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【摘要】云南省景东彝族自治县排沙河水库除险加固工程采用的防渗措施是粘土混凝土防渗墙。从混凝土防渗墙施工效果度检查结果看，粘土混凝土防渗墙具有优异的变形性能，并具有节约水泥、就地利用材料、降低造价等优点，是一种性能优异的除险加固处理措施。
【关键词】粘土混凝土防渗墙施工方法质量
1概况
排沙河水库除险加固工程位于云南省景东彝族自治县城正北面的锦屏镇董报村排沙河社，距县城直线距离12.5 km，公路里程27.8 km，地理位置为东经100°52.6′，北纬24°33.6′，有乡村公路可到达坝址，交通便利。坝址河底高程1518m，水库控制径流面积26.93km2，属红河流域川河水系，排沙河支流。排沙河水库除险加固工程始建于1998年2月，1999年3月建成蓄水。水库枢纽工程由大坝、溢洪道和输水隧洞组成。大坝为均质土坝。水库设计最大坝高52.33m，坝顶长187.5m，坝顶宽5.0m。水库总库容355万m3，兴利库容236万m3，为小（一）型水库，是一座以灌溉为主，兼顾防洪的综合性水库。
排沙河水库坝体主要填筑土料为含砾低液限粘土、碎石土、块石土，属残积土及泥岩、泥质粉砂岩全强风化料，局部含砾石、块石较多，粘粒含量偏低，加之碾压不均匀，夯压不密实，局部结构松散，层间结合差，存在软弱夹层及水平渗漏层，且抗剪强度偏低，导致坝体土存在严重渗漏，形成集中漏水点，形成接触冲刷和流土破坏，导致大坝纵断面发生沉降和上游坝坡多处沉陷变形，压缩变形不稳定；接触冲刷使得坝体稳定性更差，已危及大坝安全。为了解决大坝坝体、坝基严重渗漏及渗透变形等问题，排沙河水库除险加固工程的除险加固采用了防渗墙。为了适应坝基、坝体变形，防渗墙采用了粘土混凝土防渗墙。该措施在排沙河水库除险加固工程防渗处理中取得了较好的效果。
排沙河水库除险加固防渗墙工程从2010年11月17开始施工，至2011年3月9日完工，总工期112天（其中施工工期93天，春节假期19天），共完成造孔进尺10332.58m，浇筑混凝土4617.50m3，防渗墙成墙面积6110.16m2。
2 施工平台
排沙河水库除险加固工程防渗墙施工平台与导墙主要考虑到原坝土碾压松散，有可能在槽孔建造工程中容易造成孔壁坍塌，影响工程进度和增加施工难度，因此导墙由原设计的倒“┑”型导墙改为正“L”型增大地基承载能力和导墙的稳定性。考虑到在施工过程中钻机造孔对导墙的影响，增加了导墙配筋强度，分布筋由原设计直径8mm改为10mm。导墙的中心线与防渗墙轴线平行，导墙内侧间距比防渗墙厚度大10厘米，导墙为钢筋混凝土浇筑。
导墙外侧填土采用粘土掺和石灰、水泥形成三合土，采用夯机分层夯实，从而形成坚固、平整、适合于重型设备和运输车辆行走的施工平台。钻机轨道平行于防渗墙中心线，地基未产生过大或不均匀沉陷，轨枕间填充碎石土并夯实。倒渣平台和排浆沟设于导墙靠下游一侧，采用C15混凝土浇筑而成。防渗墙施工工程中我们加强了对导墙的沉降、位移观测，沉降最大值为13mm，沉降值在规范允许范围内，整个施工过程中没有发生孔壁坍塌等的施工问题。
3 槽孔建造
3.1 槽孔划分
