低彈模大應(yīng)變混凝土防滲材料的研究

低彈模大應(yīng)變混凝土防滲材料的研究

在水工建筑物的設(shè)計中，基本的垂直滲透措施包括混凝土防滲墻、高壓球壓、混凝土預(yù)滲墻、垂直土工膜防滲、混凝土預(yù)滲墻與土工膜結(jié)合防洪等。塑性混凝土防滲墻是通過機械在透水地基中開挖成槽,并以泥漿固壁,通過機器向槽內(nèi)灌注摻加膨潤土、黏土等材料的混凝土而建成的連續(xù)的、墻形防滲建筑物。其具有良好的抗?jié)B性、耐久性,同時施工簡便,工期較短等特點,被廣泛應(yīng)用于水工建筑物防滲結(jié)構(gòu)中。但塑性混凝土防滲墻的設(shè)計應(yīng)用與工程地質(zhì)條件、材料配合比以及施工工藝等密切相關(guān),防滲墻各段墻體間的連接以及防滲墻與建筑物主體結(jié)構(gòu)間的連接也至關(guān)重要,否則將影響防滲效果。結(jié)合運潮減河師姑莊橡膠壩工程實例,較全面介紹塑性混凝土防滲墻的設(shè)計、施工及質(zhì)量控制方法。1師姑莊橡膠壩防滲結(jié)構(gòu)方案師姑莊橡膠壩位于北京市通州區(qū)運潮減河河道末端,壩高4m,壩長100m,是北京市東南郊水網(wǎng)工程的重要組成部分,其主要作用是攔蓄北運河來水,形成蓄水面積,保證周邊環(huán)境、景觀用水以及現(xiàn)狀兩岸農(nóng)業(yè)灌溉用水需求。北京目前修建的橡膠壩壩高多為(1~3)m,而師姑莊橡膠壩壩高為4m,已屬橡膠壩中的高壩范疇,考慮到師姑莊橡膠壩對運潮減河乃至通州區(qū)景觀環(huán)境蓄水的重要意義,上游防滲結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要。根據(jù)地勘資料,師姑莊橡膠壩閘底板高程15.50m,基礎(chǔ)底板置于粉砂層上,其下分別為細砂層、中砂層及細砂層,均為透水層,總厚度(6~8)m;至閘底板下部高程(4~5)m處,分布黏性土層,為相對隔水層。運行時基底以下砂性土各層存在滲漏問題,滲透系數(shù)(2~15)m/d。在滲漏過程中存在滲透變形問題,不均勻系數(shù)Cu<5,滲透變形型式為流土型,粉砂層、細砂層的不均勻系數(shù)Cu<3,允許水力比降為0.35。如果采用水平防滲結(jié)構(gòu),防滲段長度將達到40m,才能滿足滲透穩(wěn)定。綜合考慮工程造價及工程安全等因素,經(jīng)綜合比較,擬采用垂直防滲型式。根據(jù)地質(zhì)地層特點,垂直防滲型式宜采用水泥土攪拌樁防滲墻或塑性混凝土防滲墻2種方案,水泥土攪拌樁對地基土密實程度及施工質(zhì)量控制要求較高,經(jīng)現(xiàn)場試驗,地基土標貫擊數(shù)超過14擊,攪拌樁設(shè)備難以攪拌。而塑性混凝土防滲墻具有抗?jié)B性、耐久性高、施工簡便,質(zhì)量易于控制等優(yōu)點,最終確定師姑莊橡膠壩上游垂直防滲采用塑性混凝土防滲墻的方案。2彈性混凝土防滲透墻設(shè)計2.1抗?jié)B墻深度的確定2.1.1計算方法初步確定防滲墻深度為深入至下部黏土層1m,即防滲墻深度為11m,根據(jù)橡膠壩的布置計算滲透穩(wěn)定性,判別閘基土滲流是否穩(wěn)定。2.1.2地下水層阻力系數(shù)計算滲流穩(wěn)定采用阻力系數(shù)法計算,主要計算公式如下。(1)地基有效深度計算:式中:L0為地下輪廓線的水平投影長度/m;S0為地下輪廓線的垂直投影長度/m;Te為地基有效深度/m。(2)阻力系數(shù)及水頭損失計算:式中:ξ0為進出口段的阻力系數(shù);ξx為水平段的阻力系數(shù);ξy為垂直段的阻力系數(shù);S為板樁或齒墻入土深度/m;T為地基透水層深度/m;hi為各分段水頭損失/m;△H為上下游水頭差/m。2.1.3出口水力坡降經(jīng)計算,滲流出口平均坡降(h′0′/S′)J0=0.32。