浅谈胶结砂在河道防渗中的实验与应用

浅谈胶结砂在河道防渗中的实验与应用

摘要：石家庄市滹沱河防洪综合整治生态环境修复一期工程，是市政府重点工程，是省会城市实现“三年大变样”的重要举措。主要是通过河槽整治、河岸防护、兴建蓄水工程等综合措施，逐步修复河流自然生态系统，从而进一步改善石家庄市区的生态环境。

关键词：膨润土防渗毯；碾压胶结砂；防渗

1、前言

碾压胶结砂是一种创新技术，具有充分利用河道清淤的弃砂、经济、环保的特点。在已取得较为系统的室内试验研究成果的基础上，需要对现场施工工艺进行认真探索。为实现整个实验的完整性，根据石家庄市水利局意见，在滹沱河河道位于河心岛以南的塔元庄附近开展防渗体现场试验。

2、试验研究的依据

《渠道防渗工程技术规范》SL18-2004

《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》SL47-94

《水利水电建设工程验收规范》SL223-2007

《水利水电工程施工质量评定规程》SL176-2007

《水工碾压混凝土施工规范》DL/T5112-2000

《给水排水构筑物施工及验收规范》GBJ141-90

3、试验池技术要求及填筑

试验池的规模，主要从满足膨润土防渗毯搭接尺寸和现场大型机械施工作业基本要求两方面考虑。为不破坏原砂基基面，对试验场地进行清表并压实后，填筑试验池围堰。围堰高3米，堰顶宽控制在3米左右。内外坡比均为1：2。用五块膨润土防渗毯（每块尺寸为6m×30m）按搭接要求铺盖试验池。试验池底宽12m，长14.6m，深3.0m，池边坡比为1：2，池边缘线以外留防渗毯1～1.5m。保护层胶结砂碾压厚度按50cm考虑。边坡采用砂袋临时防护措施，保证膨润土

防渗毯试验期间的抗滑稳定。

碾压胶结砂防渗试验池布置见图1：

试验池围堰填筑，依据《渠道防渗工程技术规范》SL18-2004进行质量控制。

试验基槽清表，采用T140推土机清表、平整。清表满足设计要求后，采用CN225型振动碾压实，基面相对密度要求达到0.7以上。基面压实后进行基槽四周围堰填筑，就近选取砂料，采用装载机装车，8吨自卸汽车运输，推土机平摊，分层填筑压实，层厚控制在50cm以内。围堰填筑完成后，削坡满足坡比1：2及平整度要求，最后进行槽底基面的修整。在围堰施工时，提前在宽向一侧预留机械施工进出口，在碾压胶结砂铺筑完成后再进行施工进出口封堵。

4、基础面压实施工工艺试验

为使砂基满足防渗毯铺设的要求，对砂基进行碾压及试验。在砂基碾压试验前，对砂基砂料进行了取样室内试验。该砂料细度模数在1.74~2.09之间，属于Ⅱ、Ⅲ区细砂，室内相对密度试验最大干密度1.68g/cm3，最小干密度为1.37g/cm3。如按设计指标相对密度≥0.7计算，现场控制干密度值应不低于1.57g/cm3。

试验池基础面碾压试验数据统计表表1

通过以上整理数据，将干容重与含水量的关系曲线示于图2：

5.膨润土防渗毯性能指标（山东实德土工合成材料工程有限公司提供）

其主要技术参数见表2。

钠基膨润土防渗毯主要技术参数 表2

6 .膨润土防渗毯施工

现场布置见图3：

6.1施工前的基础要求

清除基面上的污染危害物质和杂物,膨润土防渗毯的施工在基础及工作层达到要求后进行,底面铺设时平行搭接，水流上游的防渗毯应压在下游的防渗毯上面，布面不可张拉过紧或褶皱，适量放松并紧贴地面防渗毯的铺设和搭接与斜坡倾斜的方向平行,如果坡度大于1：4，在距坡顶或坡脚1m内，防渗毯不能有横向搭接。

6.2防渗毯铺设结束后，立即进行胶结砂保护层的施工，避免铺设好的防渗毯空置时间过长,防渗毯搭接处铺设好后，将搭接处掀开，均匀铺撒防水粉。确保防水粉铺撒均匀，不被破坏。

7．碾压胶结砂施工工艺试验

碾压胶结砂现场施工实验，除对经室内研究提出的施工配合比进行适用性验证外，还要对施工工艺及控制参数进行探索验证。如VC值变化对压实效果的影响，碾压遍数与压实容重的关系，碾压厚度与压实厚度的关系等，为将来实际施工的工艺参数控制提供依据。

7．1碾压胶结砂设计指标

碾压胶结砂的设计指标为：抗压强度≥5MPa，龄期为180d，施工保证率P=80%，依据上述指标要求，经计算保证强度为7.9MPa。

7．2碾压胶结砂原材料及配合比

采用鼎鑫P·O32.5水泥，其3d抗压强度16.1MPa，28d抗压强度37.6MPa。华能上安电厂Ⅱ级粉煤灰。滹沱河河床施工现场细砂，细度模数1.87。试验用碾压胶结砂配合比及室内试验结果见表3：

试验用碾压胶结砂配合比表3

7．3碾压胶结砂施工工艺

7.3.1试验设备、仪器及工器具

HZ75型强制式混凝土搅拌站，1立方挖掘机1台，8t自卸汽车3台，T140推土机1辆、Z50型装载机1台、CN225震动碾一台、洒水车一辆、水泵一台及核子密度仪、维勃稠度仪、干湿温度计等。

