论文部分内容阅读
【摘 要】 本文通过我国湖南省团山坡水库的塑性混凝土防渗施工的案例，对塑性混凝土的发展应用，以及混凝土的防渗墙的设计等方面进行分析，期望能更好的促进塑性混凝土在水利工程中的应用。
【关键词】 塑性混凝土；施工；防渗墙；设计
随着我国经济持续稳定地向前发展，每年用于江河治理，大坝防渗等地下防渗墙工程（简称防渗墙）的投资规模达几千亿元，且防渗墙工程项目有逐年递增的趋势。防渗墙施工在市政工程中比较常见，施工工艺及方法也比较成熟，相关规范比较多。塑性混凝土防渗墙施工尽管可参考相关规范及借签类似工程施工经验，本文就结合我国湖南团山坡水利工程的塑性混凝土防渗墙设置的例子，并且对这个工程的塑性混凝土防渗墙设计及质量控制进行研究，从而不仅表明了对于依托工程的现实指导意义，更进一步完善防渗墙施工工艺及方法，为类似工程和相关工程积累资料和提供参考。
一、工程案例
我国湖南团山坡水库是一座以防洪、灌溉为主，兼顾水产养殖等综合利用的小（Ⅰ）型水库，该水库于1972年动工，1973年建成蓄水后发现渗漏，历经续建与灌浆处理，效果不太明显。后来经省水利厅批复，2009年10月至2011年该水库进行了除险加固工程，采用以塑性混凝土防渗墙及帷幕灌浆为主，输水洞位置采用高喷灌浆为辅的处理方案，使大坝形成一个完整封闭的防渗体系，有效解决了水库的渗漏问题。塑性混凝土防渗墙的设计可以很好的促进其所依托工程的质量，因此，必须加强对塑性混凝土防渗墙的研究。
二、塑性混凝土防渗墙的发展应用状况
塑性混凝土是指水泥用量较低，并掺加较多的膨润土、黏土等材料的大流动性塑性混凝土，具有低强度、低弹模和大应变等特性。目前我国水库土坝普遍存在，但部分由于抗渗坡降低，填筑质量差，坝后发生大面积管涌、流土、散浸等渗透破坏现象，同时还因为管理不到位，所以时常发生垮坝事件。随着我国科学技术和社会经济的高速发展，当务之急就是有效解决水库土坝的防渗加固问题。
塑性混凝土防渗墙因为其本身具有低强度、大应变和低弹模等特性，在水库土坝防渗加固中被广泛应用。
三、塑性混凝土及塑性混凝土防渗墙的主要特点
塑性混凝土可以通过控制其配合比较大幅度的改变变形模量。国内外的试验研究和工程实践表明，通过改变配合比可以使塑性混凝土的变形模量变化范围达50～1000MPa。当确定了与防渗墙最优应力状态相应的变形模量之后，即可通过配合比试验找到与最佳变形模量塑性混凝土相应的配合比；对于绝大多数的土体来说，都可以设计出与其变形模量相近的塑性混凝土防渗墙。塑性混凝土的极限应变值比刚性混凝土大的多，因而抗裂性能好；在三向受力条件下，塑性混凝土强度提高幅度很大；这就使塑性墙在实际工作状态下安全系数大大提高；塑性混凝土水泥用量少，造价低；塑性混凝土防渗墙的防渗性能良好，而且随着时间的推移，其防渗效果越来越好；塑性混凝土防渗墙施工方法与刚性墙基本相同，但塑性混凝土的和易性更好；塑性混凝土防渗墙抗震性能好于刚性墙；塑性混凝土防渗墙与大坝防渗体连接较简单；塑性混凝土强度不高，用于临时性工程，如围堰等，便于拆除。
四、塑性混凝土防渗墙的设计
（一）塑性混凝土防渗墙的设计深度
原则上塑性混凝土防渗墙底部的嵌入相对于不透水层1m左右，其顶部嵌入坝体防渗体中。目前，团山坡水库土坝塑性混凝土防渗墙深度大多在20～26m之间。
（二）塑性混凝土防渗墙墙体厚度的确定
