关于塑性混凝土防渗墙浅谈.doc

1、关于塑性混凝土防渗墙浅谈 一、工程概况长潭水库坝体为粘土斜墙砂砾石坝，坝址处河床覆盖层为第四系全新统洪积砂卵石（渗透系数K=4.3*10-30.35cm/s，属中等强透水性）及上更新统冲洪积含泥砂卵石（渗透系数K=8.7*10-52.8*10-3cm/s，属弱中等透水性）。坝体斜墙粘土渗透系数K=2.12*10-62.35*10-4cm/s，属微中等透水性，土质均匀性较差，局部物理力学指标如干密度、渗透系数不能满足规范要求。大坝除险加固防渗设计采用80cm厚塑性混凝土防渗墙，最大深度67.25m，总长421m，截水面积18300m2（布置形式见下图）。二、造孔机械本工程采用钢绳冲击式钻机，这种

2、机械不仅适用于一般的软弱地层，亦可适用于砾石、卵石和基岩，且结构简单，技术成熟，易于维护，因此尽管效率较低，在防渗墙施工中仍被广泛采用。长潭水库除险加固工程由于工期紧、工程量大，为了满足进度要求，高峰期投入40台钻机，主要是CZ-22型和CZ-30型。钻头大都采用十字钻头，这种钻头适用于砂卵石层、风化岩层及基岩，钻头磨损后可补焊修理。少量采用空心钻头，为厚壁大直径无缝钢管，头部堆焊切割刃角，前端1/3处焊成翼翅。抽排沉渣采用抽砂筒。三、施工临时设施1、导向槽及施工平台导向槽是防渗墙施工之前修建的临时构筑物，主要作用是保护孔口的土体，防止坍塌。综合考虑地质条件、施工方法、槽孔深度等因素，导向槽深

3、度取1.2m，槽口宽度0.9m，底部和顶部均设置纵向受力钢筋，一旦导向槽下的土体坍塌，可形成连续或简支梁，确保钻机安全。2、泥浆系统由于当地粘土料储量丰富，且粘粒含量高，适于制备泥浆，所以采用当地粘土制浆。在右坝头布置制浆站，采用2m3卧式泥浆搅拌机制浆，并设沉浆池和储浆池。3、混凝土系统本工程防渗墙混凝土量大，为提高浇筑速度，改善混凝土浇筑质量，采用两套自动化搅拌站，型号*，混凝土运输采用两台混凝土泵，型号分别为HB-60和HB-80。对深度在40m以上的槽段，采用两套系统供料，提高浇筑速度。四、固壁泥浆泥浆的作用是在槽孔施工过程中，保持孔壁的稳定、悬浮和携带钻渣、冷却钻头。设计指标如下表：

4、密度漏斗粘度含砂量胶体率稳定性失水量泥饼厚1分钟静切力1.11.2g/cm31825S5%96%0.0330ml/30min24mm2.05.0N/m2固壁泥浆由泥浆泵沿固定输浆管送至各槽段，废浆经回收处理后重新使用。在砂卵石层钻进过程中也采取直接投入粘土进行制浆的方式。五、墙体材料长潭防渗墙墙体材料采用塑性混凝土，这是用膨润土取代普通混凝土中的部分水泥而形成的一种柔性墙体材料，它比普通混凝土的弹性模量小很多，与周围的土体的变形模量相近，因而能很好地适应地基变形，大大地减小了墙体内的应力，避免了开裂。塑性混凝土的设计指标如下表所列。抗压强度28d(mpa)抗拉强度28d(mpa)弹性模量（mp

5、a）极限水力坡降渗透系数60d(cm/s)掺入土料5.00.4512502501*10-7钠基膨润土塑性混凝土配合比委托省水利河口设计研究院试验室试验，经几个阶段的反复选择、论证，最后的施工配合比如下表所列：编号水胶比膨润土（%）外加剂掺量（%）砂率（%）每方混凝土材料用量（kg/m3）抗压强度28d（mpa）弹性模量（mpa）水水泥砂石子膨润土外加剂CT3-10.65401.9502652458108101637.757.71270CT3-20.70401.9502652279077421517.196.51105六、造孔防渗墙造孔按照按照预先划分好的槽段进行，采用间隔分序法施工，即先施工单

