混凝土防渗墙采用粘土代替膨润土技术

魏为

摘要：一般情况下，大部分地区的水库都使用了防渗墙，但是要注意在防渗墙施工过程中，可能会存在土石坝防渗墙弹性模量居高不下的问题。相关人员针对于防渗墙墙体材料混凝土混合配比进行了相关的试验研究工作，并且将其应用于实际的工程当中。

关键词：防渗墙；粘土；膨润土

众所周知，土石坝防渗墙在施工期间还存在着一定的问题，通过相关的分析研究，能够在一定程度上解决土石坝混凝土防渗墙弹性模量所存在的问题，而且，在之前的观念中，粘土的掺加量不能够超过胶凝材料的20％，创新技术之后，粘土的掺加量可以达到胶凝材料的35%。工程造价也产生很明显的改变，其有了一定程度上降低。

一、上西山水库简析

上西山水库位于曲靖经济技术开发区上西山村旁，距曲靖市区10km，建造于南盘江右岸一级支流白石江上游段。水库始建于1973年，总库容546×10m3。由于坝基接触带为第四系残坡积土、强风化砂页岩，结构较松散，而筑坝土料主要为粉质粘土或含砾粉质粘土，限于历史、资金、技术等各方面的条件，坝体土质不均匀，碾压不密实，水库自1977年建成至今，坝体、坝基一直存在渗漏问题，危及坝体安全。2005年经国家发改委、水利部批准列入云南省重点小（一）型水库除险加固工程实施项目。决定采用混凝土防渗墙与帷幕灌浆相结合的除险加固措施对坝体进行防渗处理，是上西山水库除险加固工程的核心项目，防渗墙设计厚度为0.4m，轴线长270m，约6000m2，预算投资297×104元。

工程实施过程中，在曲靖市水务局、曲靖经济技术开发区水务局的指导下，由工程建设管理处主持，会同设计、监理、施工等参建各单位，研究一种符合上西山水库大坝设计要求，具有高流动性和较高抗渗性，低抗压强度和低静力弹性模量的经济、可靠的混凝土配合比；彻底解决省内坝体混凝土防渗墙施工中，弹性模量居高不下的技术疑难；摸索出防渗墙墙体材料中粘土代替膨润土不同掺量对其力学性能、抗渗性能和施工性能影响的一般规律；走出一条符合云南省实际的混凝土防渗墙设计施工之路。

二、相关试验研究工作

混凝土防渗墙在云南省内水利行业中大部份用于中小型土石坝的除险加固，主要处理渗水坝体或坝基的渗漏问题。对于土石坝来说，如果坝体内的防渗墙墙体与坝土的变形模量接近，能有效改善防渗墙的应力状况，提高防渗墙的防渗效果和耐久性。研究程序：

首先，根据坝体应力分析，初步拟定防渗墙主要技术参数。其次，参照已建工程，确定所用原材料，拟定室内配合比试验方案。再次，分析比较试验结果，确定混凝土施工配合比及主要技术参数。还有就是需要加强施工技术指导，检测复核施工结果。最后，总结研究成果及经验。

根据研究的指导思想和技术方案，参照类似工程的设计施工经验，结合本工程的实际，经勘察分析，上西山水库大坝防渗墙混凝土的主要控制指标应为：抗压强度<10MPa，弹性模量<10000MPa，渗透系数<10-7cm/s，破坏比降≥80。考虑到混凝土防渗墙在泥浆下浇筑的施工特点，混凝土拌和物必须具有较高的流动性，因此施工控制参数应是：坍落度20～24cm，1.5h坍落度大于15cm，初凝时间大于10h，终凝时间小于24h。

