塑性混凝土

摘要：根据已建工程的施工经验，结合漫水湾塑性混凝土防渗墙的特点，介绍了塑性混凝土配合比的确定和对施工质量的控制。

通过超声波检测表明，墙体整体均匀，致密性较好。

关键词：塑性砼；防渗墙；配合比；施工质量；控制
1概述
1.1漫水湾工程简介
漫水湾闸坝工程是国家重点工程大桥水库灌区的组成部分，是大桥水库二级控制性配水枢纽的首部。

坝址位于四川凉山州冕宁县漫水湾镇安宁河中游上段。

漫水湾闸坝坝高24m，坝轴线长279m，从左至右依次由土工膜心墙砂砾石副坝、左总干渠进水闸、两孔底孔冲砂闸、三孔表孔泄洪闸、右干渠进水闸及右岸混凝土重力坝构成。

基础采用悬挂式塑性混凝土防渗墙和单排孔帷幕灌浆进行基础防渗，防渗墙最大深度41m，平均深度35m。

防渗墙坐落在更新统桐子林组砂卵石堆积层上，局部穿过厚度较大的中细砂层。

1.2塑性混凝土简介
国外从20世纪60年代末开始采用塑性混凝土防渗墙，而我国是在80年代后期才首次应用成功的。

这种材料的特点是抗压强度不高，一般可控制在R28＝0.5～2MPa，弹性模量较低，一般可控制在E28＝100～500MPa，渗透系数K＝1 ×10-6～1×10-7cm/s。

塑性混凝土与我国早期防渗墙采用的黏土混凝土有本质的区别。

黏土混凝土仅是在配合比中加入了少量的黏土，水泥用量并未大幅度降低，掺加黏土的目的仅为了改善混凝土的和易性和便于钻凿接头孔，并无降低弹性模量的目的。

在对墙体内力分析研究中发现，当墙体材料的弹性模量降低到1 000MPa以下
时，已经和周围介质（地基土）的弹性模量接近，此时墙体适应变形能力大为提高，墙体的内力大为降低，特别是在一般情况下墙内不产生拉应力，因而也不必担心墙体因拉应力太大而开裂破坏。

因此，它特别适用于地震较频繁的地区和周围介质（地基土）为砂石的地基。

塑性混凝土防渗墙具有在低强度和低弹性模量下适应地基应力变化的特点，确保墙体不被外力破坏，而不需提高混凝土的等级或增加钢筋笼，故能大大节省工程投资。

我国在1990年首次将塑性混凝土防渗墙应用于水口水电站上、下游围堰防渗墙。

以后采用塑性混凝土防渗墙的水利水电工程有：册田水库坝体防渗墙，十三陵抽水蓄能电站下围堰防渗墙，小浪底工程上游围堰防渗墙，宜昌民强水库坝体防渗墙，三峡主围堰防渗墙，漫水湾闸坝及土工膜心墙副坝防渗墙（7 500m2）。

2塑性混凝土配合比的确定
塑性混凝土的配合比与常规混凝土的配合比间存在较大差异。

常规混凝土具有成熟的经验配合比，而塑性混凝土的发展史短，缺乏经验配合比，已建工程中塑性混凝土的防渗墙的配合比存在较大差异。

塑性混凝土防渗墙工程混凝土配合比及物理力学性能见表1［1、 2］。

塑性混凝土在配合比方面的特点是水泥用量较少，一般约为80～170kg/m3，此外还需掺加部分黏土或（和）膨润土（塑性指标较高），对其它材料用量的要求与一般混凝土基本相同。

有关试验表明［3］，只掺加膨润土的塑性混凝土（A种）、只掺加黏土的混凝土（B种）和同时掺加膨润土和黏土的塑性混凝土（C种）的三种混凝土具有不同的R～E相关关系（如图1所示）。

图1表明，当R相同时，A种混凝土的E值最小，C种混凝土的E值次之，B 种混凝土的E值最大。

要配制出具有较低弹性模量和较高强度的塑性混凝土应采用A种混凝土较好。

虽然塑性混凝土的E、R存在以上关系，但影响塑性混凝土防渗墙弹性模量的因素较多，如黏土和膨润土的黏粒含量和塑性指标、水泥的标号和品种、骨料的粒径和硬度（各种试验表明，骨料粒径大的塑性混凝土所能承受的强度和变形能力比骨料粒径小的塑性混凝土要小得多，即在塑性混凝土中宜选择一级配的粗骨料）、外加剂的型号和掺量等。

