塑性混凝土防渗墙在界牌水利枢纽工程中的应用

一、工程概况

新孟河延伸拓浚工程界牌水利枢纽位于镇江丹阳市界牌镇新孟河向北延伸段入江口处，新孟河入江口位于浦河和小夹江之间，水利枢纽由船闸、节制闸、泵站组成，泵站引、排水流量300m3/s；节制闸总净宽80m，最大引、排流量为745m3/s；船闸闸室长度为180m，闸室及口门宽度为16m，门槛水深为3.0m，设计船型为100t 级货船，校核船型为300t级货船。浦河闸闸孔总净宽18m。

界牌水利枢纽位于江边，场地表层为潜水含水层，中下部有承压含水层，场地主要赋水层厚度大，且潜水、承压水位均较高，紧邻长江，补给丰富。工程基坑底大多位于浅部的②2-1'、②2-1、②2-2层砂壤土中。场地主体部位对该工程有影响的承压水共有三大层，分别为：浅部的②2-1'、②2-1、②2-2层轻粉质壤土、轻砂壤土，具中等透水性，以②1-1、②1-2层淤泥质粘性土为隔水顶板，⑤2层粘性土为隔水底板，构成承压含水层。同时，该几层土在大夹江、浦河处直接出露，②2-1'、②2-1、②2-2层中地下水与地表水（长江）水力联系密切，受周边水体（大夹江、浦河）补给。中部的⑤3层分别以⑤2、⑥2层为隔水顶、底板，构成承压含水层。下部的⑥3、⑨1-1层砂性土以⑥2层为隔水顶板，构成承压含水层。

二、塑性混凝土防渗墙设计

为保证枢纽建筑物稳定及安全，该工程对建筑物主体设置防渗封闭线，其中主体建筑物的长江侧防渗封闭主线（外闸首、节制闸、泵站、外河侧翼墙等建筑物的底板前沿）、内河侧防渗封闭主线（内闸首及其内河侧翼墙底板前沿）、船闸与闸站分界防渗封闭线（船闸闸室底板前沿）等主要防渗封闭线采用塑形混凝土防渗墙结构，墙厚40cm，底高程-20.0m。

墙体塑性混凝土具备以下特征，弹性模量：地基弹模的1～5 倍；28d 抗压强度: 1～5MPa；弹强比：150～300；渗透系数≤10-6cm/s；渗透坡降J ≥100。

三、塑性混凝土配合比

根据设计要求的塑性混凝土的性能指标，结合水泥、黄砂、石子、外加剂等原材料，进行配合比设计试验，确定了塑性混凝土施工配合比如表1。

混凝土坍落度200±20mm，28d 抗压强度1.3MPa，渗透系数8.94×10-7cm/s，弹性模量1700MPa。

四、防渗墙施工

1.导墙施工

（1）导墙的作用

导墙主要为塑性混凝土防渗墙体施工起着导向的作用，同时为防渗墙体的定位、顶高程以及墙体深度等参数控制等起到基准的作用，还起到保护着槽口的松散土体，防止坍塌等作用，对于槽口处比较好的土质，能保持打桩基面稳定，槽口不坍塌的情况下，可以不设钢筋混凝土导墙，直接施工。

（2）导墙设计

根据施工区域地质情况，对槽口基面土质较差的位置，设计现浇钢筋混凝土导墙，钢筋混凝土导墙内部尺寸，一般要求内侧净宽度比防渗墙体宽6～10cm，配筋可采用规格为8mm 和12mm 钢筋。