由于本工程在土坝坝体内建造薄型混凝土防渗墙，该防渗墙最大墙深为53.2m，设计墙后60cm。该工程病害比较严重，防渗墙造孔深度和施工难度在景东县内施工尚属首次，没有现成的施工经验可以借鉴。根据坝体结构及工程地质情况，为防止造孔过程中浆液漏失严重，造成孔壁坍塌，危及大坝安全，施工过程中混凝土防渗墙槽孔长度以4～8m 为宜。经参建各方共同讨论，确定本道混凝土防渗墙共划分成31个槽段，槽段最大长度为8.0m，最小长度为4.2m。在工程监理人员的监督与指导下，经过施工单位的精心施工，31个槽段中23个槽段在造孔过程中均没有发生严重的浆液漏失情况，整个工程项目未出现孔壁坍塌情况。3#～10#槽段由于地质和坝体填料填筑不密实等原因，出现漏浆严重，施工过程采用粘土、水泥、锯沫等堵漏材料及时进行堵漏。
3.2 施工工艺及质量控制
由于本工程中基岩为泥岩、泥质粉砂岩及细砂岩，岩石强度为强风化——弱风化,造孔采用7台ＣZ-6A型冲击钻机造孔成槽，粘土泥浆固壁，配以抽砂筒抽出钻碴，HBT808混凝土输送泵运输浇筑混凝土。施工过程中采用施工单位“三检制”和监理会同建设各方终检验收制。造孔验收时，孔深、孔径、孔斜通过用直径等于或略小于设计墙厚的钻头，从槽孔的一端开始分二序（一、二期槽孔）槽孔施工，主孔60cm下钻，副孔按主孔的1.5倍下钻，先钻进主孔，然后再劈副孔。终孔后清孔验收，沿孔深方向从主孔自上而下每2～4m为一个测量点，利用相似三角形求得孔斜率。孔位及槽长通过测量桩号进行检查。清孔验收中，泥浆比重、黏度及含砂量用抽砂筒取样来测定；孔底淤积厚度用校对过的测绳、铁制测饼及钻头放至预定测点的同一位置分别测出二者的放入深度，二者的差值即作为测定的孔底淤积厚度。
4墙体材料及成墙施工
4.1墙体材料
根据排沙河水库除险加固工程防渗墙工程的病害特征程和实际情况，防渗墙墙体材料选用粘土混凝土。粘土混凝土是在混凝土中掺加一定量的粘土，这不仅可以节约水泥，还可以降低混凝土的弹性模量，使混凝土具有很好的变形性能。粘土混凝土与普通混凝土相比具有和易性好、早期强度低、后期强度增长快、抗渗性能好、低弹模和相对较高的强度等特点，具有显著的经济效益及技术效果。
4.2粘土混凝土防滲墙原材料的选用
与普通混凝土相比，粘土混凝土需在混凝土中加入粘土原料作为胶泥的成份，其余原材料的要求一般与普通混凝土相同。排沙河水库除险加固工程防渗墙混凝土原材料包括粘土、水泥、砂、碎石、减水剂、引气剂。
粘土：粘土是粘土混凝土中最关键的原材料，是组成混凝土胶凝材料的成分之一，对混凝土强度的高低、降低弹模及减小渗透系数起决定性的作用，按设计应选用黏粒含量高的粘土。选用了距工地8km土料场的粘土，其黏粒含量达49.5％，属低液限粘土。
水泥：选用了云南景东县金泰水泥有限责任公司生产的PO.42.5普通硅酸盐水泥。
碎石：选用距工地15km的川河天然砂石料场生产的天然砂砾石，砾石级配为5mm～20mm占67.0％，20mm～40mm占33.0％。
砂：选用距工地15km的川河天然砂石料场生产的天然砂。砂的细度模数为3.4，属于粗砂。
减水剂：选用昆明西山仟禧外加剂厂生产的QX-A型缓凝高效减水剂，掺量为0.5%～1.0%。
引气剂：选用江苏博特新材料有限公司生产的GM-2000 引气剂，掺量为0.5～1.0/万。
4.3粘土混凝土防渗墙配合比选择
对于粘土混凝土来说，抗渗性能是其主要的设计指标，粘土混凝土弹性模量与抗压强度间存在一定的矛盾，即抗压强度增加，则弹性模量也在增大。其抗压强度又与渗透系数间关系密切，即随抗压强度与抗渗等级成正比关系。因此粘土混凝土配制要同时兼顾抗压强度、弹性模量及渗透系数各项指标间的关系。为了使弹性模量、抗压强度、渗透系数同时满足各项技术指标要求，应尽量选用黏粒含量较高的优质粘土，并合理确定水胶比、粘土掺量、砂率等指标，且考虑选用优质的引气剂和高效减水剂作为外加剂以提高混凝土的性能。
4.4粘土混凝土防渗墙施工方法