这就决定了塑性混凝土配合比设计的难度和复杂性，需要花费更多的时间和人力物力。

同时，基础防渗墙工程往往从工程一开始就组织施工（基础工程施工是关键工序），因此为确保工程的正常顺利开展，设计单位应事先根据当地的砂石骨料和水泥品种
进行塑性混凝土的室内配合比试验，确定塑性混凝土防渗墙的配合比。

塑性混凝土防渗墙还有其它指标，如渗透系数或抗渗标号、坍落度、扩散度等，在工程施工中，承包商应根据设计提供的配合比和技术要求进行现场混凝土配合比的复核试验，以确定塑性混凝土施工配合比和最佳施工参数。

3施工质量控制
在施工上，塑性混凝土防渗墙的质量控制与普通混凝土和高强度混凝土基本相同，但应针对塑性混凝土防渗墙墙体自身的特点，采取一些专门控制措施。

防渗墙工程是重要的隐蔽工程，尤其是塑性混凝土防渗墙的强度和弹性模量等力学指标一般不宜通过打孔取芯检测，为确保施工质量，需要进行严谨的施工和有效的质量监控。

3.1膨润土的掺加方式
在漫水湾闸坝工程中，膨润土的掺入方式先后采用了两种方式：(1)先将水泥、膨润土和砂石骨料混合干拌，然后加水进行搅拌；(2)将膨润土加入专用水池中，进行充分搅拌并配制成一定浓度，然后加入砂石骨料和水泥进行拌合。

施工过程中，在第一种的方式下，膨润土经常形成粒径10～30mm的团块，不能形成泥浆，从而降低了膨润土在塑性混凝土中的作用，最终主要导致塑性混凝土弹性模量和强度增大。

在第二种的方式下，膨润土不出现结块现象，分散很均匀，不仅保证了塑性混凝土的拌合质量与试验结果一致，还增大了坍落度。

因此，建议在塑性混凝土拌合过程中，膨润土采用湿掺法。

3.2准备阶段的质量控制
施工准备是为施工阶段提供有效的、正常施工的物质条件和技术保障，作为质量控制人员的监理工程师应加强这方面的控制，严格控制并落实承包商的施
工设备、材料和技术力量。

在施工准备阶段，除应做普通混凝土防渗墙的准备工作外，承包商应重点为施工作好以下方面的工作，而监理工程师也应对此进行重点控制：
（1）根据施工现场的条件和塑性混凝土防渗墙的技术要求，周密、详细地做好施工组织设计的编制和审查工作（与一般混凝土防渗墙相比，塑性混凝土防渗墙更应重视现场混凝土的配合比试验，黏土或/和/膨润土的掺和方法等内容）。

（2）投入塑性混凝土防渗墙混凝土浇筑的施工设备是否能满足工程实际需要，尤其是塑性混凝土拌合系统中膨润土掺加设备（黏土和/或膨润土制成泥浆或浆液掺加效果较好，建议采用湿加设备）和混凝土运输设备。

混凝土运输设备应与运输距离相一致，出机口至浇筑现场的运输时间不能过长，因为混凝土在运输过程中坍落度、扩散度损失较大。

（3）按施工顺序、造孔方法和施工组织确定的槽孔划分原则合理地进行槽孔划分。

（4）根据设计提供的配合比和技术要求进行现场混凝土配合比的复核试验和材料的检测试验，塑性混凝土必须检测黏土/和膨润土的黏土含量与塑性指标，并满足设计及配合比要求。