6、数的一期槽段，再施工双数的二期槽段。综合考虑工程地质与水文地质条件、造孔历时、混凝土供应强度及设备布置，将槽长定为9m和7m，共划分52个槽段。采用钻劈法造孔成槽，先钻进主孔，后劈打副孔，劈打副孔时在相邻的两个主孔中放置接砂斗出渣。副孔长度L=1.5d（d为主孔直径，即墙厚），由于钻头是圆形的，因此在主、副孔钻完后，其间会留下一些残余部分，俗称“小墙”，需要变换钻机和钻头的位置，从上至下把它们劈掉，从而形成一个完整、等厚度的槽孔。在钻孔过程中，需要将含大量钻渣的泥浆抽出，同时更换新浆。采用抽砂筒出渣，抽筒为底部设有活门的钢筒，由钢绳牵引向下运动时，活门被泥浆顶开，孔底泥浆进入抽砂筒，提升时自动

7、关闭，往复数次，抽筒内就装满了含大量钻渣的稠泥浆，即可提出孔口，倒入排渣沟。混凝土浇筑前需进行清孔，清除孔底淤积，置换新鲜泥浆，保证混凝土浇筑质量。采用气举排渣法，在浇筑导管内设一根风管，将高压空气注入导管底部，使用液气混合，利用密度差升扬排出孔底的沉渣。塌孔的处理：槽孔侧壁坍塌的原因有多种，如泥浆的质量，地下的影响，槽段土体的组成和密实度，孔口地面的荷载等。笔者认为钻机的动荷载和泥浆的质量是引起坍塌的主要原因，尤其对于密实程度较差的坝体填筑砂卵石，在长期动荷载作用下极易坍塌。泥浆最重要的功能之一就是支撑孔壁，泥浆最重要的功能之一就是支撑孔壁，泥浆的密度越大，对槽壁的稳定越有利，而孔口的泥浆由

8、于沉淀，会逐渐失去固壁作用。所以在施工过程中，要注意对钻机及时进行维修，保持良好工况，减小振动。对泥浆及时进行补充和更换，保证孔内泥浆的质量。本工程发生的坍塌大都集中在3539槽段，均为导墙下浅部坍塌，采用密打松木桩的办法进行了加固。漏浆和处理：本工程坝体和坝基覆盖层均为砂卵石，特别是坝体填筑料，限于当时的施工条件，坝体较为松散。据分析，漏浆多发生在坝体填筑基面处，最严重的漏浆发生在39#槽段，在下游坝脚处可见泥浆渗出。对一般的漏浆采取投入木屑、黄土或袋装膨润土的方式，并用钻头捣实以挤入缝隙，对严重的漏浆，则大量投入粘土将漏浆槽孔填满，过一段时间重新钻进。七、混凝土浇筑采用水下导管浇筑法，导管

9、内径250mm，丝扣连接，每个槽段设3组导管，导管间距3m。混凝土采用泵送，在孔口设料斗，开浇时储备足够的混凝土，保证一次封孔成功。槽孔混凝土的浇筑速度是影响混凝土质量的重要因素，速度太低会使混凝土坍落度损失，容易造成堵管，本工程的浇筑速度一般都达到68m/h，最高时可达10m/h。在浇筑过程中，定时测量混凝土面的上升情况，并与所浇入的混凝土量相核对，避免导管拔离混凝土面，并根据混凝土面的上升情况及时调整各导管的混凝土注入量，保证混凝土面的均匀上升。八、墙段连接采用钻凿法和拔管法相结合的连接方式。在一期槽孔浇筑混凝土前将3m长的接头管置于槽孔两端，然后浇筑混凝土，待初凝后，用吊机将接头管拔出，

10、从而在一期墙段的两端形成3m光滑的半圆柱面。3m以下采用钻凿法，将一期槽孔两端主孔凿除，同样形成一个半圆柱面，在清孔时用钢丝刷钻头进行反复刷洗，以清除泥皮，改善一、二期槽段连接效果。九、质量检查1、造孔检查：钻头的直径决定了槽孔的宽度，在造孔过程中，定期钻头的直径不得小于墙的设计厚度，终孔验收时，在槽孔内随处放入钻头，特别是主、副孔间，防止小墙的存在。2、钻孔偏斜：冲击式钻机在造孔过程中易受地质条件的影响而使孔位出现偏斜，因此在施工过程中要定期检查偏斜情况，并及时纠偏。终孔验收时一般采用重锤法测量孔斜，即在所检查的孔内吊入钻头，每2m测量一次钢绳的偏差，从而推算出该段的孔斜率。3、入岩深度：针

11、对不同的基岩面设计对防渗墙嵌入弱风化岩的深度有不同要求，基岩面高于-10.0m的，入岩深度不小于0.5m；基岩面对在-10.0m-20.0m的，入岩深度不大于0.5m；基岩面低于-20.0m的，入岩深度不大于0.3m。对于不大于0.3m的入岩要求，控制难度较大，必须增加取样频率，在接近设计提供的地质剖面图入岩高程时，每钻进10cm就取样一次，并且加强抽筒抽渣，使岩样能客观地反映基面情况。4、墙体质量检测：本工程采用钻孔取芯的方式对混凝土防渗墙进行成墙质量检查，使用300型岩芯钻机在墙机上获取试样，通过对试样的检查试验，了解墙体混凝土的情况，如有无夹泥和水平冷缝、混凝土密实程度、强度等。这种检测