由于出口的水力坡降J小于允許水力坡降0.35,說明出口處不會產(chǎn)生滲透破壞。即上游垂直防滲墻深度及橡膠壩防滲段的布置是合理的。2.2抗?jié)B墻厚度的確定防滲墻厚度的影響因素主要有:墻體的抗?jié)B性及耐久性、滿足強度要求、施工設(shè)備等。2.2.1承受的最大水頭/m(1)計算公式:式中:Jp為防滲墻的允許水力梯度;H為防滲墻承受的最大水頭/m。(2)計算結(jié)果。目前國內(nèi)塑性混凝土防滲墻的允許水力梯度建議Jp=50~60,防滲墻承受的最大水頭為H=15m,本次取Jp=60,經(jīng)計算,得出B為0.25m。2.2.2設(shè)計厚度的不合理設(shè)計墻身厚度的確定需同時考慮施工設(shè)備的影響,如設(shè)計厚度過大或過小而造成沒有合適的施工機械,說明設(shè)計厚度也是不合理的。防滲槽的開挖機械目前有2種,分別為沖擊鉆和抓斗2種成槽設(shè)備,其中抓斗成槽通常的開挖厚度為(0.4~0.6)m,能達到的最小成墻厚度為0.3m,以0.1m遞增。2.2.3抗?jié)B墻厚度的確定綜合考慮防滲墻厚度計算結(jié)果,同時考慮本工程資金的限制、工期要求以及施工機械等因素的影響,最終確定厚度為0.4m。2.3砂料的吸營養(yǎng)成分(1)水泥。品種通過試驗選定:選用細度、安定性和凝結(jié)時間等滿足塑性混凝土性能要求的水泥,最終選用水泥標號為PO32.5。(2)粗骨料。最大粒徑不大于20mm,含泥量不大于1.0%,飽和面干吸水率不大于1.5%。(3)細骨料。砂子的細度模數(shù)2.68~3.0,含泥量應(yīng)不大于1%,飽和面干吸水率不大于1.6%。(4)黏土。黏粒含量不小于50%,塑性指數(shù)不小于35。(5)膨潤土。黏粒含量不小于55%,塑性指數(shù)不小于60。(6)粉煤灰。選用經(jīng)磨細加工的粉煤灰,其細度、燒失量及SO3離子含量執(zhí)行規(guī)范GBJ146-90有關(guān)規(guī)定。(7)外加劑?；炷林袚饺霚p水劑以及其他外加劑。各種外加劑的質(zhì)量必須符合DL/T5100-1999的有關(guān)規(guī)定,其最優(yōu)摻加量必須通過室內(nèi)試驗室和現(xiàn)場混凝土試驗確定。(8)水。水質(zhì)必須符合規(guī)范要求,拌漿水的溫度不得高于40℃。2.4混凝土的彈性指數(shù)(1)強度等級。28d齡期抗壓強度(3~4)MPa。(3)彈性模量。不大于1000MPa。3彈性混凝土防滲透墻施工3.1軸線垂直方向根據(jù)現(xiàn)場資料,尤其是地下水位資料,確定最低施工平臺高程進行場地平整。按照施工圖紙放出防滲墻中軸線(垂直流向)。構(gòu)筑導(dǎo)墻,采用液壓抓斗沿導(dǎo)墻壁挖土,并以傾斜儀測定抓斗的垂直度,然后通過操作糾偏液壓推板調(diào)整液壓抓斗的垂直狀況,以控制成槽精度。在挖槽同時用泥漿護壁,防止壁面土體坍落。在成槽結(jié)束后,通過掃孔清孔工序,清除槽底浮土,提高墻體承載力。最后進行水底混凝土澆筑。3.2施工方法3.2.1槽、孔、頂空護壁本工程墻體厚度400mm,墻體較薄,采用薄型液壓抓斗成槽施工。將防滲墻劃分為Ⅰ、Ⅱ期槽段,分2期挖槽,澆注混凝土,采用跳槽法施工,即先進行Ⅰ期槽孔的造孔,澆注混凝土,再進行Ⅱ期槽孔的造孔,澆注混凝土。每個槽段長6m,按照先施工主孔、后劈打副孔的“三抓法”順序成槽。抓斗抓挖作業(yè)時,采用膨潤土泥漿護壁。抓挖的棄料直接通過自卸汽車運至規(guī)定的合法棄渣場。3.2.2基漿密度控制采用自成泥漿護壁作業(yè),只設(shè)沉淀池,泥漿池安泥漿泵1臺排泥渣,泥漿池采用臥式雙軸泥漿攪拌機,為滿足使用要求,泥漿池的容積一般應(yīng)為一個單元槽段挖掘量的(1.5~2.0)倍。