水利工程建設中塑性混凝土防滲墻的應用

馮展平

（中國水利水電第十二工程局有限公司，杭州 310000）

1 引言

對于水利工程來說，堤基防滲施工是其重點組成部分，其施工質量直接影響整個水利工程的質量與運營安全。相較于普通混凝土或黏土混凝土防滲墻，塑性混凝土防滲墻優勢突出，具有彈性模量小、適應性強及經濟性好等優勢，在建筑領域得到了廣泛的應用。隨著科學技術的發展，塑性混凝土防滲墻在水利工程的堤基防滲施工中也得到了良好的推廣。為保證施工質量，充分發揮塑性混凝土防滲墻的優勢，就必須加強對其施工工藝的研究，對施工重難點進行系統分析，并提出相應的質量控制措施。

2 工程概況

某水利樞紐由擋水建筑物、泄水建筑物、泵站電站建筑物和過魚建筑物等組成，主要建筑物級別為1 級，次要建筑物為2 級，臨時建筑物為5 級。水庫正常蓄水位為450 m，相應庫容2.21 億m3。工程二期下游土石圍堰堰頂高程428.5 m，堰頂寬度10 m，堰頂長度155 m，二期上下游土石圍堰防滲形式采用60 cm 厚塑性混凝土防滲墻。

3 導墻及施工平臺

根據施工方案，導墻采用底寬1.5 m、槽口寬0.9 m、高1.2 m、厚0.45 m 的C25 鋼筋混凝土結構，為背向雙倒“L”形。在導墻下游側修筑排水溝和沉淀池，在導墻上游側建造鉆機移動平臺。為保證鉆機平臺穩定性，應先對場地碾壓密實，再鋪設級配碎石形成墊層，墊層厚度為20 cm，最后在墊層上敷設方木和輕軌。

做好準備工作，嚴格按照工程規范進行地質復勘，沿設計好的混凝土防滲墻軸線鉆設先導孔。先導孔孔徑為70～110 mm，間距為50～100 m，注意先導孔孔位誤差最大允許范圍不得大于10 cm，偏斜率不得大于1%。采用XY-2 地質鉆機，配合使用合金鉆頭，回轉鉆進，注意鉆機鉆速不得超過200 r/min。如若是在地下水以下的軟土地層實施鉆進作業，則需要采用干法鉆進，回鉆進施工效果不佳。如若是在飽和地層中開展鉆孔作業，則要運用膨潤土泥漿護壁。分析鉆孔取芯要求，并編錄芯樣，結合地質勘探資料以及現場施工條件，評估防滲墻槽位的地形、地質條件，根據工程施工要求，著重研究現場是否存在基巖陡坡和大孤石，如存在則要進一步分析其分布特征，還要確定鉆進工作難易程度，鑒定基巖面具體情況[1]。

4 塑性混凝土防滲墻施工工藝

4.1 鉆孔成槽

配置2 臺CZ-20 鋼絲繩沖擊鉆機完成鉆孔作業，具體配合圓形鉆頭使用，采用鉆劈法鉆進成孔成槽。根據該工程塑性混凝土防滲墻施工設計，明確槽段長度，將槽段分為一、二期槽孔。綜合考慮墻頂高程、墻深等因素，確定槽孔長度約為5.6～8.8 m，槽孔主、副孔長度相同，均為0.8 m。鉆孔成槽的施工流程為2 臺CZ-20 鋼絲繩沖擊鉆機同時作業，共同鉆鑿1個槽孔，一般先鉆進主孔，后劈打副孔，主副孔相連成為一個槽孔。在槽孔建造過程中，要始終保持槽孔平整垂直，深入鉆進黏土層，鉆進黏土層的深度不得小于2 m，嚴格控制孔位偏差和孔斜率，孔位最大偏差不得超過5 cm，孔斜率不得超過0.4%，加強質量檢查與控制，預防槽孔任意高程水平斷面上質量問題。另外，還要在槽孔兩端設置測量標樁，兩端連接形成槽孔中心線，并將其作為校驗墻體中心線的參考。

4.2 清孔換漿和接頭孔的刷洗

4.2.1 清孔換漿

終孔后，應及時開展清孔換漿作業，注意Ⅱ期槽終孔后需要增加接頭孔刷洗內容。綜合比較幾種清孔方案，本工程擬采用泵吸反循環法來完成清孔。

清孔換漿的流程為：（1）下放排碴管；（2）檢查排碴管下放程度，排碴管底口與槽孔底部距離宜控制在50～100 cm；（3）啟動砂石泵，將槽孔內的漿碴泵吸到泥漿凈化系統；（4）泥漿凈化系統凈化泥漿，并持續向內輸送新鮮泥漿。下設預埋管的槽孔，凈化泥漿的補充數量要達到槽內總漿量的1/3；（5）泵吸循環清孔過程中，可以間隔下放鉆頭攪動孔底沉積物，以提高清渣效率[2]。

單孔清孔換漿結束后，應及時移動鉆機、排碴管，逐一清孔，直至完成所有槽孔的清理工作。泵吸反循環清孔換漿法具有清孔效率高、清孔效果好等突出優勢，并且孔外凈化的泥漿可長時間存放，即使是長時間靜置存放后仍然具有清潔度較高的優點。

4.2.2 接頭孔洗刷

選擇接頭孔洗刷時，應優先選擇自重較大的圓形鋼絲刷。洗刷時，可調整鋼絲繩的位置，使圓形鋼絲刷刷洗到接頭孔孔壁，也可以借助鉆機反復提升壓下刷子來刷洗槽孔孔壁。接頭孔洗刷鉆頭不帶泥屑、孔底淤積停止后，則可視為清理到位。

