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塑性混凝土防渗墙 在土石坝中的应用及其质量控制 聂小红 唐 东明 ( 1 湖北大禹水利水电建设有限责任公司 湖北 武汉4 3 0 0 7 4 ： 2 湖北省漳河工程管理局 湖北 荆门4 4 8 1 5 6 ) 摘要 近年来， 在土石坝防渗加固中， 混凝土防渗墙加 固是一项应用较多且行之有效的技术。 本 文结合工程实例 ， 从塑性混凝土坝料及墙体材料配比设计、 施工方法、 施工质量控制等 方面阐述 了塑性混凝土防渗墙在 山西侧 田水库大坝除险加固中的应用经验，并总结了 质量控制措施， 为混凝土防渗墙工程施工质量控制提供了参考。 关键词 土石坝加固； 混凝土防渗墙； 质量控制 中图分类 号 ： 1 V 5 4 3 8 文献标识 码 ： B 混凝土防渗墙是水利水电及市政工程中 较普遍采用的一种地下连续墙。其利用专用 的造槽机械设备成槽， 并在槽孔 内注满泥浆 ， 以防孔壁坍塌 ，最后用导管在注满泥浆的槽 孔 中浇注混凝 土并置换 出泥浆 ， 筑成墙体 。 1工程概况 山西侧田水库位于桑干河干流上，总库 容 5 8亿 。大坝为均质 土坝 ， 采用水 中填 土和 碾压 法 筑坝 ，坝 体最 高为 4 1 5 m，全 长 1 0 8 0 m， 分为主坝、 南副坝、 北副坝。 本文主要 对南副坝坝基防渗处理进行分析，南副坝坝 高 1 0 5 m， 坝长 3 3 0 m， 覆盖层深 2 0 m且多为 沙土、 砂砾石及沙层， 地层条件十分复杂。防 渗墙 为普 通混 凝 土 ， 墙厚 O 8 m， 混 凝土 强 度 等级为 C1 0 。 侧田水库南酉 4 坝防渗墙工程在国内外首 次对塑性与刚性混凝土进行结构静力、动力 对比 分析， 最终采用塑性混凝土。并进行大量 配合比试验， 每立方混凝土水泥用量仅 8 0 k g ， 以及对黏土、膨润土掺加工艺采用湿掺法等 施工工艺 ， 都对常规 防渗墙工艺有重大突破。 2坝料及墙体材料设计 深入分析塑性混凝土的物理力学特性 、 抗渗性能、 耐久性， 以确定侧田水库南副坝塑 性混凝 土防渗墙设计方案 和施 工配合 比。 2 1 坝料 表 1 侧 田水 库南副 坝坝基 砂料及 土料 E B模型 试验参数 表 参数 n C m 砂 料 1 8 0 0 1 6 1 0 3 6 8 07 4 2 1 0 8 0 _ 3 l 土 料 5 7 0 4 6 l O 1 6 2 8 _ 3 0 6 3 6 1 5 - 8 0 7 7 9 表 2 侧 田水 库南副 坝塑性 混凝土 配合 比表 单位体积混凝土材料用量( k g m 2 ) 外加剂( ) 编号 水泥 黏土 膨润土 粉煤灰 水 砂 石 D H 4 一 A Y N H 1 1 0 0 1 2 0 1 0 0 31 1 6 91 8 4 3 l 2 8 0 1 4 0 5 0 3 7 0 6 9 6 7 4 0 O 2 5 3 7 0 1 3 O 3 0 5 0 3 7 0 6 7 4 71 7 O 3 1 4 8 0 1 6 0 4 0 3 4 0 6 8 9 81 7 O 4 5 1 2 O 1 5 0 3 0 3 3 0 6 6 3 8 5 3 表 3 侧 田水库 南副坝 塑性 混凝土 施工配合 比及 主要指 标 单位体积 棍凝土材料用量 特性指标 膨润 D H 4 坍落 扩散 水泥 黏土 砂子 石头 水 嚣 E2 8 p 2 8 土 一 A 度 度 2 1 x 8 0 7 0 5 0 6 5 5 7 9 3 3 5 0 0 4 21 41 1 2 3 9 7 0- 3 3 7 1 0 4 流符合一般的工程处理措施 ， 但 由于刚性的 深而薄的混凝土墙夹在较柔软的砂性土坝基 中， 如何考虑接触面形式及参数， 对防渗墙的 应力及变形会产生较大的影响 】 。