二期圍堰防滲墻材料檢測和施工質(zhì)量控制

李青云　孫厚才　李思慎　朱冠美

摘要 三峽工程二期防滲墻材料采用了長江科學(xué)院研制的“高強(qiáng)度、低模量”的柔性材料和塑性混凝土。為確保施工質(zhì)量，科研人員配合施工單位進(jìn)行現(xiàn)場施工質(zhì)量的控制，全方位跟蹤施工。除嚴(yán)格檢測原材料、及時(shí)調(diào)整施工配合比外，還研究提出了防滲墻施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和早期評價(jià)施工質(zhì)量的辦法。在施工中采用這些辦法后，達(dá)到及時(shí)反饋施工質(zhì)量的目的，保證了二期圍堰防滲墻施工的順利進(jìn)行。墻體材料的抽槽檢驗(yàn)和鉆孔測試結(jié)果表明防滲墻的施工質(zhì)量好，為二期圍堰的高質(zhì)量安全運(yùn)行提供了可靠的保證。

關(guān)鍵詞 柔性材料 塑性混凝土 施工配合比 質(zhì)量控制

1、前言

三峽水利樞紐工程是具有防洪、發(fā)電、航運(yùn)等綜合效益的跨世紀(jì)的宏偉工程，工程之浩大和艱巨是史無前例的。圍堰工程尤其是二期深水圍堰防滲墻工程是興建三峽工程的關(guān)鍵性重大技術(shù)問題之一。

針對二期圍堰防滲墻的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，長江科學(xué)院對防滲墻材料進(jìn)行了系統(tǒng)的配合比優(yōu)選研究，除塑性混凝土外，還研究成功采用三峽風(fēng)化砂、當(dāng)?shù)卣惩粱蚺驖櫷梁瓦m量的水泥及少量外加劑與水拌和而成的新型柔性材料作為防滲墻材料。其各項(xiàng)指標(biāo)滿足二期圍堰防滲墻的設(shè)計(jì)指標(biāo)，為工程所采用。

受二期圍堰防滲墻施工單位的委托，長江科學(xué)院在防滲墻施工中，全方位跟蹤施工過程，除隨原材料的變動(dòng)調(diào)整墻體料的施工配合比外，還對墻體材料進(jìn)行了抽樣檢測，同時(shí)與施工質(zhì)量的控制。針對現(xiàn)場施工質(zhì)量的控制，提出一套早期判斷施工質(zhì)量的辦法，包括施工配合比現(xiàn)場驗(yàn)證以及墻體料強(qiáng)度的早期預(yù)報(bào)。這些辦法用于施工，確保了防滲墻的施工質(zhì)量，獲得良好的效果。

本文重點(diǎn)介紹了二期圍堰防滲墻施工質(zhì)量控制情況和檢測結(jié)果。

2、原材料檢測和施工配合比調(diào)整

三峽二期圍堰防滲墻材料采用長江科學(xué)院研制的柔性材料和塑性混凝土。柔性材料和塑性混凝土的原材料主要有泥、風(fēng)化砂、天然砂、小石、棄渣石粉、膨潤土、粉煤灰、木鈣和DH9。設(shè)計(jì)要求二期圍堰防滲墻施工用原材料必須在墻體材配置前分批進(jìn)行性能檢測，并明確了各原材料檢測指標(biāo)的控制范圍。根據(jù)原材料檢測指標(biāo)的變動(dòng)，還對柔性材料和塑性凝土的施工配合比做相應(yīng)的調(diào)整。確保施工配合比的各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求。墻體原材料的檢測情況分述如下：

2.1水泥檢測

二期圍堰防滲墻施工用水泥是葛洲壩水泥廠生產(chǎn)的礦渣425#水泥。施工過程中，共檢測水泥44組，其中預(yù)進(jìn)占檢測14組，漫灘段和深槽段檢測30組。檢測結(jié)果表明，不同出廠批次的水泥標(biāo)號有較大的波動(dòng)(介于425#～525#)。例如，進(jìn)占段防滲墻使用的水泥的標(biāo)號(28天強(qiáng)度檢測的平均值為51.8MPa)明顯高于漫灘段和深槽段防滲墻的水泥標(biāo)號(8天強(qiáng)度檢測的平均值為47.1MPa)。針對水泥標(biāo)號的波動(dòng)，根據(jù)柔性材料室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果提出兩種基本配合比現(xiàn)場調(diào)整：

塑性混凝土只在深槽段使用，為保證高強(qiáng)度集中施工的進(jìn)度，提出采用“二期圍堰防滲墻專用水泥”的要求，專用水泥28天的檢測強(qiáng)度必須控制在46MPa～48MPa之間。

2.2膨潤土檢測

二期圍堰施工采用湖南澧縣生產(chǎn)的二級膨潤土。根據(jù)SDS01～79《土工試驗(yàn)規(guī)程》對施工期間所采購的膨潤土進(jìn)了檢測，其質(zhì)量滿足有關(guān)規(guī)范要求。

