塑性混凝土防滲墻在土石壩工程中的應(yīng)用

魏煥發(fā)

塑性混凝土是用粘土和膨潤土取代普通混凝土中的大部分水泥形成的一種柔性工程材料。與普通混凝土相比，塑性混凝土具有彈性模量低、極限應(yīng)變大、抗?jié)B性能好，能適應(yīng)較大變形的特性，同時還具有節(jié)約水泥、降低造價、方便施工等優(yōu)點。因此，在國內(nèi)外水庫大壩防滲工程中逐步得到推廣應(yīng)用。本文以河南省信陽五岳水庫除險加固工程中塑性混凝土防滲墻施工為例對塑性混凝土的使用進(jìn)行研討分析。

一、工程背景及存在問題

1.工程概況

五岳水庫位于淮河一級支流寨河主干青龍河上游，主壩在光山縣城西南35km南向店鄉(xiāng)長沖村境內(nèi)，控制流域面積102km2，總庫容1.22億m3。工程是淮河上游一座以防洪、灌溉為主，兼具發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用于一體的大型水庫。水庫工程于1966年9月破土動工，1970年1月基本完成，1971年底全部竣工并蓄水投入運用。

2.工程地質(zhì)

主壩兩壩頭均系上元古界斑狀角閃片巖及云母石英片巖。表層為第四系坡積、殘積松散物質(zhì)，即粘土含碎石、碎屑，厚度僅數(shù)十厘米。

河床為第四系全新統(tǒng)上段沖洪積物，漫灘上部為輕粉質(zhì)壤土、砂壤土；其下為中細(xì)砂、粗砂、砂卵石，其中夾薄層的淤泥質(zhì)土。

右岸階地由第四系全新統(tǒng)下段沖洪積物組成，上部為中、重粉質(zhì)壤土和粉質(zhì)粘土，中部為黃色灰色中細(xì)砂、灰色淤泥質(zhì)砂壤土互層，下部為灰色淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土，底部為薄層粗砂、礫石等。

河床及右岸階地下伏基巖均系上元古界斑狀角閃片巖及云母石英片巖。

3.存在問題

加固前主壩左壩頭背水坡二級平臺和山體結(jié)合處有集中滲水點，滲水清澈，常年不斷，呈向上翻涌狀，且推動小砂粒上下翻動，滲流匯集成明流排出。主壩背水坡出現(xiàn)大面積散浸，且在下游壩坡上出現(xiàn)一條干濕分明的分界線，滲流嚴(yán)重處有明水出逸。

二、方案比選

針對上述存在問題，初擬三種方案進(jìn)行比選：方案一是高壓噴射灌漿防滲板墻，方案二是普通混凝土防滲墻，方案三是塑性混凝土防滲墻。

方案一具有施工簡單、速度快等特點。防滲技術(shù)的成墻材料均為輸入的水泥漿與土的凝結(jié)體，其防滲效果受施工工藝、土層結(jié)構(gòu)等因素影響較大，施工質(zhì)量不易控制，工程耐久性差。

方案二和方案三處理壩體滲流徹底，工程耐久性好，質(zhì)量易控制。方案二和方案三相比，塑性混凝土防滲墻克服了普通混凝土防滲墻與土體彈性模量差異過大，不適應(yīng)土體變形的缺點，塑性混凝土防滲墻以粘土和膨潤土代替部分水泥，因而成本可大大降低。

根據(jù)以上綜合比較，本工程選用方案三，即壩體采用塑性混凝土防滲墻進(jìn)行防滲。

三、技術(shù)要求

主壩施工樁號范圍為0+013～0+561，軸線長548m，防滲墻面積約13956m2，墻厚60cm，設(shè)計墻頂高程90.974m，塑性混凝土防滲墻底部深入基巖1.0m，最大墻深約為31.5m。

密度：2.0～2.2t/m3。

抗壓強(qiáng)度：1.5～5MPa。

彈性模量≤2000MPa。

滲透系數(shù)：n×10-7～n×10-8cm/s。

四、方案實施

施工程序：測量放樣——導(dǎo)槽——成槽——清孔（Ⅰ期槽孔下設(shè)接頭管、Ⅱ期槽孔刷接頭）——下設(shè)預(yù)埋管（埋設(shè)土壓力計）——下設(shè)澆筑導(dǎo)管——塑性混凝土澆筑。

按照設(shè)計要求放防滲墻軸線，槽孔劃分為兩序孔，即Ⅰ期、Ⅱ期槽孔，長度分別為7.8m、8.4m。

修建鋼筋混凝土導(dǎo)向槽，在造孔過程中，為防止鉆具撞擊孔口造成孔口坍塌，造孔前應(yīng)設(shè)鋼筋混凝土導(dǎo)向槽。導(dǎo)向槽的軸線與防滲墻的軸線平行一致，導(dǎo)向槽墻寬1m、深1.4m，導(dǎo)向槽口寬1m。

利用液壓抓斗成槽，先施工Ⅰ期槽，后施工Ⅱ期槽。首先采用“純抓法”抓取上部粘土或粉土層，棄渣外運；下部基巖由沖擊鉆完成，抽筒法出渣，并根據(jù)巖樣確定基巖面高程和入巖深度。

成槽后采用“氣舉反循環(huán)法”進(jìn)行清孔，同時向槽孔內(nèi)注入膨潤土泥漿進(jìn)行換漿。清孔結(jié)束后，采用比重秤、含砂量儀、粘度計等試驗儀器對槽孔進(jìn)行全面檢測驗收。