本文通过 二维有限元方法计算 ， 考虑防渗墙与坝基土 体之间泥皮的作用， 采用接触单元， 适当减少 摩擦系数 ，得出的防渗墙应力及变形能较好 地符合其实际运用情况，为土石坝的安全设 计提供必要 的依据 ，可供相关 工程设计 人员 借鉴。陕西秘 剩 参考文献 1 】 郑秀培著土石坝地基混凝土防渗墙设 计与计算 M】 北京： 水利电力出版社 ， 1 9 7 9 2 】 朱伯芳著 有限单元 法原理与应用( 第二 版 ) 【 M】 北 京 ： 中 国水利 水 电 出版社 ， 1 9 9 8： 51 0 5 1 4 【 3 张金有， 李桂庆 哈拉沁水库大坝防渗墙 应力与变形分析 人 民黄河， 2 0 0 7 ， 2 9 ( 4 ) 【 4 】 陈剑 ， 卢廷浩 结构形式及接触面参数对 防渗墙应力变形的影响分析U 】 水利水电技 术 ， 2 0 0 3 ， 3 4 ( 1 1 ) 5 】 孙明权， 常跃 影响混凝土防渗墙 内力及 变形 的 因素 分析 U 】 人 民黄 河， 2 0 0 6， 2 8 ( 4) ( 责任 编辑 ： 黄灵 芝) 结合侧 田水库混凝土防渗墙周围所 接触的坝体坝基土料进行土工试验， 将取 自大坝 下游 与 坝基 砂 料 相近 的 中砂 以及 大坝坝体内约 3 m深的原状土进行邓肯 张 E B模 型参数试 验。 2 2塑性混凝土 根据 国 内外对 塑 性 混凝 土 的监 控 标 准， 侧田水库南副坝结合实际情况采用的 塑性混凝土 的设计标准为 ： E 5 0 0 M P a ( 弹性模量 ) ， R = 1 0 M P a 2 5 M P a ( 抗压强 度) ， K 1 x 1 0 _ 7 c m s 。同时还需要复核的 参数有 9 0 d的弹性模量 E 9 0 ， 2 8 d和 9 0 d的 两个龄期的 c值以及 值， 7 d 、 1 4 d 、 2 8 d 、 9 O d龄期 的抗 压强度 R 、 R。 、 R 2 8 、 R 。 结 合 塑性 混 凝 土含 有 大量 的土料 以 及所处 的地质 条件 等因素 ， 采 用塑性 混凝 土弹性模量、极限变形和 C 、 中值在三轴 仪上进行试验 ，最后认为以下配比最优。 如 表 3所示 。 侧 田水库南副坝塑性混凝土防渗墙 竣工完毕后， 经检查孑 L 斜率满足施工规范 要 求 ， 槽 孔质量 为优 良。经槽 口取样 试验 结果表明该塑性混凝土 的平均抗压强度 R 2 8 = 1 8 ， 弹性模量 E z s = 6 9 0 ， 模墙 比3 8 3 ， 渗 透系数 K 1 0 6 x l O m s 。总体来说 ， 主 要指标均满足设计要求。 3混凝土防渗墙施工质量控制 针 对塑性 混凝 土 防渗墙施 工 流程 ， 对 其主要环节的施工质量加以控制。 3 1 槽 孔划分 对于划分槽孔 ， 应充分考虑地基的工 程地质和水文地质条件 、混凝土供应强 度 、 施 工 部位 、 造 孔 方法 及 延续 时 间等 因 素。 侧田水库混凝土防渗墙槽孔划分为一 期、 二期孔 ， 奇数号为一期槽孔 ， 偶数号为 二期槽孔 。 为避免坝体槽孔集中受力而产 生裂缝 、 漏浆、 塌孔等事故， 施工顺序采用 先施一期槽孔 ， 其次二期槽孔。每个槽孔 分为 主副两孔 ， 塑性混 凝土 防渗墙 共五 个 槽段， 长度 6 8 m。 每个槽孔主孔四个、 副孔 三 个 ，主 副 孔单 孔 长 度 分 别 为 8 0 c m 和 1 2 0 c m 。 3 2槽 孑 L 建造 槽孔建造的施工方法根据不 同的地 层 条件 以及不 同的施 工器 具 ， 在不 同的施 工条件下选择两钻一抓法、 钻劈法和抓取 法等。