塑性混凝土防渗墙在建新水库中的应用.pdf

I 3 8 内 蒙 古 水 利 2 0 1 0年第 6期( 总第 1 3 0期 ) 【 混凝土 施工 】 塑性混凝土防渗墙在建新水库中的应用 林 继 朝 ( 福建省福清市水利电力管理站， 福建 福清3 5 0 3 0 0 ) 摘要 建新水库大坝粘土心墙防渗经安检不能满足规范要求， 在加固中采用低弹模塑性混凝土防渗墙进行防渗处 理。文章就防渗墙施 工过程质量控制方法及施 工工艺进行介 绍， 同时对塑性混凝 土防渗墙试块 的强度 与弹性模 量进行 分析 ， 提 出了强度与弹性模量具有成正比趋 势的相关关 系， 为今后低 弹模 塑性混凝 土防渗墙工程设 计与施 工提供一定依 据 。 关键词 大坝防渗加固； 塑性混凝土； 施工方法； 数据分析； 结论 中图分类号 ： T V 5 1 2 文章标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 9 0 0 8 8 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 1 3 80 2 1 工程 概况 建新水库位 于福建省福 清市 渔溪镇 ， 大坝为粘 土心墙 坝 ， 水库大坝于 1 9 7 2年建成 投入使 用 ， 是一 座 以灌 溉 、 防洪 、 发 电 等综合利用 的中型水库 。坝顶 高程 7 8 2 m， 坝 顶长 3 4 5 m， 坝 顶宽 5 m， 最大坝高 5 0 m。该水库大坝存在坝 身渗 流稳 定和坝 坡稳定不满足安全鉴定设计要求、 坝基渗漏和坝肩绕坝渗漏等 问题 ， 严重威胁坝体安全和正常效益 的发挥 ， 被列为病险水库 。 为保证水库运行安全 ， 需对水库进行除险加 固。工程加 固采取 了对大坝上 、 下游坡培厚护 砌； 心墙 处加设 1道低弹模 塑性混 凝土 防渗墙 ， 防渗墙宽度为 8 0 c m； 右岸坝肩采取帷幕灌浆处理 等。由于塑性混凝土在我省属于首次应用于大坝 防渗处 理 ， 本 文针对塑性混凝土防渗墙在施工过程中存在问题及施工方法 进行探讨。 2 塑 性混凝 土防渗机理 及配 合比试验 2 1 塑性混凝土防渗机理 低 弹模塑性混凝土防渗墙是利用专用机具 ， 在坝体或覆 盖 层透水地基中建造槽孔 ， 以泥浆固壁， 采用直升导管， 向槽孔内 浇筑混凝土， 形成连续的混凝土墙， 从而起到防渗的目的。建 新水库防渗墙主要是处理坝体本身的防渗问题， 采用抓斗成槽 机在坝体中间开 出 1 道 8 0 c m宽的槽 孑 L ， 槽孔底直达基岩 弱风 化层下 5 0 c m。 2 2 塑性混凝土配合比试验 工程设 计塑 性混凝 土性 能指标 为 ： 2 8 d弹性模 量 小于 5 0 0 0 M P a ， 渗透系数小于 1 0c m s ， 2 8 d强度不小于 7 5 MP a 。 参 照相关 国内外工程塑性混凝土 的性 能， 本工程 存在着混凝土 的强度较高 ， 而弹性模量要求 为正 常塑性混凝土 的特性。一般 塑性混凝土的2 8 d强度在 5 MP a以下， 而塑性混凝土的强度与 弹性模量之间存在正比关系， 强度越大弹性模量越大， 而工程 则要求控制在较小的弹性模量 ， 因此塑性混凝土 的强度 与弹性 模量之间产生矛盾 。为使塑性混凝土 的强度能与弹性模量相一 致需认真进行配合 比的试验。配合 比试验 在室内进行 ， 根据试 验规程试算几组塑性不 同的混凝 土配合 比， 按不 同的配合 比分 别制作混凝土抗渗试块、 弹性模量试块和强度试块 ， 试块经 2 8 d 后进行各指标试验 ， 经不同的配合 比试验结果 ， 采用 与设计指标 较为相近的配合 比作为现场施 工配合比 ， 具体配合 比见表 1 。 表 l混凝土配合 比 其 中水泥采用 P C 3 2 5普通硅酸盐水泥 ； 膨润土采用液 限 1 2 0 ， 塑限 2 5 ， 粘粒含量 5 8 7 。试验室 试配 2 8 d抗压 强 度为 8 MP a ， 2 8 d弹性 模量 为 3 7 8 0 MP a ， 渗透 系数 为 0 7 8 1 0c n s ， 极 限水力坡 降 5 0 0 。 