塑性混凝土防渗墙施工技术在粉细砂地基中的运用

王秀红 包想军

（中国水利水电第三工程局有限公司 内蒙古 乌海 016000）

1 概况

1.1 工程概况

海勃湾水利枢纽位于内蒙古自治区乌海市境内的黄河干流上，是一座防凌、发电等综合利用的水利枢纽工程，工程等级为Ⅱ等工程，工程规模为大（2）型，枢纽主要由河床电站、泄洪闸、土石坝等建筑物组成。

1.2 地质构造

枢纽坝址区地貌形态分为风成地貌、黄河冲积地貌、河流堆积侵蚀地貌。坝址区地层主要由第四系松散堆积物组成，总厚度大于500m，地层比较复杂。勘察揭露最大厚度80m。坝基土体包括新近沉积的第Ⅱ-1地质单元（Q42al）和第Ⅲ地质单元（Q3al+l）。厂房段设计建基面高程1043.5m～1048m，地基土层为第Ⅲ地质单元（Q3al+l）地层，在勘探深度范围内，上层土体以粉砂、细砂为主，中密～密实状，夹有砂壤土、粉土、壤土和粘土透镜体。由于在基坑部位施工时发生了承压水上涌，根据设计单位塑性混凝土防渗墙调整方案，将原防渗墙设计底高程抬升至该粘土层中，墙体嵌入粘性土层的深度按0.6m～1m控制。

2 防渗墙技术参数

2.1 塑性混凝土力学参数

防渗墙使用塑性混凝土要求：密度≥2100kg/m3，弹性模量≤1500MPa，允许渗透比降不小于60，抗压强度≥4.8MPa，抗拉强度≥0.6MPa，渗透系数≤1×10-7cm/s，强度保证率达到90%，水泥标号:不低于32.5号，砂石骨料:最大粒径不大于20mm，砂率50%～60%，含泥率小于5%。

2.2 混凝土配合比选定

塑性混凝土配合比如表1。

2.3 塑性混凝土浇筑的技术要求

（1）浇筑混凝土采用直升导管法，导管连接和密封必须可靠，导管埋入混凝土深度不小于1m，不大于6m；导管底口距槽底控制在25cm范围内。

（2）在浇筑过程中控制各料斗均匀下料，混凝土的浇筑强度满足槽孔内混凝土面上升速度不小于2m/h。

（3）槽孔浇筑严格遵循先深后浅的顺序，即从最深的导管开始，由深到浅连续浇筑。

（4）入孔坍落度18cm～22cm。扩散度34cm～40cm，坍落度保持15cm以上时间应不小于1h，初凝时间应不小于6h，终凝时间应不宜大于24h。

（5）塑性混凝土终浇顶面高于设计高程50cm，上部结构施工时凿除顶部50cm，目的是提高防渗墙防渗效果。

3 施工准备

3.1 导向槽施工

以防渗墙轴线为中心，利用液压反铲开挖导向槽基础，开挖成型后施工导向槽，导向槽结构倒“L”形断面，高 1.2m，顶部宽1.15m，底部宽0.35m，内部配置Φ16mm螺纹钢筋，间距为30cm，用C25混凝土立模现浇，对称布置，中间槽宽70cm。

3.2 施工平台

导向槽混凝土达到一定强度后，用砂砾石填筑，并夯实、平整，作为防渗墙施工平台，供液压抓斗等大型设备行驶。

3.3 泥浆制作

为保证成槽的安全和质量，护壁泥浆生产循环系统的质量控制是关系到槽壁稳定、液压抓取或冲孔速度、成槽、塑性砼质量的必备条件。本工程优先采用优质膨润土为主、少量的粘土为辅的泥浆制备材料，造孔用的泥浆材料必须经过现场检测合格后，方可使用。质量控制主要指标为：比重1.1～1.3，粘度18s～25s，含砂率≤5%，胶体率 95%，必要时，加适量的添加剂，制备泥浆性能指标应符合表2中规定。

