塑性混凝土防渗墙在高地震烈度区的应用

塑性混凝土防渗墙在高地震烈度区的应用

高元新尹永锋

高元新尹永锋

中国电建集团港航建设有限公司天津市滨海新区300450

摘要：新疆塔日勒嘎水电站工程土石坝址Ⅷ烈度区，设计抗震烈度Ⅸ度，地下防渗系统为塑性混凝土防渗墙，墙厚80cm，渗透指标为K×10-7cm/s。防渗墙地下部机械造孔方法，地上部分采用分层回填后开槽人工清理的方式，续接防渗墙与粘土心墙，在保证施工安全和工程质量的前提下加快了施工进度。同时根据已建工程的施工经验，结合塔日勒嘎塑性混凝土防渗墙的特点，介绍了塑性混凝土配合比的确定和对施工质量的控制。

关键词：塑性混凝土；防渗墙；膨润土；防渗墙续接；控制

1概述

1.1塔日勒嘎水电站工程简介

塔日勒嘎水电站是以发电为主的水电枢纽工程。拦河大坝为粘土心墙砂砾石坝。最大坝高45.0m，坝顶全长326.75m，直线布置，左端与基岩岸坡相接，右端于洪积扇台地接溢洪道左边墩，溢洪道右边墩与右岸岸坡连接封闭。采用悬挂式素混凝土防渗墙进行防渗，防渗墙深度10m～37m。

1.2塔日勒嘎水电站工程地质条件

塔日勒嘎水电站主坝坝址基岩为第三系渐—中新统上组岩层，岩性为红棕色、浅灰色砾岩、粉砂岩互层夹粉砂质岩及少量泥质砂砾岩，岩性相变复杂，坝址基本为一倾向南西的单斜构造，与河流近乎平行，倾向右岸，倾角多为55°～65°。岩层受挤压揉皱较强，坝址区断层不发育，仅在坝址左坝肩发现一条小断层。坝基河床浅部堆积为现代河床沉积的含漂砂砾卵石，厚度约为5m；河床右侧及右岸分布为洪积扇，其下部掩埋有古河床及阶地，结构紧密。

1.3塑性混凝土简介

国外从20世纪60年代末开始采用塑性混凝土防渗墙，而我国是在80年代后期才首次应用成功的。这种材料的特点是抗压强度不高，一般可控制在R28＝0.5～2MPa，弹性模量较低，一般可控制在E28＝100～500MPa，渗透系数K＝1×10-6～1×10-7cm/s。

我国在1990年首次将塑性混凝土防渗墙应用于水口水电站上、下游围堰防渗墙。以后采用塑性混凝土防渗墙的水利水电工程有：册田水库坝体防渗墙，十三陵抽水蓄能电站下围堰防渗墙，小浪底工程上游围堰防渗墙，宜昌民强水库坝体防渗墙，三峡主围堰防渗墙。

2塑性混凝土配合比的确定

2.1塑性混凝土配合比分析

塑性混凝土的配合比与常规混凝土的配合比间存在较大差异。常规混凝土根据已建设水电工程施工经验，具有成熟的经验配合比，而塑性混凝土的发展史短，经验配合比资料匮乏，已建工程中塑性混凝土的防渗墙的配合比存在较大差异。

塑性混凝土在配合比方面的特点是水泥用量较少，一般约为80～170kg/m3，此外还需掺加部分黏土或膨润土（塑性指标较高），可单一加入或按比例同时加入，对其它材料用量的要求与一般混凝土基本相同。有关试验表明［3］，只掺加膨润土的塑性混凝土（A种）、只掺加黏土的混凝土（B种）和同时掺加膨润土和黏土的塑性混凝土（C种）的三种混凝土具有不同的R～E相关关系见图1。

图1表明，当R取相同数值时，A种混凝土的E值最小，C种混凝土的E值次之，B种混凝土的E值最大。要配制出具有较低弹性模量和较高强度的塑性混凝土应采用A种混凝土较好。虽然塑性混凝土的E、R存在以上关系，但影响塑性混凝土防渗墙弹性模量的因素较多，如所使用黏土和膨润土的黏粒含量多少和塑性指标、水泥的标号和品种、骨料的粒径和硬度、外加剂的型号和掺量等。这就决定了塑性混凝土配合比设计的难度和复杂性，需要花费更多的时间和人力物力。同时，基础防渗墙工程往往从工程一开始就组织施工（基础工程施工是关键工序），因此为确保工程的正常顺利开展，应事先根据当地的砂石骨料和水泥品种进行塑性混凝土的室内配合比试验，确定塑性混凝土防渗墙的配合比。塑性混凝土防渗墙还有其它指标，如渗透系数或抗渗标号、坍落度、扩散度等，在工程施工中，施工单位应根据设计提供的配合比和技术要求进行现场混凝土配合比的复核试验，以确定现场施工配合比。

