塑性混凝土防渗墙【塑性混凝土防渗墙在新庄水库达标加固整治工程中的应用】

　　提 要：塑性混凝土是一种新型柔性防渗墙体材料。它具有抗渗性能强、弹性模量低、极限变形大等特点，其适应变形能力较强，对于改善防渗墙体的应力状态具有重要意义。新庄水库大坝加固所采用的塑性混凝土防渗墙，墙高32.86m，墙厚0.4m，防渗总面积4941㎡。防渗墙底伸入残积土层深度不小于2m，防渗效果显著。
　　关键词：塑性混凝土；防渗墙；施工工艺
　　
　　1 工程概况
　　新庄水库位于花都区花东镇铜鼓坑上游，集雨面积6.32k㎡，设计总库容632万m3，是一座具有灌溉、防洪等综合效益的小（Ⅰ）型水利工程。水库建于1958年2月，经多年运行，大坝、放水涵和灌区干渠等主要建筑物存在着不同程度的问题。虽经1979年和1996年等多次加固改造，但加固措施单一，致使水库工程仍带病运行，直接危及下游人民生命财产的安全。
　　2008年，新庄水库经大坝安全鉴定评定为“三类坝”。水库蓄水后主坝体存在较严重的渗漏问题，必须对主坝坝体采取防渗处理设计。
　　2 大坝防渗处理方案
　　2.1 坝体渗漏情况
　　根据地质勘测资料显示，该水库主坝坝体为均质填筑土（主要为花岗岩残积土），压实度较差，水库蓄水后坝体存在渗漏问题。主坝坝体中间沟谷部位有冲积成因的粗砂层，渗透性等级属于强透水，水库蓄水后存在较为严重的渗漏问题，需进行防渗加固处理。
　　2.2 防渗方案比较
　　防渗起点桩号是ZB0+005，截止桩号为ZB0+211处，共计防渗长度206m。根据类似工程的经验对坝体可采用的防渗形式主要有：劈裂灌浆、高压旋喷灌浆和塑性混凝土防渗墙。
　　2.2.1 劈裂灌浆：采用双排布孔，布孔间距为10m，造孔深度深入残积土层不小于2m，泥墙的设计厚度为0.2m。浆液的容重为1.3～1.6t/m3，粘度20～70s，稳定性0.1～0.15g/cm3，胶体率＞70%，失水量10～30cm3/30min。泥浆中掺入0.5%～1.0%的水玻璃，掺入15%的水泥。每米孔深灌浆量为1m3。
　　2.2.2 高压旋喷灌浆：旋喷形式采用三管法，旋喷桩的直径为0.8m，相邻桩之间的相互搭接为300mm，形成混凝土防渗墙的有效厚度为0.62m。注浆深度为进入残积土层不小于1m。高压水泥旋喷灌注的水泥强度等级42.5级，水泥浆液的水灰比为1.0，水泥用量为450kg/m，高压水泥土旋喷桩设计强度为2.0MPa（28天）；施工时三管法高压水射流的压力应不大于20MPa。施工完毕后采用水泥粘土浆封孔。
　　2.2.3 塑性混凝土防渗墙：塑型混凝土防渗墙的配合比为：水泥200kg，膨润土80kg，水260kg，砂子848kg，石子848kg，外加剂0.66kg。采用混凝土防渗墙施工方法简单、施工后质量容易保证。塑性混凝土防渗墙的厚度为0.4m，混凝土防渗墙沿坝顶轴线方向防渗墙底伸入残积土层深度不小于2m。设计墙体采用塑性混凝土，混凝土的28天龄期抗压强度为4Mpa，抗压强度大于2.5Mpa，渗透系数不大于1×10-7，弹性模量为500～800Mpa。
　　2.2.4 三种施工方法的比选
　　大坝坝基防渗处理方案比选
　　2.3 防渗方案选定
　　防渗方案比较可以看出：采用劈裂灌浆，工程投资少，但是施工难度大，会对坝体和坝坡混凝土面板造成破坏，且质量难以保证。采用高压旋喷灌浆，工程投资大，施工质量容易保证。采用塑性混凝土防渗墙，施工方法简单，质量有保证，工程投资较为经济。本工程区位于经济较为发达的珠江三角洲，工程的设计标准应采用超前的标准，以保证和当地的社会经济发展相适应。
