摘要：塑性混凝土防滲墻具有低強(qiáng)度、低彈模和適應(yīng)性等特性，因此被廣泛應(yīng)用在水利工程防滲加固中。本文結(jié)合汕頭某水利防滲工程實(shí)例，通過(guò)分析其滲透原因，對(duì)塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

　　關(guān)鍵詞：水利工程,塑性混凝土,防滲墻設(shè)計(jì)

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，有效解決水利工程的防滲加固問(wèn)題成為當(dāng)務(wù)之急。塑性混凝土防滲墻較混凝土防滲墻具有彈性模量低,適應(yīng)變形能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),是土質(zhì)壩基垂直防滲的首選形式。還出于它具有良好的和易性和比剛性混凝土有較長(zhǎng)的終凝時(shí)間，因而易于水下混凝土澆注。同時(shí)由于其強(qiáng)度低，便于防滲墻槽接頭施工和保證接頭質(zhì)量。

　　1工程概況

　　某水電工程是一項(xiàng)中型跨流域調(diào)水發(fā)電工程，其水庫(kù)樞紐利用天然地形條件，封堵暗河以山體作壩建庫(kù)。副壩基礎(chǔ)古河道防滲與暗河拱堵頭、山體防滲灌漿帷幕共同組成樞紐擋水建筑物。該工程為Ⅲ等中型工程，擋水建筑物為3級(jí)。

　　副壩位于暗河右側(cè)的古河道，利用古河道的原狀沖洪積層和兩岸的崩坡積體作為壩體材料，經(jīng)開(kāi)挖和局部回填形成副壩，副壩壩頂高程1185m，壩頂長(zhǎng)度210m，壩頂寬13m，最大壩高7m。古河道底基巖呈開(kāi)敞“u”型。最低基巖面高程1137m。副壩防滲體采用塑性混凝土防滲墻，墻頂高程1181.5m，墻長(zhǎng)193.2m。墻厚0.8m，墻底最低高程1135.8m，平均墻深31.1m，最大墻深達(dá)45.7m。

　　2防滲體設(shè)計(jì)

　　2.1防滲體的型式及布置

　　防滲體采用塑性混凝土防滲墻，墻頂高程按水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位l180.68m加安全超高確定為1181.5m。墻底要求嵌入兩岸及河床基巖內(nèi)1.0m，墻底最低高程1135.8m。

　　2.2有限元計(jì)算

　　2.2.1基本數(shù)據(jù)

　　1)水庫(kù)特征水位

　　校核洪水位：1185.2m(P=0.2%)

　　設(shè)計(jì)洪水位：1180.68m(P=2%)

　　正常蓄水位：1180m

　　汛限水位：1177m

　　死水位：1140m

　　2)塑性混凝土物理力學(xué)指標(biāo)

　　容重：2.0～2.3t/m3

　　浮容量：1.0～1.3t/m3

　　抗壓強(qiáng)度：2～3MPa

　　彈性模量：500～800MPa

　　水力梯度：60

　　抗?jié)B：W6

　　安全系數(shù)：K=6

　　塑性混凝土非線彈性指標(biāo)見(jiàn)表1。

　　表1防滲墻塑性混凝±非線性彈性參數(shù)

　　2.2.2計(jì)算工況及荷栽組合

　　計(jì)算工況為水庫(kù)正常蓄水情況，并考慮壩體開(kāi)挖施工過(guò)程。計(jì)算選用副壩0+118.5m樁號(hào)斷面。

　　荷載組合為：施工過(guò)程荷載+墻體自重力+正常蓄水后的水作用力。

　　2.2.3應(yīng)力、應(yīng)變分析

　　1)塑性混凝土的力學(xué)模型

　　計(jì)算選用鄧肯一張模型進(jìn)行靜力作用下的強(qiáng)度分析：強(qiáng)度準(zhǔn)則采用莫爾一庫(kù)侖強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。

　　2)數(shù)值分析

　　計(jì)算采用大型巖土工程數(shù)值分析軟件系統(tǒng)FINAL源程序，容納了非線性彈性，彈塑性，粘彈塑性、損傷斷裂等巖土材料的多種本構(gòu)模型.對(duì)巖土工程的施工方法和施工步驟可進(jìn)行跟蹤模擬分析。

　　①有限元模型及邊界條件

　　在墻上游取100m，下游取45m，整個(gè)分成953個(gè)三角形6節(jié)點(diǎn)高精度等參元。89個(gè)高精度節(jié)理元，節(jié)點(diǎn)總數(shù)4120。

　　②節(jié)理單元參數(shù)

　　實(shí)際計(jì)算中節(jié)理單元參數(shù)如表2所示。

　　表2節(jié)理單元參數(shù)

　　③計(jì)算結(jié)果

　　考慮基巖為全風(fēng)化情況，墻體彈模分別選500、800、1200MPa幾種類型，依據(jù)前述參數(shù)及理論，計(jì)算正常蓄水時(shí)防滲墻的應(yīng)力和變形。