4.2.3 清孔換漿結束標準

計算清孔換漿作業的結束時間，待結束時間達到1 h 后，在槽孔底部0.5 m 處取樣，進行泥漿試驗，若滿足如下要求，可結束清孔換漿：槽孔內泥漿的含砂量＜3%、密度＜1.10 g/cm3、黏度＜（35±5）s，淤積厚度≤10 cm。

4.3 槽段連接

本工程槽段連接采用接頭管法。接頭管連接方式能夠有效保證接頭孔的成型質量，不僅可以使孔壁維持光滑狀態，以防孔段泥皮的堆積，而且孔形質量好，圓弧規范，利于接頭孔刷洗作業。同時，因為下設接頭管，直接省去了套打接頭混凝土的時間，能夠在保證接縫質量的基礎上縮短工期，有利于提高施工效率和節約工程投資。

4.4 接頭管下設

在接頭管下設開工前，施工人員應做好施工檢查和準備，主要為：檢查卡塊、卡蓋是否配置齊全；鎖塊是否可正?；顒?；接頭管底閥開閉程度；底管淤積泥沙是否被清理干凈。經檢查，確認各方面均無誤后，在接頭管外表面涂刷潤滑油。

在做好現場檢查和前期準備工作后，按照如下流程下設接頭管：（1）采用50 t 吊車吊起接頭管，先吊裝底節，使其對準端孔，平穩、緩慢地下放至φ120 mm 銷孔處，將壁厚為18 mm的φ108 mm 鋼管對孔插入接頭管，吊起保護帽，清理附著在接頭上的雜物，此部位保持干凈后，均勻涂抹潤滑油；（2）底節接頭管吊裝到位后，起吊第二節，清理接頭內圈結合面，對準公接頭插入，旋入卡塊用于鎖定第二節接頭管；（3）吊起接頭管，抽出φ108 mm 鋼管，以底節管的位置為準，調節第二節接頭管，使兩個管節準確對接，將第二節管下放至管銷孔處，插入φ108 mm 鋼管，穩固管節，再繼續吊裝第三節接頭管；（4）按照前述提及的流程，依次將各節接頭管下放到位，控制好相鄰兩節管的位置關系，將所有管節精準下放到位[3]。

4.5 混凝土澆筑

4.5.1 澆筑導管

澆筑導管采用φ250 mm 鋼管，管節采用快速絲扣連接，保證管道的嚴密性。在接頭管底管以上部位和澆筑導管的上部設置短管，長度0.3～1.0 m 不等。根用于混凝土澆筑作業的導管必須進行調直檢查和質量試驗，質量試驗的內容主要包括壓水、圓度、磨損度及焊縫檢查，符合澆筑要求的澆筑導管應設計醒目標識?？卓谥渭苡尚弯撝谱鞫?，承載力高于混凝土充滿導管時總重的2.5 倍。

4.5.2 導管下設

以導管配管方案和配管圖為準，有序下設各節導管。單個槽段的導管數量為2～3 根，依次下設，直至完成所有導管的布設。規范安裝導管，嚴格控制導管與導管間、導管與槽端間的距離，導管與導管間的距離不得超過4 m，導管與一期槽端的距離不得超過1.5 m，與二期槽端的距離不得超過1.0 m。加強導管中心控制，孔底高差達到25 m 以上時，導管中心應在控制范圍的最深處。

4.5.3 混凝土澆筑

以施工現場的混凝土用量要求為準，由拌和站集中拌制足量的混凝土，泵送至進料槽口儲料罐，再通過溜槽流向各導管進行澆筑?；炷翝仓捎脡呵蚍?，在各導管下放入隔離塞球，此裝置將由于導管內充入混凝土而被擠出，順暢澆筑。在整個澆筑過程中，導管底端始終位于混凝土內。

4.5.4 澆筑過程的控制

全過程動態控制混凝土澆筑作業，控制導管埋深，宜保持在1～6 m。不平整的槽孔要從低處底部澆起，并要在孔口設置蓋板。澆筑過程中，每30 min 測量一次混凝土面，澆筑初期、末期以及現場施工條件特殊時均可增加測量頻率。工作人員要如實記錄測量結果，仔細填寫澆筑記錄，并根據測量結果制作澆筑指標圖，檢查復核混凝土澆筑量。槽孔內的混凝土面應呈穩定上升的狀態，且最后混凝土頂面與設計高程的差值不得超出0.5 m。

5 檢測結果分析

5.1 現場注水試驗

試驗對象為齡期達到28 d 的槽段，共計5 個，實測滲透系數最大值為7.95×10-8cm/s，平均值為5.84×10-8cm/s。防滲墻注水試驗檢測結果如圖1 所示。

圖1 防滲墻注水試驗檢測結果

5.2 防滲墻塑性混凝土內部應變監測

選擇5 個塑性混凝土防滲墻代表性槽段，在不同高程位置預埋應變計，共計30 支，監測時段為2020 年1 月～2021 年12 月，根據監測結果判斷在此過程中防滲墻塑性混凝土內部應變的變化規律，結果如表1 所示。根據監測結果可以得知，防滲墻塑性內部應變具有階段性的變化規律，在混凝土硬化前，存在較為明顯的應變變化現象，此后，內部應變變化幅度隨著混凝土齡期的增加而逐步減小，最終保持相對穩定的狀態。在整個監測過程中，各槽段的應變值均符合拉壓應變控制要求[4]。

表1 塑性混凝土防滲墻內部應變監測結果

6 結語

為了促進社會經濟的發展和滿足人們的生產生活需求，我國的水利工程建設數量正在不斷增加，塑性防滲墻在水利工程中的應用越來越廣，發揮的作用也越來越重要。本文基于工程實例，分析了塑性混凝土防滲墻重點施工工藝，并就其施工效果進行了檢測驗算，希望所提內容能夠為類似工程提供參考。