在造孔机具的选择上 ， 其性能必须 达到设计要求的有关指标、 有较好的排渣 性能、 操作简便安全， 能灵活移动。 侧田水 库混凝土防渗墙采用 c z 一 2 2型冲击钻凿 表 4 防渗墙槽孔长度划分参考数值表 地 层 地下 水 比较稳 定 不稳 定 f m j 4 4 4 4 槽孔 深( m) 5 0 5 - 7 6 - 8 5 5 6 机， 主孔钻劲， 副孔劈打 ， 泥浆固壁 ， 用大 直径抽砂筒出渣。 3 3 施工用泥浆的制备 侧 田水库混凝土防渗墙在塑性混凝 土拌和方面采用 0 5 6 m 搅拌机， 黏土以泥 浆形式加入搅拌机内。再使用相关的测量 仪器对泥浆的密度 、失水量与泥饼厚度、 泥浆粘度 、 胶体率以及稳定性和含沙量进 行检测 ， 以选择满足性能指标的泥浆。当 然这些性能指标的选定必须结合施工底 层特征 、 施工部位、 造孔方法、 不同用途等 实际情况。同时在施工的不同环节其性能 指 标的测 定也 有所 差异 ， 如在 鉴定黏 土 的 造浆性能时 ， 需要测定的是胶体率 、 相对 体积质量 、 稳定性 、 黏度 、 含沙量 ； 在确定 泥浆配合 比时， 静切力 、 失水量 、 泥饼厚度 和 p H值是需要额外加以测定的。 3 4清孔换浆 清孔是通过置换泥浆、抽取孔底沉 渣 、 接头刷洗的方法进行的， 必要时使用 空压机进行辅助清渣。 侧 田水库工程在使 用 环砂 石 泵或 潜水 排 污 泵 吸 出槽底 沉 渣 和槽内泥浆的同时补人新鲜 的或者是 已 经被过滤 处理的泥浆来 置换 孔 内含 有大量 砂石和岩屑的泥浆。清孔换浆完工后检查 验 收 ， 泥浆取样 质量标准 是： 孔 底淤积 厚度 不大于 l O O m m； 使用膨润土泥浆时， 槽内泥 浆密度不大于 1 1 5 g c m ，含砂量不大于 6 ； 当使用黏土泥浆时， 槽内泥浆密度不 大于 1 3 g c m3 ， 含砂量不大于 1 0 。 3 5混凝土浇筑 混凝 土 浇 筑是 整 个施 工 过 程 中最 重 要、 最复杂的环节， 是影响混凝土防渗墙施 工质量的重要因素。 若浇筑速度太快， 会对 相邻的混凝土产生一定程度的拉力，可能 会将其拉裂形成水平或斜向的裂缝，泥浆 或淤积物也因此容易进入裂缝而影响混凝 土的质量。 若浇筑速度过慢， 会影响到混凝 土初凝时 间， 从 而影响到导管 的提升工作 。 因此在浇筑混凝土时，必须保证拌和物的 质量和浇筑过程的连续性 。 浇筑前 ， 拟定浇 筑 方案 ， 绘制 浇筑指示 图 ， 核对浇 筑方量 。 在混凝土 的浇筑 速度把握方面 ，可通过量 测单位时间内混凝土面的上升高度而得 出。本次工程实践 中对 混凝土浇筑速 度下 限规定为不小于 2 m h 。 4结语 文中以山西侧田水库工程概况为出发 点 ，在进行坝料及墙体材料设计实验研究 前 提下 ，从混凝土 防渗 墙施工流程 的重要 环 节着手 ，对混凝 土防渗墙施工进行 管理 与控制，使得整个塑性混凝土防渗墙的质 量得到了很好的控制。工程竣工后的检验 试验结果表明，均达到了设计要求的各项 指标。其经验对今后的混凝土防渗墙施工 的质量控制具有参考意义。陕西水利 参考文献 1 】朱家云， 江友 彬 混凝 土防渗墙施 工质量 控制浅析 1 西部探矿工程 2 0 1 0 年第8 期 【 2 】 侯 鸿飞 水利工程施 工 与质 量控制 简析 【 M】 黄 河水利 出版社 2 0 0 9年 8月 3 王清友， 孙万功， 熊欢 塑性混凝土防渗 墙f M 中国水利水电出版社 2 0 0 8 年 4月 4 薛云峰 混凝 土 防渗墙 质 量控 制 及检 测技 术研 究【 D】 中南大学 2 0 0 7年 5月 5 】 李景龙 混凝土防渗墙在土石坝加固 中的应用研 究【 D】 山东大学 2 0 0 5年 5月 ( 责任 编辑 ： 黄灵 芝) O 、 oC C o