大坝施工中塑性混凝土防渗墙设计计算及施工技术

李莹

（安徽水利开发有限公司，安徽 蚌埠 233000）

塑性混凝土是用适量的膨润土代替水泥，形成的一种具有弹性模量低、渗透系数小、粘聚性强等特点的高性能混凝土，在水利工程以及建筑地下工程中均有广泛应用。为取得预期的抗渗效果，应重点做好塑性混凝土配合比设计、防渗墙单宽渗流量计算等工作，从而为施工提供指导。另外，在施工过程中还要树立精细化的管理思维，从各个环节上采取严格的质量管控措施，才能切实提高大坝的防渗性能。

1 塑性混凝土防渗墙的设计计算

1.1 塑性混凝土的配合比设计

在原材料中，膨润土和粘土是两种影响塑性混凝土抗渗性能的关键材料。为了让塑性混凝土的抗压强度、弹性模量、抗渗性能等各项指标都能够满足大坝施工的要求，需要调整各类原材料的比例。分别制作多个试件，并验证各个试件的性能，选出符合防渗墙施工要求且性能最佳的试件，将其配合比作为塑性混凝土的配合比。表1 为6 种试件的物料配合比。

表1 不同试块的配合比（单位：kg/m3）

按照表1 制备塑性混凝土，并制作试件进行物理力学试验。其中4#试件的坍落度为220mm、28d 抗压强度为6.7MPa、弹性模量为948MPa、渗透系数为3.75×10-6cm/s，在6 种试件中性能最优。因此塑性混凝土的最终配合比为水泥：膨润土：砂：石子：减水剂：水=45：85：394：493：1.04：128。

1.2 塑性混凝土的性能试验

塑性混凝土的抗压强度、弹性模量试验，应参照《水工混凝土试验规程》（DL/T5150-2017）中的有关规定进行。以抗压强度试验为例，首先按照确定的物料配合比制作塑性混凝土，然后选择模具制作试件。为提高试验结果的可靠性，分别制作直径为120mm、高度为300mm 的圆柱体试件以及边长为150mm 的立方体试件进行抗压强度试验。试件养护时间≥14d，然后拆除模具后，放于压力试验机上进行性能测定。圆柱体试件的加载速度为 0.06-0.15MPa/s， 立方体试件的加载速度为0.02-0.05MPa/s。均匀加载，观察到试件开始破坏后，立即停止加载，在当前荷载下直到试件完全被破坏。记录此时的荷载，即为试件的抗压强度。

1.3 防渗墙的墙体渗流计算

单宽渗流量是评价坝体渗流情况的关键指标。目前常用的计算方法为：假定土石坝中坝体岩土为理想的均质材料，采用铅垂线将坝体横剖面划分成若干段，铅垂线上各点的流速和测压管水头为常数，利用各段省流量相等的条件联立求解，得出单宽渗流量，其计算简图如图1 所示。

图1 防渗墙计算模型

其计算公式如下：

式（1）中，q 为单宽渗流量，单位为m3/d；K 为大坝所在地区的岩土渗透系数，单位为m/d；H1、H2 分别为上、下游浸润线的垂直高度，单位为m；L 为上、下游浸润线之间的水平距离，单位为m。

2 塑性混凝土防渗墙的施工技术

2.1 导墙施工

导墙位于防渗墙两侧，采取平行布置方式。按照设计方案在场地上做好测量放线，采用“机械+人工”配合的方式，快速完成施工。使用挖掘机挖出导墙基本形状，然后替换为人工修整，使导墙的底部平整、侧壁光滑。两侧导墙应当以防渗墙的轴线作为参照，对称分布，导墙内侧净距离比设计的防渗墙厚度大60-80mm。导墙布置见图2。

图2 导墙布置

2.2 划分槽段

导墙成型后，做好保护工作。以防渗墙为基准，按照从左到右的顺序，根据设计好的槽段参数依次画出1#、2#……n#槽段。其中，1、3、5……等奇数槽段为一序槽，2、4、6……等偶数槽段为二序槽。在槽段开挖时，首先进行一序槽的施工，然后进行二序槽的施工，最后再进行一序槽的清槽换浆。槽段划分时，应结合地质勘测结果，如果是粘土层，槽段长度可控制在6.5-10.0m；若为砂砾石层，则槽段长度不宜超过6.0m。此外，施工方式也会产生影响，采用液压锯槽机、射水成槽机，槽段可适当加长；若采用液压抓斗、冲击钻，则要注意控制槽段长度。具体划分依据如表2 所示。

表2 大坝防渗墙槽段划分依据

2.3 制备泥浆

泥浆质量是决定防渗墙性能的关键因素。按照已经设计好的配合比制备塑性混凝土，其基本参数如表3 所示。

表3 塑性混凝土的基本指标

考虑到防渗墙施工所用混凝土的总量较大，并且水利工程施工现场环境复杂，为保证塑性混凝土的质量，工程中应采取预制厂提前制备，然后由砼车运输至现场满足浇筑要求的方式。塑性混凝土运输期间要做好保温、防雨、防尘等措施，并且严格控制运输时间，防止混凝土搁置时间太久出现泌水、离析等情况。

2.4 成槽施工

结合工程地质条件，考虑到深部岩层存在裂隙发育情况，因此成槽施工选择钢丝绳冲击式钻机。在划分出的槽段上，使用钢丝绳悬吊钻头，由电动机提供冲击力，使土体、岩层破碎。每一个槽段中，均需要钻出主、副两个槽孔，然后将两者相连。主孔负责钻深，副孔用于排渣。利用抽砂筒将破碎的沉渣取出，循序渐进，直到设计深度。

2.5 清槽换浆

成槽后注意检查成槽质量，槽段的长度、深度等基本参数必须达到施工要求。然后将槽段内部的碎石、泥渣等清理干净。清理时可以采取泥浆置换法，将泵管插入槽段底部，启动泵机注入新鲜泥浆；同时，再使用一台抽水泵吸出含有残渣的废浆。直到槽段内泥浆质量达到表4 标准后，停止换浆。

表4 清槽换浆后槽段内泥浆质量控制指标

2.6 浇筑混凝土

换浆完毕后，为避免槽底泥浆沉淀，需要在4h 之内开始塑性混凝土的浇筑作业，要求每个槽段必须一次性浇筑完成。使用“直升导管法”进行浇筑，把直径为200-240mm 的导管，插入到槽段的主孔中，每节导管长度控制在1.0-1.2m。对于槽段长度超过5m 的，可在槽段左右两端分别设置一根导管同时灌注混凝土，以提高作业效率。控制浇筑面上升速度，一般在3-5m/h，浇筑完毕后进行养护。养护结束检查浇筑面平整度，以最大高差＜50mm 为宜。

3 结论

大坝施工中选择塑性混凝土作为主体材料浇筑防渗墙，将显著提高坝体防渗、防裂效果。在防渗墙施工前，要做好砼配合比设计和渗流计算，在施工时要加强槽段开挖、砼浇筑等技术控制，确保工程质量达标。