粘土混凝土施工时，粘土以粉末状加入混凝土原材料中一起拌和。每盘所需粘土的用量以现场称量的方式加入。必要时可统一称量后袋装以备用。通过试验对比，选择了粘土掺量为胶凝量的20％。粘土采用工地料场粘土，其塑限为17.5％，塑性指数为15.0，含砂量2.7％，属低液限粘土。
4.5粘土混凝土防渗墙质量控制
4.5.1原材料质量控制：
混凝土拌和所用原材料应符合配合比要求，不得随意变动。各种原材料的检测及质量应符合DL/T 5199－2004《水电水利工程混凝土防渗墙施工规范》、DL/T5144－2001《水工混凝土施工规范》要求，施工中严禁使用不合格原材料。粘土必须采用人工粉碎并设专用储料场储存。
4.5.2混凝土浇筑质量控制：
为更好的控制混凝土浇筑质量，提高施工进度。我们采用1台混凝自动土配料机配合2台JS500强制式拌和机组成一个小型混凝土拌和站，采用1台HBT808混凝土输送泵配合输送管送至孔口。
(1)采用直升导管法进行泥浆下混凝土浇筑，导管内径为250mm。
(2)一期槽孔导管距孔端或接头管的距离为1.0～1.5m；二期槽孔导管距孔端的距离为1.0m，两相邻导管之间的距离不大于3.5m。
(3)导管至孔底距离15～20cm。在每套导管的顶部和底节管以上设置数节长度为0.3～0.5m的短管。
(4)混凝土浇筑于槽孔清孔验收合格后4h内开始。
(5)开浇顺序严格遵守先深后浅的原则。
(6)开浇后立即检查导管是否漏浆，发现问题立即处理。
(7)混凝土面上升速度不宜小于2m/h。
(8)导管埋入混凝土的深度不小于1m，不宜超过6m。
(9)每30min测量一次孔内混凝土面深度，每2h测量一次管内混凝土面深度，在开浇和终浇阶段适当增加测量次数，严格控制浇筑混凝土面上升的高差。
配合比中粘土掺入量的多少将直接影响到混凝土拌和物的性能，因此必须加强对混凝土拌和物称量的校核；每次混凝土浇筑前均需对搅拌站称量、计量进行校核并作记录，以减少误差。拌和物称量的允许误差控制范围：砂、碎石±2.0％，粘土和外加剂±1.0％。对于搅拌时间的控制，因粘土混凝土中水泥掺量较少，为保证胶凝材料及外加剂分散均匀，混凝土搅拌时间应不宜小于120s。
5 混凝土防滲墙墙体的质量检查和取得的主要效果
排沙河水库除险加固工程粘土混凝土防渗墙质量检查采用了混凝土试块检测、墙体质量钻孔注水试验检查两种方法，对防渗墙墙体的抗压强度、渗透系数、弹性模量、墙体连续性等进行了综合检查。
5.1 混凝土试块检测
排沙河水库除险加固工程防渗墙槽段浇筑时，对每个单元槽段的混凝土拌和物均采取槽口现场随机取样形成混凝土试块，共取样31组，其中抗压31组，抗渗12组，弹性模量4组。检测结果：抗压强度为Rmax=15.6MPa，Rmin=10.3MPa，混凝土抗压强度R＞10 Mpa满足设计要求；抗渗等级W＞W6；渗透系数采用在墙体上钻孔进行注水试验检测，钻孔检查为在墙体浇筑完成28天后，采取钻孔注水试验的方式检查。共布置3个防渗墙检查孔，计18个检查段。考虑到墙体设计强度较低且墙体较薄，为了不对墙体产生过多的破坏。钻孔时采用75mm小口径金刚石钻进。试验结果见下表。
检查段按《水利水电工程注水试验规程》(SL345-2007)计算，渗透系数Kmax=3.09×10-8cm/s，Kmin=9.54×10-9cm/s，符合设计要求。弹性模量E=12200～19600Mpa，符合设计要求。
5.2取得的主要效果
经检测分析说明，排沙河水库除险加固工程粘土混凝土防渗墙墙体连续性好，检测结果未发现墙体内存在裂隙、夹泥等现象；随着粘土混凝土防渗墙浇筑完成，坝后相应部位大面积渗漏点即已逐渐干涸，效果直观明显。证明粘土混凝土防渗墙在排沙河水库除险加固工程防渗处理工程中的应用已达到了防渗的目的，取得较好的经济效益和社会效益。
