时应采用合理的技术措施使施工保持连续，若施工中断，应及时将渗水抽排干净，以免影响施工质量。

3、塑性砼防渗墙施工

3.1施工工艺流程

塑性砼防渗墙施工工艺流程如图2所示。

3.2施工准备

（1）按照设计方案的要求，为了给施工提供良好操作平台，通过降低主坝顶部高程至168.1 m形成施工作业平台，其宽度为12.3m，可达到基本要求。

（2）防渗墙轴线与原上游坝肩靠近，与坝轴线之间的距离为1.4m。

（3）挖槽采用金泰SG46型液压抓斗成槽。

（4）结合现场踏勘成果，将搅拌站的位置确定为与右坝肩相距100m的坪地，在进场之前对其进行整平处理，确保水泥、砂、石可进场堆放。

（5）拌和站采用一台生产率不低50m/h的双卧轴强制式搅拌机和一台PLD800型配料机，上料由30铲车完成，搅拌用水由50m扬程水泥在水库中直接抽取。

（6）混凝土输送由TBTS60-13-90型地泵进行，因地泵的有效输送距离有限，在充分考虑工程实际情况的基础上，配备2台地泵，其中一台放在搅拌站中，另一台放在坝体的中间，以此对墙身灌注用塑性混凝土进行接力输送。

（7）在坝顶右坝肩山场平台设置泥浆池，用400m寸消防水带输送泥浆。

3.3导墙施工

导墙施工前先根据设计轴线进行准确放样，并用石粉将其开挖边线撒出，在确定边线位置后，利用挖机装载宽度为1.4m的斗体进行开挖，挖深按1.0m控制，在支设模板的同时浇筑混凝土。导墙施工使用的混凝土在右岸拌和站中生产制备，生产完成后通过泵送入仓，并在浇筑的同时使用功率为2.2kW的插入式振捣器及平板振捣器进行均匀、充分振捣，以确保导墙混凝土达到密实。

3.4泥浆配制

按照《水利水電工程混凝土防渗墙施工规范》对膨胀土泥浆性能提出的要求，泥浆浓度应达到4.5%以上，但密度不能超过1.1g/cm，基于马氏漏斗法的粘度需保持在19-50s以内，而塑性粘度应小于20cp，pH值在7-12范围内。

该工程施工所用泥浆采用以下原材料配制：二级商品膨润土、从水库直接抽取的拌和水、纯碱，即碳酸钠、增粘剂CMC。通过开挖泥浆池储存泥浆，其位置为右坝肩山地。泥浆由3PL型泥浆泵进行输送和循环，并采用4PL型泥浆泵进行回收，循环使用泥浆技术性能控制指标如表1所示，泥浆循环管路主要由泥浆泵与软管两部分构成。

3.5槽段划分及开挖

（1）导墙施工结束后在墙体表面设置水泥钉，其间距为6m，必要时也可按照3m的间隔距离设置膨胀螺丝，实际以便于槽段标视为准确定。

（2）槽段施工分成两期进行，施工中要结合槽段地质条件和施工所用抓斗具有的特点，为尽可能加快进度，缩短工期，同时使槽壁始终保持稳定，将单个槽段的长度确定为6m，但注意断层破碎带与主坝0+305～0+350段的单个槽段长不能超过3m，具体数值结合实际情况确定或调整，并采用冲击钻作为接头处理。

（3）槽段开挖按先一序再二序的顺序进行，在单个槽段中，先挖单孔，再挖隔墙，也就是先对第一孔进行开挖，在跳开一段距离后对第二孔进行开挖，确保单孔间有没有被开挖的隔墙，注意其长度不能超过抓斗开斗长度，确保抓斗在开挖时受力保持均衡，并有效纠偏，使成槽保持垂直。将单孔与单孔之间的隔墙均开挖到设计要求的深度后，沿槽长方向继续套挖几斗，并对单孔及隔墙开挖过程中产生的凹凸面进行修理，使其保持平衡，进而使槽段横向保持良好线形。

3.6槽段连接

在一序槽成墙结束后，采用CZ-8D冲击反循环钻机+800mm直径钻头为接头处实施冲击成孔，将钻机放置到位后，对其钻头中心线进行调整，使其中一边与浇筑后墙体贴近，然后用冲击钻头通过上下运动将墙体表面粘附的粘土刮除干净，之后再对二期槽孔进行开挖。

3.7塑性混凝土浇筑

塑性混凝土在现场拌和系统进行拌和，拌和完成后由输送泵运输。塑性混凝土浇筑需保持连续，提前做好灌浆管的埋设。墙体混凝土施工采用直升导管法实施泥浆下浇筑，所用导管的直径应保持在200-300mm范围内。以槽段长度为依据，在浇筑单个槽体的过程中，需配备2套导管，导管借助汽车吊下放与提升。槽孔中导管之间的距离不能超过4.0m，导管中心和槽端之间的距离应保持在1.0-1.5m范围内，以槽段实际情况为依据进行适当调整。在混凝土浇筑开始前，确保导管底口和槽底之间的距离处于30-50cm以内，并确保最终的浇筑面抵在导墙顶部20cm处。

3.8塑性砼防渗墙墙底处理

为形成完整有效的防渗墙体，进行帷幕灌浆时，灌浆顶部灌至塑性防渗墙墙体内2.0m，使坝体防渗墙和基岩的接触段进行有效结合。

本工程塑性混凝土防渗墙混凝土试块62组进行检测。其抗压强度最小3.5MP，最大4.2MP;弹性模量最小900，最大1300;抗渗等级均达到W6等级。采用钻芯法对防渗墙进行检测共151段。其渗透系数最大9.98*10cm/s，最小1.27*10cm/s;芯样抗压强度最大4.5MP，最小3.3MP。主坝坝体防渗质量评定单元工程合格率100%，优良率90.3%。

结论：

（1）塑性混凝土是一种水泥用量较低，并掺加较多的膨润土、粘土等材料的大流动性混凝土，它具有低强度、低弹模和大应变等特性，由于弹性模量可达2000以下，是一种柔性材料，可以很好的与较软的基础相适应，同时又具有很好的防渗性能，在水利工程的防渗中应用较多。

（2）在塑性混凝土防渗墙施工开始前，应先围绕水库现状及防渗要求做好防渗墙设计，确定各项技术参数，为之后的施工提供指导依据。

（3）塑性混凝土防渗墙必须严格按照规范与设计要求进行，保证各环节施工质量，经应用实践，该水库塑性混凝土防渗墙施工工艺合理可行，可为其它水库除险加固项目提供技术参考。

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作者简介：

朱拥政（1971.06-），男，湖南省宁乡人，本科，副高级工程师，主要从事水利工程方向。