塑性混凝土防渗墙在土石坝中的应用及其质量控制

张猛 李利剑

摘 要：塑性混凝土是用黏土和膨润土取代普通混凝土中的大部分水泥形成的一种柔性工程材料。与普通混凝土相比，塑性混凝土弹性模量低、极限应变大、能适应较大变形、抗渗性能好，同时还具有节约水泥、降低造价、施工方便等优点。因此，在国内外被广泛用作防渗墙墙体材料。本文对塑性混凝土防渗墙在土石坝中的应用及其质量控制进行了相关的分析，以供大家参考借鉴。

关键词：塑性混凝土；混凝土防渗墙；土石坝；质量控制

引 言：混凝土防渗墙是水利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 塑性混凝土防渗墙的特点

塑性混凝土与我国早期防渗墙采用的黏土混凝土有本质的区别。黏土混凝土仅是在配合比中加入了少量的黏土，水泥用量并未大幅度降低，掺加黏土的目的仅为了改善混凝土的和易性和便于钻凿接头孔，并无降低弹性模量的目的。而塑性混凝土的特点是水泥用量较少，一般约为80～170kg/m3，另外还掺加部分黏土或（和）膨润土（塑性指标较高），对其它材料用量的要求与一般混凝土基本相同。调整配比之后，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，渗透系数小（K=1×10-6～1×10-7cm/s）。塑性混凝土防渗墙则具有在低强度和低弹性模量下适应地基应力变化的特点，确保墙体不被外力破壞，而不需提高混凝土的等级或增加钢筋笼，故能大大节省工程投资。

2 土石坝塑性混凝土防渗墙工程施工过程

2.1修建施工平台及导向槽

在造孔过程中，为了防止钻具撞击孔口，槽孔的泥浆、废水等在孔口处漫流.保护孔口的土体稳定，防止坍塌，造孔前应设导向槽。导向槽的轴线与防渗墙轴线平行，槽口宽度为1.0m，导墙宽0.8m，深15m。设置纵向受力钢筋，以增大其拉应力。施工平台宽1lm，铺15cm厚碎石以满足安装钻机轨道的需要。

2.2槽段划分及施工成槽

槽段的长度应尽量加长，以减少槽段间接头数量，提高墙体的整体性。宜采用冲击钻与液压抓斗相结合的“两钻三抓”成槽方式，即用冲击式钻机钻槽孔两端的接头孔，槽段中间部分用“三抓”完成。它的优点是既保证了端孔的造孔精度，又可增加槽长，充分发挥抓斗的效用，加快了施工进度。冲击钻的特点是比较容易控制槽孔的垂直度。此外，冲击钻在槽内成千上万次的冲击作用和积压作用，对基础的密实度、同壁、防止槽壁坍塌和漏浆等起到了重要作用。同时，液压抓斗的成槽和清孔速度快，容易控制槽孔的垂直度。在黏土层中采用空心钻头，将主孔依次冲击到底，在碎石层、砂砾石、基岩地层采用“十”字形铸钢钻头钻进，抽砂筒出渣。

2.3混凝土浇筑

采用直升导法浇筑水下混凝土，导管直径为220mm为宜，每个槽段设2组导管，间距为2.5m，导管和槽口与储料斗连接，由混凝土输送泵往储料斗送料。开浇前，导管内应设置可以浮起的隔离塞球，初浇前先将料斗口用带钢绳钢板封闭，向料斗内泵入一盘砂浆，再注满混凝土，然后同时拉开封底钢板，料斗内混凝土同时推挤皮球，通过皮球将泥浆从导管底部排出。预计混凝土到孔底后冲击钻机轻提料斗，使皮球从导管底端浮出，混凝土填埋管底，并保证导管初次埋深不小于50cm。因此在浇筑前要计算好上次封底的混凝土方量，导管封底后应随即向料斗内注入混凝土。在浇筑过程中，控制各料斗均匀下料，并根据混凝土上升速度起拔导管，导管埋混凝土的深度保持在1.0～6.0m。混凝土供应强度满足t升速度不小于2m/h的要求。

2.4泥浆固壁

塑性混凝土防渗墙施工过程中，固壁泥浆直接影响施工进程和槽壁稳定，并能起到冷却钻头、润滑钻具、悬浮岩屑以及防止坍孔的作用。覆盖在壁面上的泥皮的约束作用及渗入槽壁土层内泥浆所起的对地层的固结作用，不仅有利于防止槽壁土颗粒坍落，还可减少地层变位和增加壁面强度。同时，泥浆本身又具有一定的抗剪强度，如同稳定塑性体，能发挥其被动抵抗力作用支撑槽壁。这些因素的综合作用，保证了槽壁的稳定。

2.5清孔换浆

抓斗在抓孔过程中，会有部分细砂或其他岩渣悬混在泥浆中，然后逐渐沉淀到底孔。抓斗在挖掘槽底部时也会遗留少部分细砂和岩渣，这些淤积物都必须在混凝土浇筑前清理干净，否则，会给墙体质量带来危害。造孔结束以后，经检验、检测、终孔合格后，需进行清孔换浆。清孔换浆可先用反循环泵吸法或气举法，先采用抓斗捞取槽孔大部分淤积和大颗粒沉渣，然后用泥浆槽底正循环置换法清孔。