防渗墙的厚度达到墙体耐久性、抗渗性的满足度，能够达到墙体变形和应力要求的同时，还应对施工设备及地质情况等因素充分进行考虑。由于我国的防渗墙设计没有相关的规范来制约，防渗墙的渗透稳定分析和渗透计算以及变形计算、强度都没有相关规范的理论和计算方法。根据防渗墙破坏时的水力坡降在设计过程中来确定墙体的厚度，计算公式如下：
式中：Hmax为作用在防渗墙上的最大水头差（m）；K为抗渗坡降安全系数，一般取3～5；Jmax为防渗墙渗透破坏坡降，JP为防渗墙渗透允许坡降。
根据国内一些已建成的塑性混凝土防渗墙试验表明，配合比合适的塑性混凝土防渗墙抗机械破坏的水力坡降可超过300，如果采用普通塑性混凝土的安全系数取K=5时，则JP为60。当前国外确定塑性混凝土防渗墙厚度时多采用Jp=50～60假定防渗墙承受的最大水头差与坝前水深相同，计算得防渗墙厚=0.7～0.9m。墙体厚度最重要的两个因素为抗渗耐久性和墙体结构强度。考虑防渗墙与四周土体的相互作用，为保证防渗墙有足够的强度，参考类似工程经验，大坝塑性混凝土防渗墙墙体厚度确定为0.8m。
（三）墙体材料
参考国内外己建防渗墙的经验，柔性防渗墙一般采用塑性混凝土作为墙体材料。这种材料有抗渗性能好，变形模量低，极限应变值大，适应变形能力强等特点。
塑性混凝土防渗墙的设计指标为：28d弹性模量800～I000MPa抗压强度不小于2.5MPa，渗透系数<（1～9）x10-8cm/s，配合比见表1。
表1 塑性混凝土配合比（kg）
五、塑性混凝土防渗墙设计施工应注意的问题
（一）斜孔控制
由于本工程最大施工深度达26m，易产生斜孔，严重时将使防渗墙发生错位，必须加以防范。施工时要及时测量成墙铅直度，按不超过4‰控制，发现孔斜及时处理。
（二）墙体灌注
墙体混凝土浇筑采用直升导管法灌注。用15m3攪拌运输车运至现场后混凝土输送泵车进行灌注。灌注导管沿槽孔轴线布置，槽孔两端的导管距孔端控制在1.0～1.5m，采用双导管，导管间距控制在4.0m以内。安装导管时，导管底部出口与孔底板距离应控制在15～25cm，如实测孔底高差大于25cm则将导管中心放在该导管控制范围内的最低处。 （三）抓接头连接
如果不能对防渗墙的接头处的薄弱部位进行很好的处理，在接缝部位可能会产生集中渗漏，如果更严重的话就会流失墙后地基土，然后使得坝体塌陷。就像我国的某水库接头管法的采用，一期槽孔塑性混凝土后4～6h后进行浇筑，槽孔两侧的接头管先进行拨掉，再进行下一序孔冲洗，同时抓除接头管处半圆塑性混凝土不少于1/3，接着使用机带钢丝刷清拉刷毛塑性混凝土结合面，可以更好的完成质量要求。但是仍有待加强接缝面的处理工作，因为目前对接缝面质量检查还限于上部甚至上半部，不能全部的代表中低部接缝质量。
（四）连续浇筑成墙
浇筑塑性混凝土连续性很好，浇筑过程中要注意对以下几点的避免，如浇筑事故、机械故障等原因使得浇筑产生的中断，因故中断必须小于30min。与此同时要很好的塑性混凝土面质量进行保证，槽内塑性混凝土上升速度不得低于2m/h。当砼浇筑过程不顺时，可以让导管上下抖动，但是上提导管的幅度比不应大于30cm，如果在浇筑过程中发现塑性混凝土中混入泥浆或者导管漏浆的情况发生，应立即停止浇灌，及时有效的采取一定的措施对其进行预防，不能长期拖延，防止造成槽内塑性混凝土流动性失去，造成更大损失发生。
（五）槽形验收