2.2施工配合比

2.2.1泥浆配合比

方案一：粘土：红土：水：水泥质量比为1：0.3：1：0.1时所得到的稳定泥浆比重为1.44，粘度为57秒。

方案二：粘土：水：水泥：膨润土质量比为1.2：0.8：0.1：0.01时所得到的稳定泥浆比重为1.46，粘度为40秒。

以上两种泥浆配合比可以得24小时稳定的泥浆，保证施工过程中不离析，孔壁不坍塌。

方案二粘度时间短，膨润土有较高的粘性，能将土渣悬浮起来，便于排渣，同时钠质蒙脱石（或钠膨润土）的性质比钙质的好，膨润土（蒙脱石）有更良好的物理化学性能，所以本工程选择方案二掺膨润土。

2.2.2混凝土浇筑及施工艺

（1）根据试验成果，所用成槽设备、成槽方法、孔深、孔斜控制措施及施工工效，完全能够满足施工要求。

（2）防渗墙工程成槽的固壁泥浆材料及其配合比、防渗墙混凝土原材料及其配合比满足设计要求。

（3）利用罐车运送混凝土泥浆下直升导管法浇筑适合本工程，完全满足设计及规范要求。

（4）接头采用钻凿法处理，在已浇筑混凝土待强48h后进行接头孔钻凿，处理情况良好，能够满足规范要求。

3施工过程简述

3.1施工工艺简述

防渗墙施工分两部分：第一部分为覆盖层以下；第二部分为覆盖层至设计高程。

第一部分采用“钻劈法”成墙：针对大坝河床及右侧斜坡（10m～37m）段采用机械成墙。第二部分采用防渗墙续接：墙顶达不到设计顶高程，采用先分层进行回粘土心墙填筑，填筑至3.0m高时，先采用液压挖掘机开槽，槽宽为1.2m～1.5m宽，人工进行清理槽孔，最后进行塑性混凝土浇筑。待混凝土达到初凝后，铺上土工膜（防止上层粘土进入墙体），进行粘土心墙填筑。采用此方式进行循环防渗墙续接，直至达到设计顶高程。

3.2成槽施工

槽孔划分为两序施工，Ⅰ、Ⅱ序槽孔间隔布置，先施工Ⅰ序槽孔，再施工Ⅱ序槽孔。根据防渗墙造孔深度及施工特点，防渗墙的槽段定为6.4m，即5个0.8m的主孔和4个0.6m的副孔。以轴线119.939m计算，防渗墙可划分为22个槽段，分11个一期槽孔，11个二期槽孔。钻劈法典型槽段划分示意见图2。

根据本工程地层特点，按照测量放线将CZ-22型冲击钻机摆放到位，利用“钻头”冲击地层形成“槽孔”，采用“钻劈法”进行防渗墙成孔施工，先劈打主孔至设计深度，再劈打副孔成槽，待Ⅰ序孔混凝土浇筑后再进行II序槽施工，采用传统的抽筒排渣。

4施工质量控制

4.1膨润土的掺加方式

在塔日勒嘎水电站土石坝工程中，膨润土的掺入方式先后采用了两种方式：（1）先将水泥、膨润土和砂石骨料混合干拌，然后加水进行搅拌；（2）将膨润土加入专用水池中，进行充分搅拌并配制成一定浓度，然后加入砂石骨料和水泥进行拌合。施工过程中，在第一种的方式下，膨润土经常形成粒径10～30mm的团块，不能形成泥浆，从而降低了膨润土在塑性混凝土中的作用，最终主要导致塑性混凝土弹性模量和强度增大。在第二种的方式下，膨润土不出现结块现象，分散很均匀，不仅保证了塑性混凝土的拌合质量与试验结果一致，还增大了坍落度。因此，建议在塑性混凝土拌合过程中，膨润土采用湿掺法。

4.2准备阶段的质量控制

与一般混凝土防渗墙相比，塑性混凝土防渗墙更应重视现场混凝土的配合比试验，黏土或/和/膨润土的掺和方法等内容）；按施工顺序、造孔方法和施工组织确定的槽孔划分原则合理地进行槽孔划分；根据设计提供的配合比和技术要求进行现场混凝土配合比的复核试验和材料的检测试验，塑性混凝土必须检测黏土/和膨润土的黏土含量与塑性指标，并满足设计及配合比要求；选择防渗墙中心线上具有典型代表的部位进行生产性试验，以确定造孔、固壁泥浆、墙体浇筑等的施工工艺和参数。

5结束语

在塔日勒嘎水电站大坝的防渗墙施工中，成功的采用了“钻劈法”成槽施工，运用了泥浆固壁技术，并采用了新方法新工艺防渗墙续接技术，同时，也对施工过程中出现漏浆、漂石、孔斜、混凝土堵管等特殊情况的处理进行了详细的叙述。通过对该大坝防渗墙的施工，使我们掌握了塑性混凝土防渗墙施工的基本工艺，又自主创新，为今后进行高地震烈度区塑性混凝土防渗墙的施工总结了经验。

参考文献：

［1］丛蔼森．地下连续墙的设计施工与应用［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，2001；

［2］谭靖夷．中国水利发电工程施工鉴［Ｍ］．北京：中国电力出版社；

［3］高钟璞；等．大坝基础防渗墙［Ｍ］．北京：中国电力出版社，2000。