注：文章中涉及的公式和图表请用PDF格式打开
【关键词】粘土混凝土防渗墙施工方法质量
1概况
排沙河水库除险加固工程位于云南省景东彝族自治县城正北面的锦屏镇董报村排沙河社，距县城直线距离12.5 km，公路里程27.8 km，地理位置为东经100°52.6′，北纬24°33.6′，有乡村公路可到达坝址，交通便利。坝址河底高程1518m，水库控制径流面积26.93km2，属红河流域川河水系，排沙河支流。排沙河水库除险加固工程始建于1998年2月，1999年3月建成蓄水。水库枢纽工程由大坝、溢洪道和输水隧洞组成。大坝为均质土坝。水库设计最大坝高52.33m，坝顶长187.5m，坝顶宽5.0m。水库总库容355万m3，兴利库容236万m3，为小（一）型水库，是一座以灌溉为主，兼顾防洪的综合性水库。
排沙河水库坝体主要填筑土料为含砾低液限粘土、碎石土、块石土，属残积土及泥岩、泥质粉砂岩全强风化料，局部含砾石、块石较多，粘粒含量偏低，加之碾压不均匀，夯压不密实，局部结构松散，层间结合差，存在软弱夹层及水平渗漏层，且抗剪强度偏低，导致坝体土存在严重渗漏，形成集中漏水点，形成接触冲刷和流土破坏，导致大坝纵断面发生沉降和上游坝坡多处沉陷变形，压缩变形不稳定；接触冲刷使得坝体稳定性更差，已危及大坝安全。为了解决大坝坝体、坝基严重渗漏及渗透变形等问题，排沙河水库除险加固工程的除险加固采用了防渗墙。为了适应坝基、坝体变形，防渗墙采用了粘土混凝土防渗墙。该措施在排沙河水库除险加固工程防渗处理中取得了较好的效果。
排沙河水库除险加固防渗墙工程从2010年11月17开始施工，至2011年3月9日完工，总工期112天（其中施工工期93天，春节假期19天），共完成造孔进尺10332.58m，浇筑混凝土4617.50m3，防渗墙成墙面积6110.16m2。
2 施工平台
排沙河水库除险加固工程防渗墙施工平台与导墙主要考虑到原坝土碾压松散，有可能在槽孔建造工程中容易造成孔壁坍塌，影响工程进度和增加施工难度，因此导墙由原设计的倒“┑”型导墙改为正“L”型增大地基承载能力和导墙的稳定性。考虑到在施工过程中钻机造孔对导墙的影响，增加了导墙配筋强度，分布筋由原设计直径8mm改为10mm。导墙的中心线与防渗墙轴线平行，导墙内侧间距比防渗墙厚度大10厘米，导墙为钢筋混凝土浇筑。
导墙外侧填土采用粘土掺和石灰、水泥形成三合土，采用夯机分层夯实，从而形成坚固、平整、适合于重型设备和运输车辆行走的施工平台。钻机轨道平行于防渗墙中心线，地基未产生过大或不均匀沉陷，轨枕间填充碎石土并夯实。倒渣平台和排浆沟设于导墙靠下游一侧，采用C15混凝土浇筑而成。防渗墙施工工程中我们加强了对导墙的沉降、位移观测，沉降最大值为13mm，沉降值在规范允许范围内，整个施工过程中没有发生孔壁坍塌等的施工问题。
3 槽孔建造
3.1 槽孔划分
由于本工程在土坝坝体内建造薄型混凝土防渗墙，该防渗墙最大墙深为53.2m，设计墙后60cm。该工程病害比较严重，防渗墙造孔深度和施工难度在景东县内施工尚属首次，没有现成的施工经验可以借鉴。根据坝体结构及工程地质情况，为防止造孔过程中浆液漏失严重，造成孔壁坍塌，危及大坝安全，施工过程中混凝土防渗墙槽孔长度以4～8m 为宜。经参建各方共同讨论，确定本道混凝土防渗墙共划分成31个槽段，槽段最大长度为8.0m，最小长度为4.2m。在工程监理人员的监督与指导下，经过施工单位的精心施工，31个槽段中23个槽段在造孔过程中均没有发生严重的浆液漏失情况，整个工程项目未出现孔壁坍塌情况。3#～10#槽段由于地质和坝体填料填筑不密实等原因，出现漏浆严重，施工过程采用粘土、水泥、锯沫等堵漏材料及时进行堵漏。