3塑 性混凝 土施工 3 1 基本情况 建新水库大坝防渗墙施 工根据成 槽机械 的规格划 分施工 槽段 ， 每个 槽 段长 度 7 2 m； 造孑 L 泥浆 密 度 为1 0 2一I 0 4 g c m ， 含砂量 5 ， 粘度 1 8 2 5 S ； 孔位偏 差不 大于 3 c m， 孑 L 斜 率不大于 4 o ， 孔底 淤积厚度不大于 1 0 c m。 在施工过程 中采用泵送混凝土进 行人仓 ， 混凝 土在进入槽 孔时用导管伸人离槽孔底小于 1 5 c m处 ， 每个槽孔设 3根导 管。施工前先用测绳量测槽孔总深度， 再根据每根导管的长度 并确定导管人槽的根数 ， 以保证导管底 能在规范要求 的深度入 槽 。工程施工 自2 0 0 9年 3月 1 7日开始至 2 0 0 9年 5月 1 8日完 成 ， 共 挖槽孔 4 7孑 L ， 面积 1 2 3 6 8 m 。 3 2主要施工方法 3 2 1 混凝土导墙和施 工平 台的制作 施工平台应坚固、 平整 ， 适合重型设备和运输车辆行走， 宽 度满足施工需要。结合本工程要求， 先将坝顶降低 3 m， 形成足 够的施工平 台宽度。然后 开始制作导墙 ， 导墙采用现浇钢 筋混 凝土连续 T形梁， 高度 1 m。导墙完工后， 既作为防渗墙开槽定 位控制， 又作为深槽顶部的护壁。抓斗成槽机行走在导墙的下 游侧， 平行于防渗墙的中心线运行 ， 由于成槽机是履带式， 原坝 体下降的坝体地基不会产生过大或不均匀沉陷， 抓斗成槽机挖 除的土体 用 5 t 自卸汽车运送到专 门堆料场堆放 。 3 2 2泥 浆 固壁 性 能指 标 及 配 制 泥浆之所以能保证孔壁稳定， 其主要依据 ： 泥浆静压力 塑性混凝土防渗墙在建新水库中的应用林继朝 1 3 9 ( 固壁侧压力 ， 取决 于泥 浆水 头 和 泥浆 密 度 ) ； 泥 浆 的 强度 ( 孔壁失稳时 ， 泥浆 受到 挤压 ， 泥浆 强度 有 阻止 孑 L 壁滑 塌 的作 用 ) ； 泥皮 强 度 ( 泥 皮 有一 定 的粘 接 强 度 可 以 阻止 孔 壁 滑 塌 ) 。根据槽壁应力状态 的变化 及土 体 的抗剪强 度理 论 ， 槽 壁 的稳定 条件 为 ： 0 中 或 s i n 0 s i n 根据有效应力原 理泥浆临 界的比重 为 ： ( n 1 + - n r ，中 一 2 ( 1 一 A ) f商 r tl + ( 1 一 n ) + - y r l _( 1 一 n ) 一 2 ( 1 一 A ) k 1 ( 1 一 n ) m一 玳 f 西 + 2 s i 椰 lm 当 I Y I 和 n均等 于 1时 ， 则泥 浆 的临 界 比重 为 ： ( 1 一s i n d P )一2 ( 1一 A) k 0， s y w+ 二 7 式 中 一 土 的浮 容重 ； y 一 水 的 比重 ； k 。 一有效静止土压力系数 ； A 一土的孔隙应力参数 ； 中 一 土体的有效内磨擦角取 8 。 。 根据建新水库粘土心墙物理性能指标经计算槽孔 开挖最深孔位需泥浆 固壁的临界泥浆容重为 1 0 2 c m 。为保证槽孔开挖过程 中不存在 塌孔等现象 ， 经 现场试配建新水库泥浆配合 比见表 2 。 表 2 现场试配水泥 浆配合 比 3 2 3槽 孔 建 造 本工程共 投入 1台成槽机 配合 1台刷 壁器 和 4台 ( C Z一 2 2 、 C Z一3 0型 ) 冲击式 钻机造孔 ， 造孔 工艺 主要 由成 槽机 挖除 槽段土体 ， 冲击 钻机钻进 基础软 弱层岩 石 至弱 风化层 ， 冲击 钻 钻进的渣土采用抓斗法进行捞取， 直到捞不到渣土为止。防渗 墙按施工段分为 I 期槽孔和 I I 期槽孔 ， 成槽 机先 挖除 I 期 槽孔 土体 ， I 期槽孔挖除完毕后 ， 经检查各项 均符合施 工要求后 及时 浇注塑性混凝土 。I I 期槽孔在 I 期槽 孔塑性混凝土快要终凝时 进行槽挖 ， 槽挖 时用 成槽 机切 除 I 期 槽 孔 混凝 土侧 面 1 52 0 c m， 以保证 I 期 和 I I 期混凝土的接触 面结合 良好 。