　　由些可見(jiàn)，在墻體彈模為500MPa、墻體最大壓應(yīng)力σmax為2.778MPa，其值小于抗壓強(qiáng)度指標(biāo)3MPa;當(dāng)墻體彈模為800MPa，σmax為3.399MPa，比抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)高13.3%：當(dāng)墻體彈模為1200MPa時(shí)，σmax比抗壓強(qiáng)度指標(biāo)高32.3%;整個(gè)墻體均受壓，不出現(xiàn)拉應(yīng)力。墻體位移：彈模愈小，變形愈大，且最大水平位移為216.4mm，出現(xiàn)在淤泥層處。

　　2.3墻體材料設(shè)計(jì)

　　防滲墻深?yuàn)A于古河道覆蓋層中，其后有延伸達(dá)3km的深厚覆蓋層作支承，下部為巖石基礎(chǔ)，不存在整體破壞問(wèn)題。為適應(yīng)壩體和壩基不均勻沉陷引起的變形，并避免因強(qiáng)度不夠發(fā)生局部開(kāi)裂而影響防滲效果，參考國(guó)內(nèi)外已成工程經(jīng)驗(yàn)，確定墻體材料采用低彈、高強(qiáng)的塑性混凝土。

　　2.3.1塑性混凝土的設(shè)計(jì)指標(biāo)

　　1)設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度R90=4.0～5.0MPa抗折強(qiáng)度T>1.5MPa

　　2)初始切線彈模：E=800～1000MPa

　　3)抗?jié)B標(biāo)號(hào)：W6

　　4)強(qiáng)度保證率：P=90%

　　5)強(qiáng)度離差系數(shù)：Cv=0.15

　　6)澆筑地點(diǎn)坍落度：18～22cm(塌落度保持16cm以上的時(shí)間應(yīng)大于1h)。

　　7)擴(kuò)散度：34～40cm

　　8)凝結(jié)時(shí)間：初凝>6h，終凝<24h

　　9)混凝土密度：>2.1t/m3

　　2.3.2配比試驗(yàn)采用的原材料

　　結(jié)合工地實(shí)際情況，試驗(yàn)所用的各種材料就近選用以降低工程造價(jià)。

　　1)水泥采用勉縣水泥廠所產(chǎn)425號(hào)普通硅酸鹽水泥.質(zhì)量應(yīng)符合國(guó)標(biāo)(GB2938—862)的各項(xiàng)技術(shù)要求。

　　2)砂料采用勉縣黃沙河砂場(chǎng)所采黃砂。細(xì)度模數(shù)2.4～2.8，含泥量<1%。

　　3)粘土采用工地附近土料場(chǎng)的粘土。含粘粒量>50%、塑性指數(shù)>20、含砂量<5%。

　　4)膨潤(rùn)土采用洋縣產(chǎn)的膨潤(rùn)土，質(zhì)量應(yīng)符合石油工業(yè)部部頒標(biāo)準(zhǔn)《鉆進(jìn)液用膨潤(rùn)土》(SY5060—85)Ⅱ膨潤(rùn)土的要求。

　　5)骨料采用工地現(xiàn)場(chǎng)加工而成的骨料，粒徑5～20mm，含泥量<0.4%。

　　6)用水應(yīng)符合水工混凝土拌制用水質(zhì)量要求。

　　7)為滿足混凝土的各項(xiàng)技術(shù)要求，可使用緩凝劑高效減水劑、引氣劑等混凝土外加劑，但應(yīng)符合混凝土外加劑應(yīng)用的有關(guān)技術(shù)規(guī)范，同時(shí)力求操作簡(jiǎn)單，易于控制施工質(zhì)量。

　　2.3.3選定施工用配合比

　　混凝土防滲墻由于上下游為軟基，為適應(yīng)變形，原設(shè)計(jì)為粘土水泥塑性材料并進(jìn)行了有限元計(jì)算。由于當(dāng)?shù)卣惩敛缓细瘢�改用膨�?rùn)土塑性混凝土防滲墻，施工單位委托西北水科所進(jìn)行試驗(yàn)，最終確定的配比是：水泥180kg/m3，碎石837kg/m3，砂707kg/m3，膨潤(rùn)土180kg/m3，水274kg/m3，混凝土性能R28=4.05MPa，抗?jié)B≥S6。

　　3防滲墻施工的2個(gè)突破

　　混凝土防滲墻要穿透的古河道深厚覆蓋層下基巖起伏變化大，特別是崩坡積層及湖積層砂卵石層塊石含量大(最高70%)，石質(zhì)堅(jiān)硬，加之水下開(kāi)挖爆破，難度極大。監(jiān)理、設(shè)計(jì)和施工單位克服重重困難.不斷修正設(shè)計(jì).取得了成功，并實(shí)現(xiàn)了2個(gè)突破：