3.2 施工工艺及质量控制
由于本工程中基岩为泥岩、泥质粉砂岩及细砂岩，岩石强度为强风化——弱风化,造孔采用7台ＣZ-6A型冲击钻机造孔成槽，粘土泥浆固壁，配以抽砂筒抽出钻碴，HBT808混凝土输送泵运输浇筑混凝土。施工过程中采用施工单位“三检制”和监理会同建设各方终检验收制。造孔验收时，孔深、孔径、孔斜通过用直径等于或略小于设计墙厚的钻头，从槽孔的一端开始分二序（一、二期槽孔）槽孔施工，主孔60cm下钻，副孔按主孔的1.5倍下钻，先钻进主孔，然后再劈副孔。终孔后清孔验收，沿孔深方向从主孔自上而下每2～4m为一个测量点，利用相似三角形求得孔斜率。孔位及槽长通过测量桩号进行检查。清孔验收中，泥浆比重、黏度及含砂量用抽砂筒取样来测定；孔底淤积厚度用校对过的测绳、铁制测饼及钻头放至预定测点的同一位置分别测出二者的放入深度，二者的差值即作为测定的孔底淤积厚度。
4墙体材料及成墙施工
4.1墙体材料
根据排沙河水库除险加固工程防渗墙工程的病害特征程和实际情况，防渗墙墙体材料选用粘土混凝土。粘土混凝土是在混凝土中掺加一定量的粘土，这不仅可以节约水泥，还可以降低混凝土的弹性模量，使混凝土具有很好的变形性能。粘土混凝土与普通混凝土相比具有和易性好、早期强度低、后期强度增长快、抗渗性能好、低弹模和相对较高的强度等特点，具有显著的经济效益及技术效果。
4.2粘土混凝土防滲墙原材料的选用
与普通混凝土相比，粘土混凝土需在混凝土中加入粘土原料作为胶泥的成份，其余原材料的要求一般与普通混凝土相同。排沙河水库除险加固工程防渗墙混凝土原材料包括粘土、水泥、砂、碎石、减水剂、引气剂。
粘土：粘土是粘土混凝土中最关键的原材料，是组成混凝土胶凝材料的成分之一，对混凝土强度的高低、降低弹模及减小渗透系数起决定性的作用，按设计应选用黏粒含量高的粘土。选用了距工地8km土料场的粘土，其黏粒含量达49.5％，属低液限粘土。
水泥：选用了云南景东县金泰水泥有限责任公司生产的PO.42.5普通硅酸盐水泥。
碎石：选用距工地15km的川河天然砂石料场生产的天然砂砾石，砾石级配为5mm～20mm占67.0％，20mm～40mm占33.0％。
砂：选用距工地15km的川河天然砂石料场生产的天然砂。砂的细度模数为3.4，属于粗砂。
减水剂：选用昆明西山仟禧外加剂厂生产的QX-A型缓凝高效减水剂，掺量为0.5%～1.0%。
引气剂：选用江苏博特新材料有限公司生产的GM-2000 引气剂，掺量为0.5～1.0/万。
4.3粘土混凝土防渗墙配合比选择
对于粘土混凝土来说，抗渗性能是其主要的设计指标，粘土混凝土弹性模量与抗压强度间存在一定的矛盾，即抗压强度增加，则弹性模量也在增大。其抗压强度又与渗透系数间关系密切，即随抗压强度与抗渗等级成正比关系。因此粘土混凝土配制要同时兼顾抗压强度、弹性模量及渗透系数各项指标间的关系。为了使弹性模量、抗压强度、渗透系数同时满足各项技术指标要求，应尽量选用黏粒含量较高的优质粘土，并合理确定水胶比、粘土掺量、砂率等指标，且考虑选用优质的引气剂和高效减水剂作为外加剂以提高混凝土的性能。
4.4粘土混凝土防渗墙施工方法
粘土混凝土施工时，粘土以粉末状加入混凝土原材料中一起拌和。每盘所需粘土的用量以现场称量的方式加入。必要时可统一称量后袋装以备用。通过试验对比，选择了粘土掺量为胶凝量的20％。粘土采用工地料场粘土，其塑限为17.5％，塑性指数为15.0，含砂量2.7％，属低液限粘土。
