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自凝灰浆防渗墙技术


自凝灰浆防渗墙技术

2005/09/20

金昌市科技局

自凝灰浆防渗墙技术是在大量室内外试验的基础上,考虑三峡三期围堰施工的地层特点,本 着兼顾施工性能和灰浆凝结体物理力学性能的原则,优选出 5 组配比用于三期围堰前期试验施 工。 简要技术 三峡三期上游土石围堰为Ⅳ级临时建筑物,由风化砂、反滤料、石渣、块石等填筑而

成。其 防渗结构设计采用防渗墙上接土工材料心墙形式。上下游土石围堰防渗墙总面积约 2 万 m2,施 工工期仅为一个月, 其施工难度在国内尚无先例, 加之在水下抛填的尚未完全固结的风化砂中建 造防渗墙难度也是很大的。鉴于此,课题组对国内外已有的工程实例进行了广泛和深入的调查、 研究和比选,结合我们自己的施工经验,提出了采用自凝灰浆防渗墙技术。 课题组在大量室内外试验的基础上,考虑三峡三期围堰施工的地层特点,本着兼顾施工性能 和灰浆凝结体物理力学性能的原则, 优选出 5 组配比用于三期围堰前期试验施工。 槽孔终孔后对 槽孔施工质量进行了开挖及钻孔检测,结果除强度指标偏低外,其他指标都优于设计要求。在专 家组评审意见的基础上, 课题组委托基础局实验室进行室内补充试验, 调配了两组适用于三期围 堰施工的强度大于 0.5MPa 的施工配合比用于三期围堰防渗墙施工。 研究成果 通过大量试验和工程实践,得出以下研究成果:一、自凝灰浆配合比的研究 1.自凝灰浆原材料的研究 水泥品种的选择据国外资料,拌制自凝灰浆采用矿渣水泥优于硅酸盐水泥,一是浆液初凝时 间较长,二是浆液凝结体的后期强度较高。课题组用高矿水泥和普通硅酸盐水泥进行比较试验, 结果浆液初凝时间相近,矿渣水泥并没有显出初凝时间较长的特点。考虑到三期围堰的特点,为 确保灰浆凝结体的早期强度,最终选用了 32.5MPa 普通硅酸盐水泥用于工程中。缓凝剂的选择 自凝灰浆是一种特殊的材料, 其初凝时间采用国际通用的测试浆液黏度来确定, 即用马氏漏斗黏 度为 50—60 秒视为浆液进入了初凝状态。试验中课题组选用了食糖、木质素类的 1050 缓凝剂、 高效减水剂 ZB-1A 和 JG3 四种做对比试验,结果食糖的缓凝效果最佳,当其加量为水泥用量的 0.27%,缓凝效果就十分明显,浆液初凝时间>16h,其余几种缓凝剂缓凝作用从大到小依次为 1050、JG3、ZB-1A,但总体来讲效果均不理想,基本不能用于制取自凝灰浆。 石粉掺加量的研究根据国外资料在自凝灰浆中加入石粉,可提高灰浆凝结体的抗渗性能和强 度。试验中,课题组按不同掺加量调试了 10 组配合比,结果当灰水比为 0.16,石粉掺加量大于 600kg/m3 时,其灰浆抗压强度可达 1MPa,但浆液 8h 就初凝了,不能满足孔深大于 20m 抓斗连 续施工的要求。 如降低石粉掺量, 其泌水又很严重, 且抗压强度反而比不加石粉同一组配比的低, 但抗渗和弹模优于不加石粉的同一组配比。 经综合考虑决定不掺加石粉。 膨润土品种及掺量的研