　　1)人工成槽和機(jī)械成槽同時(shí)并舉。修正后防滲墻全長(zhǎng)201.3m，厚度80cm，共分33個(gè)槽段。2009年6月沖擊鉆試鉆中，發(fā)現(xiàn)抓斗成槽機(jī)在硬度高塊體大的石中無(wú)法發(fā)揮效能，沖擊鉆極易發(fā)生孔斜、夾鉆、掉鉆等事故，因此，決定在古河道左右兩岸崩坡積層中采用人工開(kāi)挖護(hù)壁成槽，為減少塌孔并將槽段長(zhǎng)由8.4m、7.2m調(diào)整為以6m及6.8m為主

　　①機(jī)械成槽。中段18個(gè)槽段采用機(jī)械成槽。15～20號(hào)槽段用CZ一30沖擊鉆，10號(hào)、12～14號(hào)、21～28號(hào)槽段用CZ一22沖擊鉆，鉆頭采用2.5t，1.5t重的十字型沖擊錘，先主孔后副孔，主孔間距1m。成槽時(shí)以膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁，泥漿參數(shù)隨地層改變及時(shí)調(diào)整。槽內(nèi)孤石采用水下定向聚能爆破，施工中及時(shí)測(cè)斜并糾偏。清孔采用抽渣桶抽漿、換漿的辦法，二期槽段清孔前用刷子鉆頭刷壁，要求最終孔底沉淤厚度小于10cm。22～27號(hào)槽段最深達(dá)50m左右最高日平均進(jìn)尺10m(23號(hào))，由于塌孔事故處理或孤石含量大，最小日平均進(jìn)尺僅0.76m(20號(hào))。

　　②人工成槽。15個(gè)槽段采用人工護(hù)壁開(kāi)挖成槽施工，分別是2～9號(hào)，11，29～34號(hào)槽段。人工護(hù)壁采用30cm厚鋼筋(Φ12單層)混凝土護(hù)壁，護(hù)壁模板采用平面鋼模板，邊護(hù)壁邊支撐向下開(kāi)挖。每循環(huán)進(jìn)尺一般為1.3m，支撐用直徑大于10cm的硬質(zhì)圓木，每單元槽段共設(shè)4列支撐，間距1m左右。一期槽段兩端設(shè)30cm厚的混凝土隔墻，隔墻在二期槽段開(kāi)挖時(shí)拆除。在槽一端設(shè)鋼梯供施工人員上下，槽內(nèi)滲水由50m揚(yáng)程水泵抽出。槽內(nèi)孤石用防水乳膠炸藥解小，再用0.25m3吊土斗配1.5t卷?yè)P(yáng)機(jī)出渣。灌注混凝土?xí)r自下而上，逐步分段拆除支撐。槽段最深47m(29號(hào))，最高日平均進(jìn)尺2.45m/d(5號(hào))，最低1.3m/日(3號(hào))。

　　2)超深灌漿管的埋設(shè)。防滲墻下的基巖要進(jìn)行帷幕灌漿，若從中層灌漿洞向上打仰孔，難度大，質(zhì)量難保證。從防滲墻頂向下鉆孔，則孔斜可能打穿80cm厚的墻，高壓灌漿可能破壞墻體結(jié)構(gòu)。只能在墻體灌注混凝土過(guò)程中，預(yù)埋超高灌漿管。經(jīng)認(rèn)真研討，解決了這個(gè)問(wèn)題。灌漿管直徑Φ108，單節(jié)長(zhǎng)6m，用法蘭連接。管與管間距2m。在機(jī)械成槽段，同一單元槽段內(nèi)三根灌漿管并列相連，整體吊入.灌漿管上每隔3m設(shè)鋼筋定位架，為加強(qiáng)底部定位架剛度，底部3層定位架鋼筋加粗，同一高度的定位架用Φl2鋼筋相連，吊人前，管底用兩層5mmx5mm鐵絲網(wǎng)綁罩，并在每根管底分別嵌套2塊直徑40cm厚10cm的混凝土塊，以利管底穩(wěn)定，使灌漿管垂直，終端管VI用鐵板點(diǎn)焊。

　　該防滲墻自2009年5月1日開(kāi)工，同年11月12日完工，共完成防滲墻造孔進(jìn)尺9408m，防滲墻澆筑7955m3。超聲波檢測(cè)結(jié)果：平均波速2760～3100m/s，強(qiáng)度在3～4MPa，離差系數(shù)只有一個(gè)槽段大于5%，平均小于5%。說(shuō)明塑性混凝土防滲墻均質(zhì)性好，連續(xù)性好，無(wú)不良缺陷，相鄰槽段銜接和底部嵌巖均良好。

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)對(duì)河道深厚覆蓋層的地質(zhì)特點(diǎn)，采用膨潤(rùn)土塑性混凝土防滲墻，成功地解決了副壩基礎(chǔ)的防滲問(wèn)題。工程實(shí)施過(guò)程中，采用人工成槽和機(jī)械成槽并舉，同時(shí)克服了超深灌漿管埋設(shè)的難題。

　　參考文獻(xiàn)

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