（3）导墙支模

在打桩平台平整完成后，进行导槽开挖，导槽可采用挖机开挖，人工修整成型，以便立模及支撑，模板可采用钢模板或木模板，一般模板支撑间距为50～60cm。

（4）导墙混凝土浇注

导墙混凝土浇注使用工地拌和站拌制的混凝土，当工地未建立搅拌站时，可采用商品混凝土，用混凝土罐车将混凝土运至现场，人工入仓、插入式振捣棒振动密实，顶面收面抹平。

表1 塑性混凝土施工配比表

表2 新鲜泥浆性能指标表

（5）导墙修正

在导墙浇筑成型，具有一定强度后进行拆模，拆模后对尺寸等进行复核检查，若有局部变形的部分，则需对导墙墙体进行整修，以保证抓斗能顺利进出槽孔进行施工。

2.槽段划分

在导墙施工完成，强度达到要求后，在墙体上每隔6m 设立明显标志，可用膨胀螺丝或水泥钉打入墙体，以便防渗墙体施工时标视各个槽段。

根据现场的实际情况以及工期的要求，该工程为加快施工进度，槽段施工采用1#、3#及2#、4#间隔二期施工，即1#、3#槽段为一期、2#、4#槽段为二期进行成槽施工，施工槽段每段长为6m，施工中确保槽壁的稳定，施工中接头形式采用冲击钻清理衔接。

施工中，为了更好地进行监控及施工，现场技术人员把各个槽孔的编号、顶高程、深度等参数在导墙上用红漆进行标注。

3.泥浆配制

该工程的塑性混凝土防渗墙护壁的泥浆所选用的材料及要求如下：

膨润土： 二级商品膨润土；水：深井水，检验合格后使用；分散剂：工业用纯碱（Na2CO3）；增粘剂：CMC（粉末状，高粘度，根据需要采购）。

（1）泥浆的性能要求及配制

制备的泥浆的各项性能参数指标见表2。

（2）泥浆配制

泥浆配制的流程如图1 所示。

（3）泥浆储存

图1 泥浆配制流程图

在施工区域附近的开阔地方设置泥浆池，泥浆池可用挖掘机直接开挖形成，配制好的泥浆放入泥浆池中。

（4）泥浆循环

泥浆循环依靠泥浆泵进行输送及回收，通过软管联通泥浆池以及防渗墙开挖的槽孔，组成泥浆循环系统，以便槽孔护壁以及稳定槽孔内水压。

4.槽段开挖

（1）槽段开挖顺序

先挖1#、3#槽段槽孔，再开挖2#、4#槽段槽孔。

（2）每个槽段内单元孔槽段的开挖顺序

每个槽段内单元孔槽的开挖时，考虑到槽孔的质量，为保证槽孔的垂直度以及防止坍孔，在保持孔内泥浆质量的同时，保证抓斗两侧及两边的泥、土压力均衡，所以施工中采用跳孔的开挖顺序及方法。具体如下：

①先开挖单元槽段内的单孔序号，这样，单孔两端为原状土，保证了开挖时抓斗两端的受力均衡，避免因为一侧阻力大另一侧阻力小而影响成槽质量，在单孔序号开挖前，根据抓斗的开度，以及设置的槽段，放样好孔位，并严格控制，以保证两个单孔间的隔墙长度小于抓斗的最大开度。

②在单孔序号开挖完成后，再开挖两个单孔之间形成的隔墙。由于隔墙的长度小于抓斗开度，施工中控制抓斗套住隔墙开挖，由于隔墙两端均为成孔的槽孔，泥浆压力平衡，即抓斗吃力均衡，同样可以保证成槽质量。

③待单孔序号和单孔之间的隔墙都开挖至设计深度后，再在成槽孔内套挖修整，以保证槽段的成槽质量。

5.墙体混凝土浇筑

（1）混凝土拌和及运输

混凝土拌和采用现场建立的混凝土搅拌站按混凝土配合比进行拌制，混凝土罐车进行运输，用汽车泵进行浇筑，混凝土拌和、运输及浇筑能力满足浇筑强度的要求。混凝土的浇筑应连续进行，不能间隔时间过长，以保证混凝土浇筑时具有较好的和易性。

