塑性混凝土截渗墙在张庄橡胶坝中的应用

孙海超

塑性混凝土截渗墙在张庄橡胶坝中的应用

孙海超

塑性混凝土截渗墙作为一种20世纪80年代发展起来的新型防渗技术，在国内外得到广泛应用。塑性混凝土是在普通混凝土中掺加了粘土、膨润土、粉煤灰等，使水泥用量更少。其主要特点是弹性模量及强度低、防渗性能好、与周围土体变形协调能力强等。塑性混凝土截渗墙的主要控制指标为：弹性模量、抗压强度、模强比、渗透系数等。

一、工程概况

张庄橡胶坝位于山东省临沂市河东区汤河镇后张庄村东的汤河上，是一座拦蓄水资源、改善生态环境的中型拦蓄水建筑物，正常蓄水位为62.5m，一次蓄水量为95.74万m3，回水长度7.0km，水面面积0.64km2。橡胶坝总宽131.5m，共2节，单节宽65.0m。正常蓄水位62.50m，橡胶坝坝高3.5m，设计内压比1.35，坝底板高程59.00m。

橡胶坝坝址处地质情况自上而下依次为：

（1）层砾质粗砂（Q4al+pl）：黄褐色，松散，湿～饱和，主要成分为石英、长石，主要分布在河床表层，为新近冲填土，层厚2.2～3.6m。

（2）层壤土（Q4al+pl）：褐黄、黄褐色，可塑～硬可塑状态，含较多中粗砂，局部为砂壤土，分布于河床两侧，层厚0.3～2.8m。

（3）层中粗砂（Q4al+pl）：黄褐色，稍密～中密，饱和，主要成分为石英、长石，偶见砾石，分布于整个场地中上部，层厚3.0～6.4m。

（4）层砾质粗砂（Q3al+pl）：黄褐色，中密～密实，饱和，主要成分为石英、长石，砾石粒径一般为2～5cm，分布于整个场地底部，层厚4.5～16.0m。

砂岩（KdT）：为白垩系大盛群田家楼地层，暗红色～红褐色，细粒结构，层状构造，局部为泥质粉砂岩。强风化带厚约2.5～3.8m，层底高程为38.89～39.55m，岩石较破碎，节理裂隙发育，岩芯呈碎块状，锤击声哑，手可折断，岩体类别为Ⅴ类。其下为弱风化带，岩石稍坚硬，较完整，岩芯呈短柱～长柱状，取芯率约70%～80%，该层未揭穿，岩体类别为Ⅲ～Ⅳ类，具弱透水性。

二、塑性混凝土截渗板墙应用

1.截渗设计

橡胶坝坝址处地层主要为中粗砂、砾质粗砂，厚4.5～13.5m，透水性强。为满足渗流稳定、减小渗流量，设计采用塑性混凝土截渗板墙方案截渗。截渗墙设于铺盖前端齿墙处，横向截渗至汤河两岸堤防堤脚处共217.2m，截渗板墙厚400mm，截渗板墙顶高程为62.5m（设计挡水位），底高程深入强风化岩面下0.2mm。塑性混凝土板墙截渗立面如图1所示。

根据工程地质条件，中粗砂、砾质粗砂的弹性模量可取E=175～230MPa，塑性混凝土截渗板墙设计参数为：

抗压强度：3.0MPa≤P≤5.0MPa

模强比：100≤Es/P≤500

渗透系数：k≤1×10-7cm/s

弹性模量：700≤E≤1000MPa

2.塑性混凝土截渗板墙配合比

塑性混凝土特性随着原材料组成不同而差别巨大，导致塑性混凝土配合比设计工作量大且复杂。塑性混凝土配合比设计参考以下原则：

（1）所选的配合比应使混凝土具有较小的模强比。设计的配合比最好使混凝土模强比小于100，不应使混凝土模强比大于500。

（2）截渗墙体的弹性模量为其相邻土体弹性模量的4～5倍为宜，最大不宜超过10倍。

（3）每立方米塑性混凝土水泥用量以100～150kg为宜，最多不超过200kg。

（4）为提高塑性混凝土的和易性，塑性混凝土的用水量要大，当膨润土和黏土采用湿掺法时，水灰比多大于2，一般多为3～6，有时可达到4～10。

图1 塑性混凝土板墙截渗立面图

表1 塑性混凝土配合比材料表

图2 塑性混凝土截渗板墙施工工艺流程图

表2 泥浆配合比表

（5）对于永久性工程，为了增加塑性混凝土截渗墙的后期强度和降低其渗透系数，可掺入适量粉煤灰。

经不同配比的原材料掺量试验、检测，本工程塑性混凝土截渗板墙原材料用量如表1。

经检测，塑性混凝土性能：弹性模量E=817.3MPa，抗压强度P=4.56MPa，模强比E/P=179，渗透系数k=5.46×10-8cm/s，达到设计要求。

3.塑性混凝土截渗板墙施工

（1）施工工艺

施工工艺流程如图2。

（2）导向槽

导向槽间距为500mm，断面为0.3m ×0.5m，C20钢筋混凝土结构，布设4根Φ18钢筋。

（3）泥浆制备

该工程采用Ⅱ级钙基膨润土泥浆进行护壁，分散剂为工业碳酸钠（Na2CO3），降失水增粘剂为中粘类羧甲基纤维素钠，采用汤河河水。根据施工规范及以往经验确定泥浆配合比，见表2。

（4）成槽施工

成槽施工是截渗墙施工关键工序，制约着施工工期和施工质量。选用GB46型液压抓斗台车成槽，液压抓斗台车是一种先进的地下连续墙成槽机械，其成槽精度高、效率高。根据土层条件，本标段截渗板墙施工共划分为22个单元槽段，一个槽段长10m，先施工奇数段板墙，再施工偶数段板墙。

（5）水下浇筑混凝土

水下浇筑混凝土采用直升导管法浇筑，25t汽车吊机配合。混凝土由搅拌车运至孔口，通过漏斗和导管入槽，混凝土浇筑过程连续进行，混凝土上升速度保持不低于2m/s。

（6）截渗墙槽段连接

两期槽段的连接采取接头管法，接头管分节安装，插销连接，采用液压拔管机起拔。

4.工程效果

张庄橡胶坝建成蓄水后，充分发挥拦蓄水作用，蓄水位、回水长度等都达到设计要求，工程效益明显。

三、结语

塑性混凝土截渗板墙能更好地适应地基变形，大大减小墙体内的应力，避免开裂。该截渗技术应用的关键在于选择适合工程地质条件的塑性混凝土配合比，选用合理的施工工艺。塑性混凝土截渗墙在该工程的应用，成功解决了中粗砂、砾质粗砂强透水层的渗漏问题，工程经过两年运行，塑性混凝土截渗板墙对提高其蓄水能力效果显著，对今后类似工程的地基处理具有借鉴意义■

（作者单位：山东省临沂市水利勘测设计院276000）

（专栏编辑：顾梅）