检验指标为槽宽、槽深、垂直度。槽宽、垂直度的检验可采用仪器测量法或探笼法.要求槽孔斜率不得大于0.4%.接头套节孔的两次孔位中心在任一深度的偏差值不得大于设计墙厚的1/3；用测绳检验槽深的量测，同时还需要加强有经验的技术人员在其中抽样，然后根据地质勘察资料质检的对比，最后再对深入强风化层1m以上或深入至弱风化岩层面0.5m的情况进行确认，然后进行终极的研究确定。确定所有的槽深、槽宽、垂直度都符合要求，而且轴线偏差不超标，再来进行下一道工序施工。
（六）混凝土养护措施
在施工现场常常会发现混凝土发生固化。这是因为水和水泥常常會发生水化反应从而导致混凝土固化。发生水化反应的混凝土常常会出现裂缝。除了水化反应的影响，温度的骤降也极易造成浇筑体出现裂缝。因此在浇筑的初期利用相应的措施实施养护，对混凝土进行保温措施护理可以有效防止表面出现裂缝。保温措施主要集中在以下几个方面：首先要避免混凝土长期暴露在温度较低的地方，尽量保持稳定的混凝土表面温度。其次是要尽量减少混凝土的内外温度差，防止混凝土出现裂缝。最后是加大对混凝土的养护，保持混凝土的最佳品质保障施工的顺利进行随着经济的快速发展，建筑市场对混凝土的需求日益加大。只有不断研究、创新、不断提高混凝土的施工水平，从而保障施工的质量安全和施工过程的顺利进行。
六、结束语
本文通过对我国某水利工程的塑性混凝土防渗墙的实际以及其质量控制、施工技术等方面进行分析。塑性混凝土的防渗墙技术发展以及应用的过程中不仅形成自己完善的施工技术和相关的管理与安全技术，并且同时实现安全高效快捷的目的。这样的效果就是在以后类似的工程中可以根据这种已有经验，可以更好的做到安全、高效、快捷、经济。
参考文献：
[1] SL174-96，水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范.北京：中国水利水电出版社；1997.
[2]高钟璞，大坝基础防渗墙.北京：中国电力出版社；2000.
【关键词】 塑性混凝土；施工；防渗墙；设计
随着我国经济持续稳定地向前发展，每年用于江河治理，大坝防渗等地下防渗墙工程（简称防渗墙）的投资规模达几千亿元，且防渗墙工程项目有逐年递增的趋势。防渗墙施工在市政工程中比较常见，施工工艺及方法也比较成熟，相关规范比较多。塑性混凝土防渗墙施工尽管可参考相关规范及借签类似工程施工经验，本文就结合我国湖南团山坡水利工程的塑性混凝土防渗墙设置的例子，并且对这个工程的塑性混凝土防渗墙设计及质量控制进行研究，从而不仅表明了对于依托工程的现实指导意义，更进一步完善防渗墙施工工艺及方法，为类似工程和相关工程积累资料和提供参考。
一、工程案例
我国湖南团山坡水库是一座以防洪、灌溉为主，兼顾水产养殖等综合利用的小（Ⅰ）型水库，该水库于1972年动工，1973年建成蓄水后发现渗漏，历经续建与灌浆处理，效果不太明显。后来经省水利厅批复，2009年10月至2011年该水库进行了除险加固工程，采用以塑性混凝土防渗墙及帷幕灌浆为主，输水洞位置采用高喷灌浆为辅的处理方案，使大坝形成一个完整封闭的防渗体系，有效解决了水库的渗漏问题。塑性混凝土防渗墙的设计可以很好的促进其所依托工程的质量，因此，必须加强对塑性混凝土防渗墙的研究。
二、塑性混凝土防渗墙的发展应用状况
塑性混凝土是指水泥用量较低，并掺加较多的膨润土、黏土等材料的大流动性塑性混凝土，具有低强度、低弹模和大应变等特性。目前我国水库土坝普遍存在，但部分由于抗渗坡降低，填筑质量差，坝后发生大面积管涌、流土、散浸等渗透破坏现象，同时还因为管理不到位，所以时常发生垮坝事件。随着我国科学技术和社会经济的高速发展，当务之急就是有效解决水库土坝的防渗加固问题。