2.3風(fēng)化砂檢測

風(fēng)化砂是柔性材料的骨料，檢測指標(biāo)有含水量、P₅(＞5mm 部分的百分含量)和含泥量(＜0.1mm部分的百分含量)三項(xiàng)指標(biāo)?？紤]到不同料場風(fēng)化砂級配的差別，設(shè)計(jì)提出風(fēng)化砂檢測指標(biāo)的范圍為：含泥量不大于0％，P₅不得大于16％。施工期間共檢測右岸風(fēng)化砂25組，左岸風(fēng)化砂100組。測結(jié)果表明，右岸風(fēng)化砂含泥量最大值為12.3％、最小值為7.0％、平均值為9.03％、標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.59、合格率為72％。P₅最大值為34％、最小值為14.6％，平均值為20.3％、標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.87、合格率為88％。以上結(jié)果說明，右岸風(fēng)化砂含泥量普遍偏高， 值普遍偏低。左岸風(fēng)化砂含泥量最大值為11.9％、最小值為4.5％、平均值為7.5％、標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.35、合格率為99％。P₅最大值為43％、最小值為14.6％、平均值為25.1％、標(biāo)準(zhǔn)偏差為5.56、合格率為87％。此結(jié)果說明，左岸風(fēng)化砂含泥量基本上滿足設(shè)計(jì)要求，P₅值部分偏高。由于風(fēng)化砂的含泥量、P₅ 波動(dòng)較大，所以根據(jù)室內(nèi)研究結(jié)果和澆筑經(jīng)驗(yàn)，在施工過程中，對施工配合比進(jìn)行了表2所示的調(diào)整，以確保柔性材料的指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4天然砂和古樹嶺棄渣檢測

天然砂和古樹嶺棄渣是塑性混凝土的骨料，其檢測指標(biāo)為細(xì)度模數(shù)，共檢測29組。檢測結(jié)果表明，古樹嶺棄渣的細(xì)度模數(shù)穩(wěn)定在2.90～3.09之間；天然河砂細(xì)度模數(shù)變化較大，變化范圍l.95～3.70，主要分布在2.1～2.8之間。針對天然河砂細(xì)度模數(shù)的變動(dòng)，施工配合比做了相應(yīng)的調(diào)整(表3)

2.5 木鈣檢測

施工用木鈣是吉林石硯造紙化工廠生產(chǎn)的國標(biāo)二級木質(zhì)磺酸鈣，檢測指標(biāo)均達(dá)國家二級標(biāo)準(zhǔn)。

3、防滲墻施工質(zhì)量控制

現(xiàn)行質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)是以柔性材料和塑性混凝土澆筑后的28天齡期強(qiáng)度、模量來評價(jià)施工質(zhì)量的。這種質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)對于澆筑過程中發(fā)生的質(zhì)量事故無法得到及時(shí)調(diào)整，不利于施工質(zhì)量的控制。因此，在跟蹤施工過程中，長江科學(xué)院的科研人員除嚴(yán)格檢測原材料外，還研究提出了早期現(xiàn)場判斷柔性材料和塑性混凝土施工質(zhì)量試驗(yàn)方法。這些判別施工質(zhì)量的辦法包括柔性材料施工配合比現(xiàn)場快速驗(yàn)證，柔性材料和塑性混凝土抗壓強(qiáng)度的早期預(yù)報(bào)等。

3.1柔性材料施工配合比的現(xiàn)場驗(yàn)證

主要目的是研究一種簡便而快速測試方法。可根據(jù)拌和樣測定出柔性材料的原材料和實(shí)際下料數(shù)量，以驗(yàn)證是否滿足施工配合比的要求。

在施工現(xiàn)場配制不同配合比的柔性材料試樣，分析拌和物的含水量、容重、木鈣含量、吸漿量和骨料等指標(biāo)與施工配合比的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上提出現(xiàn)場快速測定柔性材料拌和物中原材料實(shí)際含量方法。根據(jù)拌和樓的拌和樣，可在半小時(shí)內(nèi)測定出柔性材料的風(fēng)化砂、水泥、膨潤土和水等原材料的實(shí)際下料數(shù)量。

在施工單位的積極配合下，現(xiàn)場采用該辦法及時(shí)糾正了幾起下料誤差，避免了不合格的拌和料澆入槽孔，確保了施工質(zhì)量，得到施工單位的好評。

3.2墻體材料強(qiáng)度的早期預(yù)報(bào)

主要目的是根據(jù)成型樣的早期強(qiáng)度(如2～4天等)預(yù)測其28天強(qiáng)度，以便發(fā)現(xiàn)防滲墻質(zhì)量問題后能及時(shí)妥善處理。

主要途徑是通過大量對比試驗(yàn)，建立柔性材料和塑性混凝土早期(2天、3天、4天)力學(xué)指標(biāo)與28天齡期指標(biāo)的關(guān)系預(yù)測模型。從槽口樣的早期強(qiáng)度即可判斷其28天齡期強(qiáng)度是否滿足要求，進(jìn)而達(dá)到控制施工質(zhì)量的目的。以下是柔性材料和塑性混凝土早期強(qiáng)度和28天齡期強(qiáng)度的關(guān)系(見表4)。

