塑性混凝土防渗墙在病险水库加固工程中的应用

杨立峰

【摘 要】塑性混凝土防渗墙施工技术十分复杂，且质量要求较高。本文结合清远飞来峡水库除险加固工程，就塑性混凝土防渗墙的设计、施工及质量控制进行了论述。实践表明，塑性混凝土防渗墙的应用取得了较佳的防渗效果，为类似加固工程提供了参考。

【关键词】塑性混凝土；防渗墙；设计；施工；质量控制；防渗效果

塑性混凝土是用黏土和膨润土取代普通混凝土中的大部分水泥形成的一种柔性工程材料。在土石坝除险加固应用中与一般的混凝土防渗墙、灌浆相比，具有弹性模量低能很好地适应地形的变化、抗压强度不高但防渗效果较好、水泥用量少能降低工程造价、拌和物和易性较好等特点。因此，在病险水库加固中被广泛用作防渗墙墙体材料。下面，就结合具体工程实例，介绍塑性混凝土防渗墙的应用。

1.工程概况

某水库是一座以灌溉为主，结合防洪、养鱼等综合效益的中型水利工程。水库为粘土心墙坝，坝基持力岩层为石英砂岩夹页岩，岩石风化破碎，具弱透水性；坝体填筑土为含砾粘土，碎石含量高，未按要求进行分区填筑，碾压不密实。水库因施工质量差、运行久，大坝坝体、坝基及左右坝肩渗漏严重，2003年经水利部大坝安全管理中心鉴定为三类坝病险水库。针对大坝地质条件和坝体渗漏特征，设计坝体采用垂直塑性混凝土防渗墙进行防渗处理。

2.塑性砼防渗墙设计

主坝由粘土肥心墙，坝壳风化砂、及现浇混凝土板块（3.0m×3.0m）护坡组成。坝长460m，最大坝高13.5m，坝顶宽6m，上游坡1：3，现浇混凝土板块护坡，下游坡1：2.5，草皮护坡。

为保证主坝基稳定和大坝的安全，水库坝体防渗墙采用槽板式垂直砼防渗墙形式，墙体材料采用塑性混凝土，可以减少墙体的应力，适应坝基变形，避免开裂。防渗墙总长387.8m，防渗墙顶高程314.56m，防渗墙厚为40cm，即在坝体加设一道40cm厚塑性混凝土防渗墙，防渗墙纵向轴线距主坝中心线上游1.5m处。坝基为全风化花岗岩，墙体嵌入强风化基岩100cm。主坝左、右坝间采用帷幕灌浆防渗。

墙体塑性混凝土设计指标为：抗压强度R28≥4MPa；抗渗标号为W6；弹性模量E≤1500MPa；渗透系数K<1×10-6cm/s。允许渗透比降J>50。

3.塑性砼配合比

按照设计提供的塑性混凝土的性能指标要求，结合现场的原材料，进行配合比试验，确定塑性砼施工配合比。详见下表1。混凝土施工特性：塌落度18～22cm，扩散度36～40cm，初凝时间>6h，终凝时间≤24h。

4.塑性混凝土防渗墙施工方法

4.1 施工临建

根据工程施工需要，分别建造施工平台、导向槽（钢筋砼导墙）、泥浆系统、混凝土拌和系统、水电系统和施工道路等临时设施。

4.2 槽孔划分

根据防渗墙的厚度、深度和抓斗的性能，混凝土防渗墙的共划分68个槽段，防渗墙（0+040.2—0+428）总长387.8m。塑性混凝土防渗墙Ⅰ、Ⅱ期槽长度均为6.8m，即两个主孔分别为2.8m，中间副孔长为1.2m。

4.3 造槽、成墙方法

4.3.1 造槽

造槽设备为GB-24型和KH-180型两台进口履带式液压抓斗机，采用“多抓成槽法”先施工Ⅰ期槽，再施工Ⅱ期槽，首先将槽段两侧土体抓出孔外，再将中间留下的土体抓出孔外。防渗墙要求嵌入强风化基岩1.0m，对于一般风化岩石，采用抓斗直接抓取的方法，对于局部比较坚硬基岩采用重凿法施工，使用扁凿钻头冲击破碎。清孔使用抓斗“抓捞法”清孔换浆。

4.3.2 固壁泥浆

泥浆固壁材料：泥浆在混凝土防渗墙施工中的作用主要是保持孔壁稳定、悬浮钻渣及冷却钻头。本工程使用优质Ⅱ级钙基膨润土。分散剂为工业碳酸钠（Na2CO3）；降失水增粘剂为中粘类甲基纤维素钠（CMC）。