塑性混凝土防渗墙因为其本身具有低强度、大应变和低弹模等特性，在水库土坝防渗加固中被广泛应用。
三、塑性混凝土及塑性混凝土防渗墙的主要特点
塑性混凝土可以通过控制其配合比较大幅度的改变变形模量。国内外的试验研究和工程实践表明，通过改变配合比可以使塑性混凝土的变形模量变化范围达50～1000MPa。当确定了与防渗墙最优应力状态相应的变形模量之后，即可通过配合比试验找到与最佳变形模量塑性混凝土相应的配合比；对于绝大多数的土体来说，都可以设计出与其变形模量相近的塑性混凝土防渗墙。塑性混凝土的极限应变值比刚性混凝土大的多，因而抗裂性能好；在三向受力条件下，塑性混凝土强度提高幅度很大；这就使塑性墙在实际工作状态下安全系数大大提高；塑性混凝土水泥用量少，造价低；塑性混凝土防渗墙的防渗性能良好，而且随着时间的推移，其防渗效果越来越好；塑性混凝土防渗墙施工方法与刚性墙基本相同，但塑性混凝土的和易性更好；塑性混凝土防渗墙抗震性能好于刚性墙；塑性混凝土防渗墙与大坝防渗体连接较简单；塑性混凝土强度不高，用于临时性工程，如围堰等，便于拆除。
四、塑性混凝土防渗墙的设计
（一）塑性混凝土防渗墙的设计深度
原则上塑性混凝土防渗墙底部的嵌入相对于不透水层1m左右，其顶部嵌入坝体防渗体中。目前，团山坡水库土坝塑性混凝土防渗墙深度大多在20～26m之间。
（二）塑性混凝土防渗墙墙体厚度的确定
防渗墙的厚度达到墙体耐久性、抗渗性的满足度，能够达到墙体变形和应力要求的同时，还应对施工设备及地质情况等因素充分进行考虑。由于我国的防渗墙设计没有相关的规范来制约，防渗墙的渗透稳定分析和渗透计算以及变形计算、强度都没有相关规范的理论和计算方法。根据防渗墙破坏时的水力坡降在设计过程中来确定墙体的厚度，计算公式如下：
式中：Hmax为作用在防渗墙上的最大水头差（m）；K为抗渗坡降安全系数，一般取3～5；Jmax为防渗墙渗透破坏坡降，JP为防渗墙渗透允许坡降。
根据国内一些已建成的塑性混凝土防渗墙试验表明，配合比合适的塑性混凝土防渗墙抗机械破坏的水力坡降可超过300，如果采用普通塑性混凝土的安全系数取K=5时，则JP为60。当前国外确定塑性混凝土防渗墙厚度时多采用Jp=50～60假定防渗墙承受的最大水头差与坝前水深相同，计算得防渗墙厚=0.7～0.9m。墙体厚度最重要的两个因素为抗渗耐久性和墙体结构强度。考虑防渗墙与四周土体的相互作用，为保证防渗墙有足够的强度，参考类似工程经验，大坝塑性混凝土防渗墙墙体厚度确定为0.8m。
（三）墙体材料
参考国内外己建防渗墙的经验，柔性防渗墙一般采用塑性混凝土作为墙体材料。这种材料有抗渗性能好，变形模量低，极限应变值大，适应变形能力强等特点。
塑性混凝土防渗墙的设计指标为：28d弹性模量800～I000MPa抗压强度不小于2.5MPa，渗透系数<（1～9）x10-8cm/s，配合比见表1。
表1 塑性混凝土配合比（kg）
五、塑性混凝土防渗墙设计施工应注意的问题
（一）斜孔控制
由于本工程最大施工深度达26m，易产生斜孔，严重时将使防渗墙发生错位，必须加以防范。施工时要及时测量成墙铅直度，按不超过4‰控制，发现孔斜及时处理。
（二）墙体灌注