究课题组依据收集到的国内外自凝灰浆资料认为自凝灰浆施工采用钠基土要优于钙基土。 但考虑 国内生产钠基土的企业较少,加上成本较高,决定采用钙基土代替,施工时加入一定比例的分散 剂。 膨润土掺量以水泥加量的 20%—25%为宜。 施工时采用符合 SY/T5060-93 标准的二级钙基土, 加量为水泥用量的 22%,结果原浆质量良好,泌水率小于 4%。 2.自凝灰浆原浆性能的研究及浆液初凝时间的选择 根据三期围堰地层的特点和抓斗施工效率,课题组经过在长江堤防进行自凝灰浆试验,并参 考国内外已建工程的施工经验,确定了灰浆原浆的初凝时间应大于 24h,但不宜大于 36h,这样 既保证了在浆液初凝以前就完成了槽孔抓挖, 又保证在施工过程中掺入土砂的灰浆不至于过早凝 固, 也有利于防止浆液较长时间不凝固或早期强度太低。 试验最终选定的配比中缓凝剂的加量基 本按初凝时间不小于 24h 来进行控制。 动切力的测试研究 根据泥浆流变学的研究,在建造槽孔时,所用浆液的动切力如过大,不仅给浆液输送带来困 难,更主要的是在钻具上下运动时,会对孔壁造成不利的冲刷,并产生过大的压力波动,这都会 危及孔壁的稳定。为此,对所用配比的浆液,课题组均测试其动切力,结果在 12h 以内。以食糖 为缓凝剂的灰浆,其动切力与通常所用的膨润土泥浆的动切力相近,可以满足施工的需要。灰浆 三项指标及 pH 值的研究直接影响灰浆质量,密度、黏度、含砂量决定了灰浆原材料加量的准确 性及原材料的质量。 通过研究发现, 在不加石粉的前提下原浆三项指标与凝结体的抗压强度成正 比关系,但黏度过大会降低施工效率。施工时密度以 1.2—1.3、黏度以不大于 40s 为宜。 二、自凝灰浆凝结体物理力学指标的研究 自凝灰浆凝结体的物理力学指标,为以后的施工积累了施工经验,课题组在施工过程中进行 了现场装模成型,经水下养护到一定龄期进行物理力学试验。试验结果:自凝灰浆凝结体的抗压 强度和弹模主要取决于灰水比的大小,灰水比愈大、这两个指标愈大;抗压强度随龄期的增长而 增长, 天强度约为 7 天强度的 2.15—2.86 倍, 28 平均为 2.56 倍; 灰浆原浆加入石粉量小于 600kg 时,抗压强度不增反减;自凝灰浆抗渗性能良好;自凝灰浆强度与混入灰浆中砂的含量成正比, 与混入灰浆中土的含量成反比。 三、自凝灰浆成槽施工工法的研究 “挖凿法”及“纯挖法”施工研究针对三峡三期围堰水下抛填风化砂比较疏松, 入岩深度较深, 且 存在块球体的实际情况,课题组在收集国内外施工资料的基础上提出了风化砂采用“纯挖法”施 工,块球体及基岩采用“挖凿法”施工的方法。“纯挖法”即用抓斗直接抓取地层成槽,抓挖过程中 不断向槽孔中注入灰浆,“挖凿法”即先用重凿冲砸基岩或块球体,然后用抓斗捞取破碎的岩块, 以获得进尺,如此反复进行,直至设计孔深。三期围堰施工中共投入抓斗 2 台套,重凿 4 个。槽 孔接头施工研究常规防深墙接头在二期槽浇注时需采用钢丝刷刷洗一期槽孔壁上的泥皮, 稍有不

慎便会导致一二期槽孔之间夹有泥皮, 这对防渗不利。 课题组根据国内外有关资料提出了接头无 接缝施工工艺。即先施工相邻一期槽,后开挖期间二期槽,开挖二期槽孔时,相邻一期槽孔内的 自凝灰浆尚未凝固,沿一个方向连续进行,这样待灰浆凝固以后就形成了无接缝的连续的墙体。 具体施工时对孔深大于 20m 的地段采用的是待相邻一期槽凝固后,再施工二期槽,但由于护壁 和墙体是同一种材料,不存在泥皮问题,因此形成的墙体同样没有接缝,此种方法施工比连续施 工浪费材料,增加成本。地层松散渗浆的研究及对策由于水下抛填的风化砂比较疏松,加之无固 结时间,导致抓斗在施工时渗浆较严重,为防止严重的漏浆或塌孔,经过反复试验,课题组确定 了施工时采取先压后抓的施工方法,并采取抓斗慢下慢上,减少压力波动的技术措施。此外,开 挖过程中应及时补浆,液面高度不得低于导槽底部。
font size="2">应用前景

自凝灰浆防渗墙应用于大型水利枢纽的建设中,并且由国内的施工队伍自行设计施工,这在 国内水电基础处理领域尚属首次,具有创新性,填补了国内空白。自凝灰浆防渗墙施工工效高, 防渗效果好,工程造价比混凝土防渗墙低。用于临时围堰即降低成本,又便于拆除,用于病险水 库的处理, 可大大降低工程造价, 具有其他防渗墙不能比拟的优点。 自凝灰浆防渗墙 (墙厚 80cm) 在国内施工中首次突破 20m,孔深 26.1m 为国内自凝灰浆防渗墙(墙厚 80cm)孔深之最。由于 自凝灰浆防渗墙固壁材料即为墙体材料, 减少了常规防渗墙施工时的废弃浆, 从而减少了环境污 染。由于自凝灰浆防渗墙的成功应用,保证了三峡三期围堰的按时抽水,同时保证了下游围堰的 稳定,抽水结果证明了自凝灰浆防渗墙用于水利施工的可行性。


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