泥浆用水从水库中抽取。泥浆配合比通过现场生产试验确定。配合比为：水1200L、膨润土120kg、碳酸钠3.5kg。

4.4 成墙

4.4.1 塑性砼浇筑

塑性混凝土防渗墙的浇筑顺序为：下接头管，先浇筑Ⅰ序槽、拔起接头管，洗刷接头管孔，再浇筑Ⅱ序槽。

砼浇筑方法参照《砼结构工程施工及验收规范》、《水工砼施工规范》、《水电水利工程混凝土防渗墙施工规范》DL/T5199-2004进行。混凝土浇筑上升速度为4-5m/h。

4.4.2 槽段连接

为保证墙体的完整性，采用较先进的接头方法“接头管法”浇筑砼进行槽段连接。

5.施工质量

5.1 施工质量控制

从防渗墙施工临建、造孔成槽、清孔、砼浇注施工全过程由监理工程师严把质量关。对重要的工序，则由四方工程师（业主、设计、监理和施工）共同进行检查验收，验收合格后方可进行下一道工序施工，经检查验收，防渗墙施工中的各工序检验和各项技术指标均符合设计和施工规范的要求。施工质量检测成果见表2。

5.2 塑性混凝土防渗墙墙体质量检查

塑性混凝土墙体质量检验采用钻孔取芯及注水试验方法，墙体检查孔位置由监理根据施工过程情况确定。本工程共设4个检查孔。每个孔注水试验检查2次。渗透系数最大值为7.46×10-8cm/s，最小值为1.66×10-8cm/s.平均值为4.5×10-8cm/s。满足设计K<1×10-6cm/s的要求。注水试验结果见表3。

5.3 砼试块的试验结果

砼的试块取样标准、过程参见《水工砼试验规程》。取样现场由建设单位、监理单位共同监督取样。由建设单位将达到龄期后的砼抗压试件、抗渗试件、弹性模量试件送至检测机构进行检验和试验，对各项性能指标检验和试验的结果如下：

5.3.1 塑性砼R28抗压强度

本工程使用15cm×15cm×15cm立方体试模，按每个槽段取一组成型试件，共计60组抗压试件，进行了28天龄期抗压强度试验。统计计算结果得出：最大值R28max=6.9Mpa，最小值R28min=4.6Mpa，平均抗压强度R28=5.59Mpa，标准差σ=0.57MPa，离差系数Cv=0.10，强度保证率P=100%，砼抗压强度指标完全满足R28≥4MPa的设计要求，合格率100%。

5.3. 2弹性模量

随机抽取了六组静力抗压弹性模试件。其试验结果见表4。

5.3.3 渗透系数

为检验塑性砼的抗渗指标，本工程砼浇注过程中，在现场由业主、监理、施工单位共同按照随机每2个槽孔取一组抗渗试件，共抽取了34组成型抗渗试件进行了抗渗性能的检验，试验结果见下表5。

表5 塑性砼渗透系数试验成果表

由此表可以看出，最大一组为Kmax=7.4×10-8cm/s，最小一组为Kmin=9×10-8cm/s，平均K=7.88×10-8cm/s，合格率为100%。试验结果得出：本工程墙体砼的渗透系数满足K<1×10-6cm/s的设计要求。

根据上述砼试块抗压强度、渗透系数、弹性模量的试验结果及统计计算结果得出本工程塑性砼各项性能指标均符合设计要求，经单位工程验收该成墙塑性砼质量优良。

5.4 塑性混凝土防渗墙分部工程质量评定

本工程按照水利电力部《水利水电基本建设工程单元工程质量等级评定》（SDJ249-88），水利部《水利水电工程质量检验与评定规程》（SL176-2007）对防渗墙68个单元工程进行质量检验、和评定，68个单元工程全部合格，其中67个单元工程评定为优良，单元工程合格率为100%；优良率为98.5%，砼防渗墙分部工程质量为优良。

6.防渗效果

2005年4月15日采用三角堰量测坝后渗流量（地表溢出部分）为3.4L/S（没修建砼防渗墙前）。2010年4月30日在同一地点和相同方法测得渗流量为0.4L/S（修建砼防渗墙后）。渗流量比没修建砼防渗墙前减小8.5倍。前后量测渗流量时的库水位均为311.56m，库容为913万m3。

7.结语

实践证明，塑性混凝土防渗墙的应用是成功的，不仅节省水泥，加快了施工进度，且施工质量满足设计要求，达到了预期防渗效果，各项质量检测指标均能符合要求，因此，此项工程为塑性混凝土防渗墙的再次应用积累了成功的经验。

参考文献

[1] 刘伟才；曾述银.塑性混凝土防渗墙施工及质量控制[J].水电站设计.2005年02期.

[2] 廖伟辉.塑性混凝土防渗墙技术在水库除险加固工程中的运用[J].湖南水利水电，2009年03期.