混凝土防渗墙所需的主要原材料有：水泥、碎石、砂、拌和水、粘土、膨润土、粉煤灰以及为改善混凝土施工性能的引气剂、缓凝减水剂等。根据上西山水库工程的实际，立足于最大限度采用本地产原材料和工程区天然建筑材料，以降低工程造价，因此确定采用的原材料为：曲靖市水泥有限责任公司生产的P.O32.5普通硅酸盐水泥；曲靖珠街石料场开采加工的碎石及砂（碎石最大粒径为20mm，一级配）；曲靖电厂，品质达到Ⅱ级要求的粉煤灰；商品Ⅱ级膨润土省外购进；拌和水采用水库蓄水或自来水，满足规范要求；粘土及膨胀土掺合料选用工程附近戈家屯1号土料场及窄沟岩2号土料场土料；外加剂采用QX一A缓凝高效减水剂、DH9引气剂。初拟主要参数后委托水电十四局中心试验室按照有关规程进行试验。

掺土率和水胶比是影响混凝土防渗墙性能的重要指标，根据本工程的特点，选用了不同配合比做试验，经过几次试验后，从确保工程质量并能有效地降低工程造价上分析了各种配合比的优缺点，从试验结果可知，现有土料场中的粘土、膨胀土的有关试验数据相差不大，均可直接用做混凝土的掺合料，但膨胀土加工破碎较为困难，因此，本工程选定戈家屯1号土料场红粘土做为混凝土防渗墙粘土掺合料。工程施工前，为进一步优化工程设计，在保证渗透系数，抗压强度不变的情况下，尽量降低工程造价，第二次又用所选定的红粘土按30%，35%分别与0.75、0.80两种水胶比做了4组配比试验，最终确定上西山水库混凝土防渗墙施工配合比，粘土掺量为35%，水胶比为0.8。

有关设计指标为：单轴抗压强度3～7MPa，初始受压弹性模量为2000～7000MPa渗透系数<10-7cm/s，破坏比降≥80；施工参数：坍落度20cm，初凝时间大于10h，终凝时间小于24h。

综上所述，所选定的材料配比，受压弹性模量虽然比塑性混凝土略高，但较之其它工程已显著降低，混凝土各项指标介于塑性混凝土防渗墙与粘土混凝土防渗墙之间，称为低弹模混凝土。性能指标优于黏土混凝土，经济指标远远优于掺加膨润土的塑性混凝土。对坝体应力进行复核计算，满足上西山水库坝体防渗及安全设计要求，可应用于工程实际。

三、研究的主要成果

通过云南省曲靖上西山水库除险加固工程大坝防渗墙的设计施工，对防渗墙墙体材料混凝土配合比的试验研究，并应用于工程实际，有效地降低了混凝土的弹性模量，彻底解决了省内类似工程坝体混凝土防渗墙施工中弹性模量居高不下的技术难题；摸索出防渗墙墙体材料中粘土、膨润土不同掺量对其力学性能、抗渗性能和施工性能影响的一般规律。

混凝土各项指标介于塑性混凝土防渗墙与黏土混凝土防渗墙之间，性能指标优于黏土混凝土。弹性模量比省内同类工程（约13000～22000MPa）小，仅为同类工程平均值的11～40%。经济指标远优于掺人膨润土的塑性混凝土，该工程共节约投资约50×104元。

结合工程实际，利用当地粘土替代膨润土配制低弹模混凝土，具有高流动性和较高抗渗性，低抗压强度和低静力弹性模量，技术经济性优。低弹性模量混凝土配合比中，粘土掺人量达到胶凝材料的35%，突破不能超过20%的传统观念，具有一定的创新性。

四、结束语

综上所述，通过对相关工程的研究分析，可以看出，使用粘土代替膨润土的技术，不仅仅可以在一定程度上改善传统施工期间所存在的弹性模量问题，与此同时，还可以确保相关企业经济效益的实现。

参考文献：

[1]陈仁峰.塑性混凝土在水电工程中的应用及相关问题探讨[J].四川水力发电，2018，（02）

[2]宋炎军.混凝土防渗墙在土石坝加固方案中的探研与分析[J].水利科技与经济，2018，（05）

[3]姜思宝.水电站土石坝混凝土防渗墙的施工技术[J].内蒙古水利，2016，（12）

[4]余斐.土石坝混凝土防渗墙质量问题分析及对策[J].珠江水运，2016，（15）

[5]陈春晓.单掺黏土塑性混凝土试验研究[J].水利水电施工，2017，（05）