泥漿應(yīng)調(diào)至均勻,一般新配泥漿密度應(yīng)控制在(1.01~1.05)t/m3,循環(huán)過程中泥漿控制在(1.25~1.30)t/m3之間,遇松散地層,泥漿密度可適當加大,澆筑混凝土?xí)r,槽內(nèi)泥漿控制在(1.15~1.25)t/m3之間。在成槽過程中,要不斷向槽內(nèi)補充新泥漿,使其充滿整個槽段。泥漿應(yīng)保持高出地下水位0.5m以上,亦不應(yīng)低于導(dǎo)墻頂面0.3m。在同一槽段鉆進,遇到不同地質(zhì)條件和土層,要注重調(diào)整泥漿的性能和配合比,以適應(yīng)不同土質(zhì)情況,防止塌方。3.2.3槽深、槽寬按設(shè)計要求的槽深施工完畢,采用探籠法對成槽指標進行檢驗,包括槽寬、槽深、垂直度等。根據(jù)槽段長度、槽寬尺寸用合適直徑的鋼筋焊制成矩形籠體,利用鉆機吊起探籠,下入槽內(nèi)至槽底,應(yīng)達到籠體上下自如不掛槽壁,且軸線偏差不超標,方可轉(zhuǎn)入下一道工序施工。3.2.4全尾砂換漿細砂清孔換漿,利用泥漿泵來循環(huán)漿液,將槽內(nèi)浮碴和槽底沉碴帶出槽外清出,直至漿中已無明顯粒狀碎屑。換漿指標:密度(1.15~1.25)t/m3,粘度25S-30S,含砂率小于5%~10%。采用比重計直接測量泥漿密度。3.2.5導(dǎo)管位置選擇導(dǎo)管應(yīng)與混凝土澆筑強度和混凝土面上升速度相匹配,內(nèi)壁光滑圓順。每槽段內(nèi)下入兩套導(dǎo)管,兩導(dǎo)管間距不宜大于3.0m,每根導(dǎo)管距離槽頭不宜大于1.5m。每根導(dǎo)管均應(yīng)置于槽寬的1/2處,下端高出槽底0.4m。導(dǎo)管底節(jié)宜為(2500~4000)mm,中間節(jié)(1000~2000)mm,漏斗下配管長度宜為1000mm。漏斗容量須滿足開澆混凝土封底并達到埋管1.0m以上的要求。3.2.6澆筑儲料、斗活門現(xiàn)場采用預(yù)拌商品混凝土,混凝土配合比需滿足設(shè)計要求,坍落度(18~20)cm,擴散度(34~38)cm,具有較好的流動性。一個槽段混凝土的首次灌注量,按導(dǎo)管埋入混凝土內(nèi)的深度不小于1.0m計算。開始澆筑時,同時拉開(2組)儲料斗活門,混凝土料連續(xù)進入漏斗并沖開漏斗活板,順導(dǎo)管沖入孔底。全部儲料進入槽孔后,連續(xù)進行混凝土澆筑作業(yè),混凝土上升速度不小于2m/h。開澆后,立即測量槽內(nèi)混凝土頂面高程,核對計算混凝土量與實際上升高度是否吻合。隨著槽內(nèi)混凝土面的上升,以后每隔30min測量一次混凝土面的標高并計算、核對深度不小于1.5m亦不大于6.0m。嚴禁將導(dǎo)管底口提出混凝土面。混凝土澆注過程中,作好導(dǎo)管拆卸及混凝土澆注記錄。澆筑過程中要嚴格控制混凝土坍落度并按規(guī)范及時抽取試樣,制作混凝土試件,每組樣品不少于3個試塊。澆注結(jié)束時,應(yīng)及時拔出導(dǎo)管,清理并沖洗干凈導(dǎo)管、漏斗、儲料斗等澆筑設(shè)備,以備下一槽使用。3.2.7槽內(nèi)接頭孔為保證槽段之間墻體的連接效果,采用接頭管法進行墻體連接施工。即在Ⅰ期槽孔澆筑前,在槽兩端下設(shè)等徑鋼管,待混凝土初凝后,按一定速度拔出鋼管,形成接頭孔。Ⅱ期槽孔混凝土澆筑時,接頭孔靠近Ⅰ期槽孔的側(cè)壁形成圓弧形接頭,使墻段形成有效連接。4混凝土澆筑時施工控制(1)槽段施工時,槽孔的孔位準確,劈孔中心線均在同一軸線上,單槽底面宜在同一高程上,便于混凝土澆筑時施工控制。(2)Ⅱ期槽段套接時,必須校正軸線,保證套接端的最小墻厚滿足規(guī)范和設(shè)計要求。(3)嚴格控制塑性混凝土配合比,混凝土料的坍落度、和易性2項指標直接影響著水下混凝土澆筑的順利與否。(4)澆筑強度宜盡量提高,滿足槽內(nèi)混凝土上升速度不小于2.0m/h的規(guī)范要求。5塑性混凝土防滲墻設(shè)計、施工及質(zhì)量控制方法塑性混凝土