2.6墙体塑性混凝土浇筑

塑性混凝土的浇筑采用泥浆下直升导管法，导管采用直径为250mm的钢制导管，丝扣连接，导管安装用16t吊车或冲击钻辅助下设。一期槽端导管距孔端或接头管间距为1～1.5m，二期槽间距不大于3.5m，每孔设3套导管。开浇前导管内的隔水栓为球塞方式，导管料斗下部用隔板盖住，导管距孔底的距离大于球塞的直径，以使浇筑混凝土时球塞能被挤出导管口。混凝土输送泵将塑性混凝土送至槽口大储料斗。再经溜槽分流至各导管料斗，储料斗和导管漏斗盛满混凝土后提出隔板进行正常浇筑。

2.7槽段连接

墙段连接采用接头管法，即在一期槽孔浇筑前在槽孔两端下设钢管，待混凝土初凝后，按一定的速度将其拔起，形成混凝土接头孔。采用接头管法有许多优点，比如，能节省混凝土浇筑量，槽段之间易连接，二期槽孔容易用钢丝刷清除表面泥皮等；缺点是提拔导管的阻力较大，受槽孔深度限制如掌握不好混凝土初凝时间容易造成堵管及混凝土坍落。

3 土石坝塑性混凝土防渗墙施工质量控制措施

3.1槽孔深度控制

防渗墙的墙底高程达到插入相对不透水层以下2.0m，冲击钻机钻进时，要根据地质报告将钻孔钻进至设计底高程，采用重垂法测量实际孔深。此外，液压抓斗抓深应由实际取样决定，每抓出一斗，观察取出的岩样，确定地层成分。每抓都要抓取岩样；取出的岩样要保存，以便确定相对不透水层顶面高程。

3.2塑性混凝土原材料质量控制

原材料的质量是决定工程质量的关键。在施工中，对于组成塑性混凝土的各种材料，严格按规定要求进行检验，不合格的材料绝不允许进入工地。水泥和膨润土每批材料都必须有出厂检验单，并取样按批量送试验室检验。进场的膨润土、水泥以及黏土均应采取防潮措施，钢筋采取防锈措施。施工拌制塑性混凝土所用水采用清水泵抽取的井水，并对水质进行检验。砂石骨料每500m3，进行一次包括筛分、含泥量、泥块含量、含水量、饱和面干吸水率及有机质含量在内的全面分析，以确保原材料质量。

3.3严格执行塑性混凝土配合比

塑性混凝土各原材料用量要严格执行施工配合比，严禁不用称量仪器而直接凭经验上料。混凝土拌和前要对砂、石骨料的含水率进行测定，据此来调整骨科和水的实际用量；在浇筑混凝土的过程中，也要经常检测砂、石骨料的含水量情况。

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（和）膨润土（塑性指標较高），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，只掺加膨润土的塑性混凝土、只掺加黏土的混凝土和同时掺加膨润土和黏土的塑性混凝土的三种混凝土具有不同的效果。

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只掺加膨润土的塑性混凝土较好，但影响塑性混凝土防渗墙弹性模量的因素较多，如黏土和膨润土的黏粒含量和塑性指标、水泥的标号和品种、骨料的粒径和硬度（各种试验表明，骨料粒径大的塑性混凝土所能承受的强度和变形能力比骨料粒径小的塑性混凝土要小得多，即在塑性混凝土中宜选择一级配的粗骨料）、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，设计单位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，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，以确定塑性混凝土施工配合比和最佳施工参数。

3.4称量系统

塑性混凝土的拌和系统具有先进精确性能的称量系统，使用PK124型配料控制器和HD1500型顺序配料控制器自动控制单位混凝土所用的原材料，称量精度达到0.1%。搅拌前，将砂、石骨料单盘用量数值输入配料控制器，则料斗内的砂、石骨料由动力传感器传递信号给控制器，当称量为斗内的材料重量达到设定数值时，配料控制器自动停止上料。水泥、黏土和膨润土用人工方法上料，单盘黏土掺入量取整数值，以整袋数掺入，水泥和膨润土则由专人称量单盘掺入量。拌和用水量由时间继电器自动控制，供水装置的供水能力为9.23L/s，输入单盘用水量的供水时间，当供水达到设定值时就会自动停止供水。

3.5塑性混凝土入导管前的质量控制

塑性混凝土由混凝土搅拌机拌和后经过混凝土输送泵。再由混凝土输送管道输送到分料盘。分料盘的设置要使分料斗的位置高出浇筑导管上口，分料盘设有3股分料斗，分别连接在3根导管的上入口处。为保证导管内混凝土面高度保持一致，塑性混凝土到达分料盘后，经3根导管同时进入槽孔。浇筑时，分料盘由两名浇筑员看守，当混凝土进入分料盘后，如发现有超径的石料或未搅拌开的水泥团，即用铁锹铲除，不合格的物料严禁进入导管。

4 结束语

总之，塑性混凝土防渗墙相比于传统的混凝土防渗墙结构而言，具有成本低、成墙质量高、成墙整体性好、厚度均匀连续、质量可靠、防渗效果好、耐久性好等优点。因此，就需要我们在施工中进一步加强对质量的控制，以扩大塑性混凝土防渗墙在水利工程中的应用力度。

参考文献：

[1]黄荣峰.塑性混凝土防渗墙在土坝防渗加固中的应用与探索[J].城市建筑，2013（03）.

[2]魏焕发.塑性混凝土防渗墙在土石坝工程中的应用[J].治淮，2011（03）.

[3]朱家云.混凝土防渗墙施工质量控制浅析[J].西部探矿工程，2010（08）.