在槽孔 开挖 时要准确定位槽孔位 置 ， 同时严格 控制 槽孑 L 开挖 的垂直度 ， 以 保证 I 、 I I 期槽孔 的混凝 土不会产 生开 叉情 况发 生而影 响工 程 质量。在挖槽 孔过程 中一直保证 槽孑 L 内的泥浆 液面保 持在 导 墙顶以下 3 0 c m。 3 2 4清孔 换浆 造孔结束后 ， 应对造孑 L 质量进行全面检查。经检查合格方 可进行清孔换浆。本工程清孔换浆采用抓斗法进行清孔， 用成 槽机抓斗对每个单孔 进行反 复抓取并 换浆 ， 直至孔底 淤积厚度 满足要求。清孑 L 换浆结束后 1 h ， 根据规范规定应达到下列清孔 标准 ： 槽孔底淤积厚度不大于 1 0 c m； 孑 L 内泥浆的密度不大 于 1 1 g c m ， 粘度 不大于 3 0 S ， 含砂量 不大于 1 0 。 本工程清孔后 1 h的泥浆 密度 、 含砂量 、 粘度等各项指标均 在规范要求范围内。二期槽孔清孔换浆结束前， 清除接头混凝 土孔壁上 的泥皮 ， 用钢丝 刷子钻 头进行 分段 刷洗 ， 并 用成 槽机 抓斗捞取刷壁 时掉落在孔底 的泥渣 。刷 洗 的合格标 准是 ： 刷子 钻头上基本不带泥屑 ， 孑 L 底 淤积 不再增 加。清孔合格 后 ， 于 4 h 内开浇混凝土 。 3 2 5 防渗墙混凝土浇筑 混凝土浇筑采 用“ 直升导管法 ” ， 导管 内径 为 2 3 0 m m， 壁 厚 4 m m， 导管组装后 ， 要进 行密闭承压试验 ， 提升导 管采用 1 6 t 汽车 吊机作业。 4 塑 性 混凝土试 块 制作与 数据 分析 在塑性混凝 土施工过程 巾 ， 拌制混凝 土时随机对 机 口的同 盘混 凝土进行取样 检查 ， 同时 制作 塑性混 凝土 强度试块 、 抗渗 试块 及弹性模量试块 。各试块 的性能指标 见表 3 。 表 3 塑性混凝土试块抗压强度 、 弹性模 量、 渗透 系数 从表 3中 9组试块 的试验 结果 可以看 出渗透系数 均能满 足设 计要 求 ， 与强度及 弹性模量无 明显 的相关性 。而强度与 弹 性模 量之间可以看 出， 随着强度 的增 大 ， 弹性模 量也相 应增大 ， 它们 之间倾向于正 比关 系 ， 我们把试块 的强度相对应 的弹性模 量搬 到一个横坐标 代表强度 ， 纵 坐标代 表弹性模 量 的图上 ( 见 强度 与弹性模量 对 比图) ， 不 难看 到 ， 所对应 的点状分 布趋 向于 一 条直线 。由此可 以看 出塑 性混 凝土 的强度 与弹 性模量 有一 定 的关系 ， 当强度 越高其弹性模 量越大 。同时从现场试块 的性 能指标与室内配合比试验的性能指标 比较， 现场的弹性模量值 及抗压强度基本上都 比试验的大 ， 由此可见， 现场的配合 比计 量 、 泥浆环境 、 温度对 性混凝土 的性 能指标影 响较大 ， 特 别对 于控制塑性混凝土 弹性 模量 的主要 材料 膨润 土用量 应严格 按 配合 比进行控制 ， 否则将严重影响塑性混凝土 的性能指标。 5 结论 ( 1 ) 应用于土坝 中的塑性混凝土防渗墙关键要控制好 混凝 土 的弹性模量才能保 证低 弹模 塑性混凝 土 的特性 。因此塑 性 混凝土防渗墙 的强度指标 、 弹性模量 的设 计指 标应进行多 方面 综合考虑和室内试验进行确定 ， 找一个 合适 的设 计指标十 分关 键 ， 才能保证施工中防渗墙的质量达到设计的初衷。 ( 2 ) 塑性混凝土的施工是水下施工 ， 施工工艺要求较 高 ， 槽 孔内的泥浆性能与混凝土的各项指标有着较大 的影响。 ( 3 ) 塑性混凝土在建新水库中应用总体来说是成功的， 其 在 施工中的一些 施工方法 和工艺 对我 省相应 抓斗 槽孔施 工及 防渗墙施工具有一定的借鉴作用。 ( 4 ) 槽孑 L 的垂 直度 控制 十分重要 ， 本工 程采用 先进 的抓斗 成槽机进行施工 ， 其抓 斗上有 上下 、 左 右 的侧 向板 以保证槽 孔 的垂直度 ， 同时抓斗上有 声纳 电子测 量 系统 ， 可 以直观地 观测 槽孔开挖的垂直度， 便于及时调整。 ( 编校 ： 郭宝 丽 ) 收 稿 日期 ： 2 0 1 01 11 2