（5）选择防渗墙中心线上具有典型代表的部位进行生产性试验，以确定造孔、固壁泥浆、墙体浇筑等的施工工艺和参数。

3.3施工阶段的质量控制
在施工准备充分的条件下，承包商就可以进行防渗墙施工。

施工过程中，承包商应严格按监理工程师批准的施工组织设计进行施工，监理工程师应派出经
验丰富的现场监理人员进行现场监理，并按重要隐蔽工程的要求实行旁站监理。

作为塑性混凝土防渗墙，不仅具有普通混凝土防渗墙的一般施工要求，还应严格按以下方面进行施工和严格控制：
（1）在每次进行塑性混凝土浇筑前，应严格仔细检查砂石骨料的粒径，确保砂石骨料的粒径与试验确定的配合比所要求的粒径一致。

（2）膨润土若采用湿掺方式，应随时检查并控制液体浓度，确保实际掺入量与试验确定的配合比一致；若采用干掺方式，应考虑膨润土结块现象，实际掺入量应大于配合比量，具体量视拌合后结块现象而定。

同时，应检查膨润土和水泥的保存质量。

（3）在防渗墙墙体浇筑前，应根据《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》制定浇筑方案。

若运输时间和浇筑时停留时间太长，塑性混凝土的坍落度和扩散度的损失较严重，因此在制定浇筑方案时应充分考虑混凝土的运输方式和入仓方式。

（4）每个槽段在混凝土浇筑前，监理工程师应在现场监督承包商根据骨料的含水情况进行混凝土试拌，检查拌制混凝土的坍落度和扩散度。

若运距较远，拌制混凝土应考虑运输和浇筑时的坍落度和扩散度的损失，必要时适当增大出机口的坍落度和扩散度使其超过设计值，以满足设计及规范要求。

（5）在浇筑过程中，可能因某种因素导致混凝土坍落度和扩散度损失严重而不能满足混凝土的浇筑要求，发生这种情况严禁直接向混凝土中加水。

（6）虽然塑性混凝土的扩散度较大，在浇筑过程中仍应确保混凝土面均匀上升，故应经
常测量混凝土面高程，并及时填绘浇筑指示图。

（7）塑性混凝土的坍落度损失快，为避免堵管事件，施工人员应经常提动导管（特别是浇筑速度较慢时），混凝土的拌合、运输应保证浇筑能连续进行。

若因故中断，现场负责人员应根据具体情况及时采取应急措施进行处理。

（8）若对浇筑完成的塑性混凝土防渗墙进行帷幕灌浆，应特别注意控制灌浆压力，防止防渗墙破坏。

3.4施工质量的检查验收
塑性混凝土防渗墙与常规混凝土防渗墙一样都需进行混凝土质量检查和墙体质量检测，但在具体的检查方法上存在差异。

3.4.1混凝土质量检查
混凝土质量检查是指对已浇筑的塑性混凝土的物理力学性能的检查，主要应包括抗压强度、弹性模量、抗渗标号（或抗渗系数）。

由于塑性混凝土的强度较低，不宜采用钻孔取芯的方法对成墙混凝土进行取芯，只能在混凝土浇筑时，现场取样成型试件，用试件的试验结果代替防渗墙的实际性能指标。

一般塑性混凝土的强度R28为0.5～2MPa。

用常规混凝土渗透仪进行塑性混凝土的渗透试验时，由于试样为一个ø175～ø185和高150mm的截头圆锥体，常常在不大的渗水压力作用下，就会沿着混凝土试样与外面的金属筒之间接触面发生破坏。

另外，由于塑性混凝土本身的黏结力较差，试验密封材料与试样黏结不牢而出现微小间隙，形成渗水通道。

做抗渗标号试验时可以采用清华大学水电系研制的塑性混凝土渗透试验仪器进行试验，或采取专门的保护措施，以防加压时破坏试件，影响试验结果。

3.4.2墙体质量的检查
对混凝土防渗墙成墙质量的检查，现行采用的方法有钻孔取芯法、超声波法和地震透射层析成像（CT）法。

对于塑性混凝土最好采用无损检测方法，如超声波和地震透射层析成像（CT）法，检测防渗墙的连续性和接头孔的连接质量。

漫水湾工程采用了超声波检测。

检查结果表明，防渗墙墙体整体均匀，致密性较好，墙体底部淤积少；局部致密性略差，对应测点的波速降到2 000m/s，对应的混凝土强度为1.3MPa左右。

超声波测试成果见图2、3。