12、方法的优点是比较简单直观，缺点是钻孔及试验时间长，检验的结果实际上是钻孔通过部位的混凝土样本，另外，钻孔对墙体还有一定的削弱甚至破坏作用。有文献表明，由于受施工、养护条件的影响，结构混凝土强度一般仅为标准强度的75%80%。而在泥浆中浇筑的混凝土强度更低于一般混凝土强度，而且强度的波动性大。所以当混凝土强度低于10mpa时，不宜在墙体上取芯，并且不应当以钻孔取芯的抗压强度值作为评判防渗墙混凝土强度是否合格的标准，只能作为了解混凝土防渗墙整体质量均匀性的参考。十、墙内仪器埋设防渗墙原型观测的项目有墙体的变形和渗透压力。使用的观测仪器有应变计、无应力计、固定倾斜仪、渗压计。应变计是用来量测防渗墙混

13、凝土体变形的，在墙体混凝土中，除了由于应力引起的变形外，还存在着由于温度、湿度以及水泥水化作用引起的“自由体积变形”，为了排除这种影响，就需要测出混凝土的自由体积变形，使用的就是无应力计。固定倾斜仪采取墙体内预埋导管，在导管中固定装设一连串的探头，每一探头监测一段长度倾斜值。应变计和无应力计埋设采用吊索法，将要埋设的仪器固定在悬吊于槽孔内的尼龙绳上，而后浇入混凝土中。尼龙绳下端固定于沉重块上，上端固定在孔口定位架上。防渗墙内共分三个断面，埋设42只应变计，11只无应力计，其中两个断面设固定倾斜仪，设13只探头。渗压计并不埋设在防渗墙内，而是埋设在防渗墙的上、下游侧，采取钻孔埋设。防渗墙前后各设

14、3只孔，前面每孔2只渗压计，后面每孔3只。十一、经验与体会1、钻机的改进：防渗墙施工高峰期共使用40台钻机，其中25台为CZ-22型、6台为CZ-30型，9台为ZZ-3型，CZ-22型钻机钻具最大重量为1300kg，CZ-30型为2500kg，ZZ-3型为2500kg。由于CZ-30型钻具最大重量约为CZ-22型的一倍，所以钻进时切削力大，重心稳，速度快，据统计CZ-30型的平均速度为*m/d，CZ-22型为*m/d。ZZ-3型钻机采用在防渗墙一侧设斜撑杆保持稳定，而CZ-22及CZ-30型均四角设拉风的方式。由于防渗墙施工工作面狭窄，运输机械往来频繁，采用撑杆可有效地避免相互干扰，部分CZ-

15、22、CZ-30型改装了撑杆后，效果明显，在使用大重量钻头时钻机稳定性也有明显改善。2、钻头的改进：本工程主要使用十字钻头，后逐渐增加了一些空心钻头。空心钻头为厚壁大直径无缝钢管制成，钢管内径达32cm，这种钻头主要用于钻进粘土层、砂壤土层等松软地层，钻进时阻力小，切削力大，重心稳，但实践证明，这种钻头对砂卵石层的钻进效果也十分明显。由于中间是空的，因此可将砂卵石击松，但大部分砂卵石不会被击碎，直接用抽筒抽取，可避免对砂卵石重复击碎，效率可大大提高。十字钻头的优点是适用于风化岩、卵石、漂石以及基岩等较硬的地层，对孔壁有挤压密实的作用，对孔壁稳定十分有利。本工程为加固工程，防渗墙所处地层大部分为坝体填筑砂卵石及原河岸砂卵石，透水性强，孔壁稳定性差。因此综合各种因素，采用十字钻钻主孔，钻进时孔内投粘土，挤压孔壁，副孔采用空心钻头劈打，相临主孔内放置接砂斗出渣。对于漏浆塌孔频发的槽段，切不可盲目追求速度，孔壁稳定是首要问题，可采取十字钻钻进主孔到底，再回填2/3孔深的粘土，副孔仍采用十字钻，不用接渣篮，最后主孔用空心钻掏孔。总而言之，空心钻的优点是效率高，但对于孔壁稳定不利，十字钻效率较低，但有利于孔壁稳定，对于不同的地质情况灵活采用不同的钻头和不同的钻进方式，可大提高效率。