　　综合多方因素考虑，本工程采用投资较为经济，质量容易保证、施工方法简单的塑性混凝土墙防渗方案。
　　3 主要施工工艺、方法
　　本工程塑性混凝土防渗墙施工采用薄壁抓斗法造墙，主要施工工序为：修筑施工平台、造孔及泥浆护壁、清孔验收、槽孔水下混凝土浇筑。
　　3.1 施工平台
　　主坝坝顶高程55.7m向下游填土6m，作为施工平台及施工临时道路；距主坝坝顶轴线上游侧1.3m修筑导向槽（净宽0.3m，T型C20混凝土结构），施工设备沿导向槽布置。
　　3.2 造孔
　　本工程采用“三抓法”的施工方案，液压抓斗机先抓取槽段的主孔，再抓取中间的副孔成槽。槽段划分为Ⅰ、Ⅱ序槽段，各槽段开挖长度同为7.5m，每个槽段分为两个主孔及一个副孔，先施工Ⅰ序槽段，后施工Ⅱ序槽段。正式造孔前应先进行先导孔的施工，以确定各项施工参数。槽段成槽前在导向槽上放样标识孔位，将抓斗孔位后进行垂直造孔。首先施工槽段两端2.8m的主孔，主孔完成后再抓中部1.9m的副孔，主、副孔完工即该施工槽段成槽完工，形成比较规则的矩形槽。
　　3.3 清孔验收
　　造孔结束后，应对造孔质量进行全面检查。经检查合格后进行清孔换浆。清孔采用抓斗抓取淤泥，利用下设潜水排污泵抽浆，并及时用新鲜泥浆补充。清孔换浆结束1h后，达到下列标准：
　　（1）孔底淤积厚度不大于10cm；
　　（2）泥浆参数为：槽内泥浆比重不大于1.1g/cm3，粘度不大于35s，含砂量不大于3%，清孔换浆工作即结束。
　　3.4 水下混凝土浇筑
　　（1）塑性混凝土设计指标：28d弹性模量800～1000MPa，抗压强度≥2.5MPa，渗透系数＜（1～9）×10-8cm/s，配合比主要采取：水泥200kg、膨润土80kg、水260kg、砂848kg、石848 kg、外加剂0.66kg，具体根据试验情况进行适当调整。
　　（2）清孔换浆合格后，应于4h内开浇混凝土。施工采用人工推车按配合比运料入混凝土搅拌机的料斗并拌制，再通过水下混凝土浇注机浇注。混凝土浇注采用直升导管法，导管内径选用200～250mm，导管的连续和密封必须可靠。导管底口距槽底应控制在15～25cm范围内，开浇前导管内应置入可浮起的隔离塞球，开浇时应先注入水泥砂浆，随即浇入足够的混凝土，挤出塞球并埋住导管底端，混凝土终浇顶面应高于设计高程50cm。
　　3.5 质量检查
　　对混凝土墙质量的检查，分为施工阶段检测和墙体质量检查两部分。
　　（1）施工阶段的检查：防渗墙轴线位置，槽孔深度，混凝土现场搅拌质量等。
　　（2）墙体质量的检查：随机开挖防渗墙一侧至检测位置，检查墙体平整度，墙体连接缝和取样等。
　　3.6 设备配置
　　防渗墙施工中，先后采用了CSF-40型造墙机、IJ100-125-30多级泵（30Kw、75Kw各1台）、ZJ-400制浆机、BX3-120-1电焊机等一批防渗墙施工设备。采用每个台班24小时完成2个槽孔的进度，约1个月左右全面竣工。
　　4 防渗墙质量评价
　　新庄水库大坝防渗墙于2011年9月开始施工，2012年12月完工。经检测，防渗墙变形曲线光滑，无明显错位，运行状况良好，起到了很好的防渗效果。塑性混凝土防渗墙成功地在新庄水库达标加固整治工程中的应用，有效解决了水库蓄水后主坝体存在较严重渗漏这一难题，为今后塑性混凝土防渗墙在小型水库除险加固工程中的应用提供了宝贵的经验和实例。