拌制泥浆的方法及时间通过试验确定，并按批准或指示的配合比配制泥浆，计量误差值不大于5%。贮浆池容量300m3。泥浆制浆系统配制的泥浆通过Ф150mm管线输送到泥浆中转站，再由中转站分送各施工槽孔。

表1 塑性混凝土配合比

表2 制备泥浆的性能指标表

泥浆处理泥浆必须经过制浆池、沉淀池及储存池三级处理，泥浆制作场地以利于施工方便为原则。

4 施工方法

4.1 液压抓斗成槽工艺

（1）液压抓斗成槽工艺

结合本工程地质及墙体设计特点，防渗墙成槽采用“抓取法”施工工艺，根据液压抓斗斗体的开度，合理确定槽段长度及每个槽段内主孔和副孔长度。

塑性混凝土防渗墙施工顺序均为先施工Ⅰ期槽段，再施工Ⅱ期槽段。针对每一个施工槽段，施工过程中先抓取主孔，再抓取副孔。该施工方法的优点是施工速度快，易控制孔斜，成槽质量高。开槽前，导墙内注入泥浆，施工中保持泥浆高度始终在距导墙顶以下0.3m～0.5m。

（2）成槽地层分析

根据设计提供的地质勘察报告及设计图纸中提供的典型地层分界线的深度，施工中在现场技术及质检人员进行跟踪鉴定，以分析地层情况，并及时向现场监理工程师申请鉴定并做好记录。其目的是为了墙体嵌入粘性土层的深度控制在0.6m～1m左右。

（3）成槽质量要求

本工程槽孔宽度为0.6m，成槽时槽孔孔壁平整垂直,孔位中心允许偏差不大于3cm，孔斜率不大于0.4%；在成槽过程中，含孤石、漂石地层及遇基岩面倾斜度较大等特殊地层情况时，其孔斜率应控制在0.6%以内，或改为乌卡斯冲击钻孔技术进行施工。

对于Ⅰ、Ⅱ期槽孔接头套接孔的两次孔位中心在任一深度的偏差值，不大于设计墙厚的1/3。

施工槽段长度初步划分为：Ⅰ期槽轴线长度6.0m，Ⅱ期槽轴线长度6.0m，槽孔划分平面示意图，见图1所示。

4.2 终孔及清孔验收

终孔成槽深度按照设计图纸要求嵌入粘土层不小于0.6m，成槽过程中当发现接近底层变化时开始留取土样并记录好深度，并由现场地质工程师会同监理工程师和设计方工程师共同进行土样鉴定。槽孔终孔验收合格后进行清孔换浆。采用抓斗和掏渣桶捞取槽孔内大部分淤积和大颗粒沉渣进行清孔。

Ⅱ期槽孔清孔结束前，还要刷洗Ⅰ期槽孔段混凝土孔壁上所吸附的浮渣、泥皮，利用钢丝刷子钻头采用自上而下分段刷洗，标准是：刷子钻头上基本不再带泥屑，孔底淤积不再增加为合格标准。

4.3 防渗墙墙体浇筑

（1）浇筑导管安装及要求

塑性混凝土防渗墙均采用直升式导管法进行混凝土浇筑，导管采用丝扣型连接。导管间距不大于3.5m，一期槽段的导管中心距接头管壁面的距离为1.0m～1.5m，二期槽段的导管距孔端1.0m，导管距槽底控制为25cm。

导管的连接和密封必须可靠，接头处和管壁严禁漏浆，下设前应做密封实验，导管底口距槽底控制在150mm～250mm范围内。在混凝土浇筑后期，因为混凝土冲击力小、下料慢，容易堵管，所以导管要勤提勤放，保证混凝土面达到设计要求。