4.5粘土混凝土防渗墙质量控制
4.5.1原材料质量控制：
混凝土拌和所用原材料应符合配合比要求，不得随意变动。各种原材料的检测及质量应符合DL/T 5199－2004《水电水利工程混凝土防渗墙施工规范》、DL/T5144－2001《水工混凝土施工规范》要求，施工中严禁使用不合格原材料。粘土必须采用人工粉碎并设专用储料场储存。
4.5.2混凝土浇筑质量控制：
为更好的控制混凝土浇筑质量，提高施工进度。我们采用1台混凝自动土配料机配合2台JS500强制式拌和机组成一个小型混凝土拌和站，采用1台HBT808混凝土输送泵配合输送管送至孔口。
(1)采用直升导管法进行泥浆下混凝土浇筑，导管内径为250mm。
(2)一期槽孔导管距孔端或接头管的距离为1.0～1.5m；二期槽孔导管距孔端的距离为1.0m，两相邻导管之间的距离不大于3.5m。
(3)导管至孔底距离15～20cm。在每套导管的顶部和底节管以上设置数节长度为0.3～0.5m的短管。
(4)混凝土浇筑于槽孔清孔验收合格后4h内开始。
(5)开浇顺序严格遵守先深后浅的原则。
(6)开浇后立即检查导管是否漏浆，发现问题立即处理。
(7)混凝土面上升速度不宜小于2m/h。
(8)导管埋入混凝土的深度不小于1m，不宜超过6m。
(9)每30min测量一次孔内混凝土面深度，每2h测量一次管内混凝土面深度，在开浇和终浇阶段适当增加测量次数，严格控制浇筑混凝土面上升的高差。
配合比中粘土掺入量的多少将直接影响到混凝土拌和物的性能，因此必须加强对混凝土拌和物称量的校核；每次混凝土浇筑前均需对搅拌站称量、计量进行校核并作记录，以减少误差。拌和物称量的允许误差控制范围：砂、碎石±2.0％，粘土和外加剂±1.0％。对于搅拌时间的控制，因粘土混凝土中水泥掺量较少，为保证胶凝材料及外加剂分散均匀，混凝土搅拌时间应不宜小于120s。
5 混凝土防滲墙墙体的质量检查和取得的主要效果
排沙河水库除险加固工程粘土混凝土防渗墙质量检查采用了混凝土试块检测、墙体质量钻孔注水试验检查两种方法，对防渗墙墙体的抗压强度、渗透系数、弹性模量、墙体连续性等进行了综合检查。
5.1 混凝土试块检测
排沙河水库除险加固工程防渗墙槽段浇筑时，对每个单元槽段的混凝土拌和物均采取槽口现场随机取样形成混凝土试块，共取样31组，其中抗压31组，抗渗12组，弹性模量4组。检测结果：抗压强度为Rmax=15.6MPa，Rmin=10.3MPa，混凝土抗压强度R＞10 Mpa满足设计要求；抗渗等级W＞W6；渗透系数采用在墙体上钻孔进行注水试验检测，钻孔检查为在墙体浇筑完成28天后，采取钻孔注水试验的方式检查。共布置3个防渗墙检查孔，计18个检查段。考虑到墙体设计强度较低且墙体较薄，为了不对墙体产生过多的破坏。钻孔时采用75mm小口径金刚石钻进。试验结果见下表。
检查段按《水利水电工程注水试验规程》(SL345-2007)计算，渗透系数Kmax=3.09×10-8cm/s，Kmin=9.54×10-9cm/s，符合设计要求。弹性模量E=12200～19600Mpa，符合设计要求。
5.2取得的主要效果
经检测分析说明，排沙河水库除险加固工程粘土混凝土防渗墙墙体连续性好，检测结果未发现墙体内存在裂隙、夹泥等现象；随着粘土混凝土防渗墙浇筑完成，坝后相应部位大面积渗漏点即已逐渐干涸，效果直观明显。证明粘土混凝土防渗墙在排沙河水库除险加固工程防渗处理工程中的应用已达到了防渗的目的，取得较好的经济效益和社会效益。
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