4、施工檢測結(jié)果

4.1槽口取樣檢測結(jié)果

二期上游圍堰防滲墻施工自1997年6月第一個(gè)槽孔開澆至1998年8月5日最后一個(gè)槽孔澆完歷時(shí)14個(gè)月。共澆筑柔性材料185個(gè)槽孔，塑性混凝土58個(gè)槽孔。完成鉆孔進(jìn)尺48259.1m，澆筑方量59652.86m³。

柔性材料和塑性混凝土共檢測抗壓強(qiáng)度483組、抗折強(qiáng)度391組、初始切線模量107組、抗?jié)B試驗(yàn)16組。根據(jù)檢測結(jié)果的統(tǒng)計(jì)，上游圍堰防滲墻施工檢測抗壓強(qiáng)度合格率為95.2％，標(biāo)準(zhǔn)偏差0.85，離散系數(shù)0.164。抗折強(qiáng)度合格率為99％，標(biāo)準(zhǔn)偏差0.32，離散系數(shù)0.153。共檢測柔性材料初始切線模量58組，最大值1233MPa，最小值600MPa，平均值911.7MPa。其中，初始切線模量小于1000MPa所占比例為73％，1000MPa～l233MPa所占比例為27％，塑性混凝土共檢測初始切線量49組，最大值為1586MPa，最小值為815MPa，平均值為1173MPa，其中初始模量小于000MPa占22.4％，1000MPa～1500MPa之間占69.4％，大于1500MPa占8.2％。應(yīng)當(dāng)說明的是，施工后期設(shè)計(jì)對深槽段部分槽子L塑性混凝土的抗壓指標(biāo)有較大的提高，例如要求SX8、SXl4槽抗壓強(qiáng)度大于8.0MPa，相應(yīng)的初始切線模量放寬至1500MPa；對部分槽子L柔性材料的抗壓強(qiáng)度提高為5MPa，相應(yīng)初始切線模量放寬至1200MPa。考慮到這些因素，初始切線模量的合格率在90％以上。

4.2防澇墻檢查孔檢測結(jié)果

為檢查水下墻體材料各項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)際情況，以及將水下的實(shí)際情況與槽口檢測結(jié)果比較，設(shè)計(jì)要求防滲墻施工完成后，對墻體材料鉆孔芯樣進(jìn)行有關(guān)指標(biāo)的測試。按照設(shè)計(jì)要求，柔性材料共打8個(gè)檢查孔，塑性混凝土共打4個(gè)孔。鉆孔芯為柱狀，一般情況下，芯樣直徑1300mm。檢查孔芯樣的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、初始切線模量和滲透系數(shù)試件的尺寸目前尚無統(tǒng)一的規(guī)定。在試件的加工過程中采用了如下的原則，即抗壓強(qiáng)度柱狀樣高度與其直徑一致，初始切線模量試樣的高度為直徑的二倍?？拐蹚?qiáng)度試件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸40mm×40mm×160mm。滲透試件直徑130mm，高度為50mm～70mm之間。測試方法與墻體材料配合比試驗(yàn)中采用的方法一致。

檢測結(jié)果表明，柔性材料8個(gè)檢查孔的66組抗壓強(qiáng)度合格率為93.9％，12組抗折強(qiáng)度的合格率為100％，12組初始切線模量中小于1000MPa的占25％，1000MPa～1500MPa之間的占75％。塑性混凝土4個(gè)檢查孔共檢測抗壓強(qiáng)度26組，合格率為92.3％；13組初始切線模量最大值2328MPa，最小值509MPa，其中1000MPa以下占15.4％，1000MPa～1500MPa之間的占38.5％，1500MPa以上的占46.1％。

5、基坑抽水效果

二期圍堰防滲墻封閉后恰逢1998年特大洪水，經(jīng)受了變形的考驗(yàn)并安全度汛；基坑抽水完成后，滲漏量僅60 1/s，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，這說明防滲墻是成功的。

(1)在二期圍堰防滲墻施工中，科研和施工承包單位密切合作是三峽工程科研與施工密切結(jié)合的一種成功嘗試。在跟蹤施工過程中，科研人員能根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況調(diào)整材料的配合比，使墻體材料的研究成果具有實(shí)用性。與此同時(shí)施工單位對墻體材料的組成原理和施工工藝也有了進(jìn)一步的認(rèn)識，為提高施工質(zhì)量莫定了基礎(chǔ)。

(2)根據(jù)施工用原材料的檢測指標(biāo)的變動(dòng)，對墻體材料(柔性材料和塑性混凝土)的施工配合比進(jìn)行了及時(shí)調(diào)整，以使施工配合比的各項(xiàng)指標(biāo)滿足三峽工程二期圍堰單項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求；

(3)研究提出了墻體材料施工質(zhì)量早期判別方法，用于施工取得良好效果；

(4)槽口取樣和防滲墻鉆孔芯樣的檢測結(jié)果表明，墻體材料各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。