图1 槽孔划分图

图2 电站坝段防渗墙顶端连接详图

（2）混凝土浇筑

浇筑开仓时，先在导管内下设隔离球，将导管下至距孔底约25cm左右。初浇混凝土方量要经过准确计算，确保一次将混凝土导管底部完全覆盖。待导管及分料斗储满料后，将导管上提适当距离（距孔底25cm），让混凝土一举将导管底封住，避免混浆，导管埋入混凝土的深度在1m～6m之间，在浇筑过程中控制各料斗均匀下料，混凝土的浇筑强度满足槽孔内混凝土面上升速度不小于2m/h。浇筑过程中每20min～30min测量一次槽内混凝土面深度，保证槽内混凝土面同时均匀上升，槽孔内各处混凝土面高差控制在0.5m范围内，并根据混凝土上升速度起拔导管，并在混凝土浇筑时，孔口设盖板，以防杂物掉入槽孔内。

槽孔浇筑严格遵循先深后浅的顺序，即从最深的导管开始，由深到浅连续浇筑。墙体混凝土连续浇筑，若混凝土的供应因故暂时中断，采取措施在40min内恢复浇筑。土石坝BC段混凝土防渗墙终浇高程按超过设计墙顶高程0.5m控制，浇筑完成后，顶端部分予以凿除。

4.4 防渗墙墙体连接

防渗墙接头采用“接头管法”，在实施Ⅰ、Ⅱ期槽段连接时用下设接头管。方法优点为施工方便，无需增加其它设备，并能节约混凝土。该方法增大了Ⅰ、Ⅱ期混凝土的接触面积，使墙段接头较好，并能加快施工进度，减少混凝土损耗。在Ⅰ期槽孔浇注前，在槽孔两端下设直径略小于槽宽的钢制接头管，孔口固定后浇注混凝土，浇筑过程中随时松动接头管，待混凝土初凝后起拔接头管，形成接头孔。接头管分节制作，插销连接，采用液压拔管机起拔。

4.5 防渗墙与上部结构连接施工

防渗墙施工完成后，在防渗墙两侧浇筑100mm厚的素砼垫层。待砼温度达到常温后，对砼面进行清理，在砼表面喷洒一层稀释沥青或乳化沥青，用量为0.15kg/m2～0.2kg/m2，潮湿部位在砼喷涂前对表面进行了烘干。

施工时对沥青面层分层浇筑，防止沥青流淌。在浇筑上部砼的同时加入竖向铜止水，锚入沥青长度不小于300mm，具体如图2所示。

表3 塑性混凝土检测指标

表4 塑性混凝土28d抗压强度成果表

5 质量检测

5.1 塑性混凝土检测指标

塑性混凝土检测指标见表3。

5.2 塑性混凝土性能检测

在施工过程中，按照设计和相关规范的要求，在槽（孔）口取样，对塑性混凝土的抗压强度、弹性模量、抗渗性能、抗拉强度和施工性能（塌落度等）进行了检测，检查指标见表4，检测结果表明均达到了设计要求，其中塑性混凝土28d抗压强度的检测成果见表4。

5.3 墙体钻孔注水成果

（1）5个孔位的渗透性检测，59个孔位的墙侧钻孔及预埋PVC管，弹性波CT检测20组。孔内电视1个孔位成像。

（2）防渗墙墙体完整性、连续性；防渗墙体波速正常，无明显偏低的情况存在，1个孔的钻孔电视成果表明，孔壁完整光洁，混凝土胶结较好。

（3）墙体抗渗性能，参考《水利水电工程注水试验规程》（SL345-2007）,测段渗透系数分部在4.60×10-6cm/s～5.67×10-7cm/s，多集中在10-6cm/s数量级。检测防渗墙防渗能力满足设计要求。

6 结语

在黄河海勃湾水利枢纽大坝基础防渗墙施工中，成功的采用了液压抓斗成槽技术进行成槽施工，运用了泥浆固壁技术，塑性混凝土防渗墙的连续施工等施工工艺。塑性防渗墙压水实验各项指标均达到设计要求，工程质量达到预期效果。塑性混凝土防渗墙具有结构可靠、防渗效果好、适应不同的地层条件、施工方便快捷、不受地下水位影响、造价较低等特点，在粉细砂深覆盖层大坝基础防渗处理工程中得到较好的运用。陕西水利