（2）混凝土浇注

① 防渗墙体混凝土采用直升导管法进行浇筑。在导管安放过程中，保持泥浆的浓度以及液面，以防塌孔，导管直径一般为200～300mm。导管的安装、安放及提升、拆卸等采用汽车吊进行，每个槽段混凝土浇筑时，设置2 套导管。导管的位置根据其影响范围均衡布置，以保证混凝土浇筑时能均衡上升。开浇前，导管底口距槽底控制在30～50cm，以保证初始混凝土的灌注以及导管的埋置深度。

② 在混凝土浇筑过程中，应保证导管埋入混凝土的深度1.0～6.0m；混凝土面应保持均匀上升；根据混凝土的浇筑强度，及时测量槽孔内混凝土面深度，并核对浇筑方量，以控制浇筑过程及浇筑速度。

③ 防渗墙的混凝土最终浇筑面一般控制在低于导墙顶部20cm 左右。

6.槽段连接

在一期1#、3#槽段成墙后，用CZ-6D 型冲击钻对接头位置进行接头处理，在钻机就位后进行钻头调整，使得其中心线一边贴着已浇筑的混凝土墙，然后启动钻机，利用冲击钻头清净接头处混凝土墙体上的粘土，然后再进行二期槽段的成孔及施工。

五、施工质量控制措施

1.导墙施工质量控制

包括导墙垂直度、轴线、宽度。用经纬仪、线垂、卷尺检查。

导墙施工允许偏差：导墙的内墙面与防渗墙的纵轴线平行度为±10mm；内外导墙间距为+10mm；导墙内墙面垂直度为5‰；导墙内墙平整度为3mm；导墙顶面平整度为5mm。

2.泥浆质量控制

包括比重、粘度、失水量、泥皮厚度、pH 值等指标，见表3。

测定频率：新制备的泥浆，约每100m3用量，应测定一次，若放置超过一天，也应测定一次。成槽施工中槽段内的泥浆，在挖槽成孔前、挖槽至一半以及挖槽成孔结束前各检测一次。被混凝土置换出的泥浆，在混凝土浇注完3/4 后，每上升3m 测定一次。

3.成槽施工质量控制

包括成槽垂直度、槽段厚度、槽段宽度、沉渣厚度等。

表3 泥浆性能表

严格控制地下连续墙轴线位置，顶标高和垂直度。

标高：0.0～100mm，水准仪；垂直度：3/1000，经纬仪，垂直度测试仪。测试为每幅一点，若对检测结果有疑问或发现异常情况，则该幅成槽检测增加为三点。

4.混凝土浇注质量控制

包括混凝土的初灌量、上升速度、墙顶标高、混凝土坍落度等。质量控制表见表4。

六、检测结果及防渗效果

1.混凝土试块检测结果

该工程按每个槽段取一组成型试件，共计85 组抗压试件，进行了28d 龄期抗压强度试验。统计计算结果如下：

最大值R28max=3.5MPa，最小值R28min=1.3MPa，平均抗压强度R28=2.1MPa，标准差σ=0.531MPa，离差系数Cv=0.248。混凝土28d 抗压强制指标满足1～5MPa 的设计要求。

表4 混凝土浇筑质量控制表

2.钻芯取样检测及抗压强度试验

该工程防渗墙成墙后，由苏州市水利工程质量检测中心有限公司到施工现场进行了钻芯取样，防渗墙位置共检测3 个部位，其芯样抗压强度检测值为1.8MPa、1.9 MPa、1.9MPa，强度满足设计要求，由钻芯检测孔深度范围内取出的芯样观察可见，呈圆柱状，骨料分布均匀，胶结良好。

3.注水试验结果

在防渗墙钻芯取样后，对留置的钻芯孔进行注水试验，其渗透系数分别为6.6×10-8cm/s、4.9×10-8cm/s、5.7×10-8cm/s，渗透系数均小于设计值。

七、结语

塑性混凝土弹性模量低，能承受较大的变形，抗裂性能好，对周围的土体适应性强等优点，同时塑性混凝土防渗墙的施工成本低，质量可靠、防渗效果好。本文通过塑性混凝土防渗墙在界牌水利枢纽工程中的应用，可为以后类似项目的设计与施工提供一定参考■