墙体混凝土浇筑采用直升导管法灌注。用15m3攪拌运输车运至现场后混凝土输送泵车进行灌注。灌注导管沿槽孔轴线布置，槽孔两端的导管距孔端控制在1.0～1.5m，采用双导管，导管间距控制在4.0m以内。安装导管时，导管底部出口与孔底板距离应控制在15～25cm，如实测孔底高差大于25cm则将导管中心放在该导管控制范围内的最低处。 （三）抓接头连接
如果不能对防渗墙的接头处的薄弱部位进行很好的处理，在接缝部位可能会产生集中渗漏，如果更严重的话就会流失墙后地基土，然后使得坝体塌陷。就像我国的某水库接头管法的采用，一期槽孔塑性混凝土后4～6h后进行浇筑，槽孔两侧的接头管先进行拨掉，再进行下一序孔冲洗，同时抓除接头管处半圆塑性混凝土不少于1/3，接着使用机带钢丝刷清拉刷毛塑性混凝土结合面，可以更好的完成质量要求。但是仍有待加强接缝面的处理工作，因为目前对接缝面质量检查还限于上部甚至上半部，不能全部的代表中低部接缝质量。
（四）连续浇筑成墙
浇筑塑性混凝土连续性很好，浇筑过程中要注意对以下几点的避免，如浇筑事故、机械故障等原因使得浇筑产生的中断，因故中断必须小于30min。与此同时要很好的塑性混凝土面质量进行保证，槽内塑性混凝土上升速度不得低于2m/h。当砼浇筑过程不顺时，可以让导管上下抖动，但是上提导管的幅度比不应大于30cm，如果在浇筑过程中发现塑性混凝土中混入泥浆或者导管漏浆的情况发生，应立即停止浇灌，及时有效的采取一定的措施对其进行预防，不能长期拖延，防止造成槽内塑性混凝土流动性失去，造成更大损失发生。
（五）槽形验收
检验指标为槽宽、槽深、垂直度。槽宽、垂直度的检验可采用仪器测量法或探笼法.要求槽孔斜率不得大于0.4%.接头套节孔的两次孔位中心在任一深度的偏差值不得大于设计墙厚的1/3；用测绳检验槽深的量测，同时还需要加强有经验的技术人员在其中抽样，然后根据地质勘察资料质检的对比，最后再对深入强风化层1m以上或深入至弱风化岩层面0.5m的情况进行确认，然后进行终极的研究确定。确定所有的槽深、槽宽、垂直度都符合要求，而且轴线偏差不超标，再来进行下一道工序施工。
（六）混凝土养护措施
在施工现场常常会发现混凝土发生固化。这是因为水和水泥常常會发生水化反应从而导致混凝土固化。发生水化反应的混凝土常常会出现裂缝。除了水化反应的影响，温度的骤降也极易造成浇筑体出现裂缝。因此在浇筑的初期利用相应的措施实施养护，对混凝土进行保温措施护理可以有效防止表面出现裂缝。保温措施主要集中在以下几个方面：首先要避免混凝土长期暴露在温度较低的地方，尽量保持稳定的混凝土表面温度。其次是要尽量减少混凝土的内外温度差，防止混凝土出现裂缝。最后是加大对混凝土的养护，保持混凝土的最佳品质保障施工的顺利进行随着经济的快速发展，建筑市场对混凝土的需求日益加大。只有不断研究、创新、不断提高混凝土的施工水平，从而保障施工的质量安全和施工过程的顺利进行。
六、结束语
本文通过对我国某水利工程的塑性混凝土防渗墙的实际以及其质量控制、施工技术等方面进行分析。塑性混凝土的防渗墙技术发展以及应用的过程中不仅形成自己完善的施工技术和相关的管理与安全技术，并且同时实现安全高效快捷的目的。这样的效果就是在以后类似的工程中可以根据这种已有经验，可以更好的做到安全、高效、快捷、经济。
参考文献：
[1] SL174-96，水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范.北京：中国水利水电出版社；1997.
[2]高钟璞，大坝基础防渗墙.北京：中国电力出版社；2000.