清孔后Ⅰ期槽孔內(nèi)下設(shè)接頭管，Ⅱ期槽孔清孔換漿前用刷子對Ⅰ期槽孔接頭混凝土進(jìn)行洗刷，以刷子不帶泥屑、孔底淤積不再增加為結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

下設(shè)預(yù)埋管間距為1.5m。

混凝土澆筑采用“泥漿下直升導(dǎo)管”法。

五、實施中重點控制的幾個環(huán)節(jié)

1.槽段劃分

槽段長度的劃分要充分考慮防滲墻軸線處地質(zhì)條件、槽孔深度、預(yù)測成槽周期、導(dǎo)管布置和澆筑能力、沖擊鉆及抓斗成槽設(shè)備功效等，在保證槽孔穩(wěn)定的前提下，盡量采用較長槽段，以減少墻體接頭數(shù)量，加快施工進(jìn)度。

2.造孔成槽

依據(jù)設(shè)計文件設(shè)置基準(zhǔn)點對防滲墻的軸線及高程加以控制。造孔前先做孔口導(dǎo)向槽，孔位偏差、孔斜率應(yīng)控制在允許范圍內(nèi)?；鶐r以上地層采用抓斗施工，基巖部分避免使用傳統(tǒng)的“鉆劈法”施工，以防在基巖中留有小墻。

3.基巖判定

在沖擊鉆鉆基巖時，用抽桶抽取巖樣按照鑒定程序進(jìn)行基巖面的確定，并由設(shè)計（地質(zhì)工程師）、監(jiān)理單位聯(lián)合簽發(fā)基巖鑒定表。防滲墻嵌入基巖深度按1.0m控制。副孔深度根據(jù)確定的兩側(cè)主孔深度結(jié)合鉆取巖樣確定。

4.護(hù)壁泥漿

保證槽孔孔壁的穩(wěn)定性是防滲墻施工的關(guān)鍵因素之一。新拌制的泥漿每班至少做一次粘度、比重、含砂量測試，根據(jù)造孔需求隨時調(diào)整泥漿配合比，如發(fā)現(xiàn)泥漿粘度指標(biāo)降低，應(yīng)適當(dāng)摻加新漿進(jìn)行調(diào)整。如粘度指標(biāo)升高，可加入分散劑，經(jīng)處理后仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的必須廢棄。

5.終孔驗收

終孔驗收項目有孔位、孔深、孔寬、孔斜、入巖深度?？仔辈捎弥劐N原理進(jìn)行孔斜測量。槽孔寬度不小于60cm，孔深不小于設(shè)計深度，孔斜滿足規(guī)范及設(shè)計要求。

6.埋設(shè)預(yù)埋管

預(yù)埋管采用桁架固定，桁架由Φ18鋼筋制作縱向主筋定位架，將預(yù)埋管與鋼筋架焊接為一個整體桁架。預(yù)埋管孔距1.5m，平面上的允許偏差不大于±10cm。

7.墻段連接

防滲墻段連接采用“接頭管法”，接頭管下設(shè)深度根據(jù)實際情況確定，接頭管起拔后，采用沖擊鉆擴(kuò)孔，注意避免鑄管事故。接頭管全部拔出混凝土后，應(yīng)對其新形成的接頭孔及時進(jìn)行檢測、處理和保護(hù)。

8.塑性混凝土澆筑

①粘土采用濕摻方式，將粘土配制成一定濃度的漿液，然后加入砂石骨料和水泥進(jìn)行拌合。這種方法可以分散均勻，避免粘土出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象。②導(dǎo)管下設(shè)，每個槽段布設(shè)2～3套導(dǎo)管，導(dǎo)管距一期槽端不大于1.5m，距二期槽段不大于1.0m，導(dǎo)管之間間距不大于3.5m。當(dāng)孔底高差大于25cm時，導(dǎo)管布置在其控制范圍內(nèi)的最低處。③澆筑時，保證導(dǎo)管初次混凝土埋深不小于50cm，澆筑過程中導(dǎo)管埋深一般保持在1～6m，同時混凝土澆筑面要均勻上升，避免澆筑速度過慢導(dǎo)致混凝土喪失流動性，同時也應(yīng)避免過快壓入形成真空造成堵管。

六、結(jié)語

防滲墻工程是重要的隱蔽工程，尤其是塑性混凝土防滲墻的強(qiáng)度和彈性模量等力學(xué)指標(biāo)的控制尤為重要，它的合格與否關(guān)系到整個工程的成敗。

本工程壩體成墻面積11079.96m2，基巖成墻面積1066.31m2，總成墻面積12146.27m2。工程完成后，業(yè)主委托第三方檢測單位，通過地質(zhì)雷達(dá)、鉆機(jī)取芯、注水試驗等檢測手段對防滲墻進(jìn)行了抽檢，結(jié)論滿足設(shè)計及規(guī)范要求。主壩下游原存在的滲漏問題現(xiàn)已不復(fù)存在。本工程的成功實施，進(jìn)一步驗證了塑性混凝土具有彈性模量低、極限應(yīng)變大、對周圍土體的適應(yīng)性強(qiáng)、和易性能好、凝結(jié)時間長、在施工中不易發(fā)生堵管和假凝事故等優(yōu)點，同時具有成本低、防滲效果好的特點，為類似工程提供了經(jīng)驗和依據(jù)，具有良好的推廣應(yīng)用價值。