7.3.2碾压胶结砂拌制

胶结砂的拌制采用强制式混凝土搅拌机拌制。碾压胶结砂投料顺序为：砂—水泥—粉煤灰—水，拌合时间不少于90s。

7.3.3运输

碾压胶结砂运输采用8吨自卸汽车。汽车在搅拌站承接胶结砂料后，表面苫盖塑料布，防止日晒造成砂浆表面风干。胶结砂途中运输时间约为15分钟。对VC值影响较小。

汽车在入仓前将轮胎冲洗干净，严禁将泥土带入仓内。

7.3.4胶结砂卸料、平仓

砂浆采用进占法连续铺筑，自卸汽车在试验仓口处堆料，T140推土机推料找平。不同条带碾压厚度依次按50cm、40cm、35cm进行控制。

7.3.5碾压

振动碾在进入仓面前，必须将振动轮清洗干净。

碾压中条带之间采用搭接法，搭接宽度为20～30cm；端头部位搭接宽度为100cm左右。

在有振碾压前，先无振碾压一遍，确保表面平整后，再进行有振碾压，如不平整应以人工或机械处理达到要求。有振碾压完成后再无振碾压一遍收面。

7.3.6切缝

胶结砂保护层伸缩缝布置情况见附件，缝宽10mm，缝深18cm。具体试验时又增加了4×8米块的伸缩缝，通过一个月的观察未发现有裂缝出现。

依据试验观察情况分析，胶结砂保护层采用碾压方法施工，纵缝、横缝间距5m，切半缝，缝宽5mm，缝深5～10cm，为诱导缝，能够满足要求。进行诱导缝施工，一般在施工结束后三天为宜，施工机具为切缝机。

7.3.7养护及防护

碾压胶结砂终凝后即开始洒水覆盖养护，养护时间为28天。在切缝完成后，即洒水湿润，表面铺设30cm砂料保护层，替代养护。

7．4检验结果及分析

碾压胶结砂现场试验过程中，对气温、材料温度进行了测试。进行了胶结砂的机口与现场工作度（VC值）及抗压强度、碾压遍数与压实容重的关系、厚度与压实厚度的关系、碾压试验胶结砂芯样容重及抗压强度等方面的试验研究工作。

7．4．1温度及VC值测试

必须对胶结砂的工作度（VC值）进行认真测试和严格控制，禁止不合格拌合物进入仓面。

拌合站机口及碾压施工现场温度与VC值测试结果列于表4、表5

拌合站机口温度及VC值实测结果 表4

现场温度及VC值实测结果表5

控制适宜的VC值是确保碾压胶结砂质量的重要前提。因此，出机及入仓前应进行VC值测试与控制，严禁不合格拌合物进入仓面。由表4可知：胶结砂机口VC值波动范围7.5～11.0s；由表5可知：胶结砂碾压现场VC值波动范围11.0～14.0s，均属正常控制范围，较好地满足了碾压施工工艺要求。

7．4．2机口与现场取样胶结砂抗压强度试验结果

进行了拌合站机口及碾压施工现场的胶结砂不同龄期抗压强度试验，试件规格为150×150×150mm，结果分别列于表6、表7：

胶结砂机口取样试件抗压强度试验成果 表6

胶结砂碾压现场取样试件抗压强度试验结果 表7

由表6、表7试验结果可知：胶结砂机口与现场取样试件抗压强度值较为接近，180d龄期抗压强度均在9.0MPa以上，超过设计指标M1805技术要求。

7．4．3现场碾压试验块芯样容重及抗压强度试验结果

为考查胶结砂试验块的现场施工实际效果，进行了钻芯取样试验工作，芯样直径为100mm，芯样试验项目主要有容重及不同龄期抗压强度。试验结果列于表8：

现场试验块胶结砂芯样容重及抗压强度试验结果 表8

由表8试验结果可知：现场胶结砂试验块芯样的密实性较好，容重均满足或超过设计指标要求。抗压强度虽能满足控制指标7.9MPa要求，但较机口及现场取样制作的150×150×150mm试件强度均有明显降低。其原因可能与压实均匀性有关，也和取样制取试件与芯样试件试验方法的差异有一定关系。

7．4．4胶结砂碾压遍数与压实容重的关系

胶结砂拌合物的理论容重值为2016 kg/m3，如现场施工压实度按98%控制，其湿容重控制值应不低于1976 kg/m3。

现场施工试验中，不同碾压厚度的碾压遍数与压实容重关系测试结果列于表9：

胶结砂碾压遍数与压实容重关系测试结果 表9

由表9测试统计结果可知：不同碾压厚度（35cm、40cm、50cm）的胶结砂，其压实容重与压实度随有振碾压遍数的增加而提高，有振碾压6遍时压实度可满足控制值98%要求，有振碾压7遍时容重值基本趋于稳定。据此可以认为：碾压胶结砂施工，有振碾压遍数不宜低于6遍，以控制有振碾压7遍较为适宜。

8．试验池注水防渗试验情况

通过两次试验发现，在蓄水到100～130cm水深时，无渗漏。在蓄水到205cm水深时，第一次渗透系数1.83×10-6m/s，第二次修补底部两处渗漏点后，渗透系数为1.13×10-6m/s。而防渗毯的设计渗透系数为5×10-11m/s。两者存在较大差异。分析整个试验过程，实测渗透系数大的原因有以下几个方面：

(1) 施工接缝部位，由于初次进行防渗毯施工，存在接缝处防水粉铺设质量欠佳的问题。

(2) 坡面水平缝部位在施工中，由于下片防渗毯轻微移位也会对防水性能产生影响。

(3) 试验坡面保护层临时采用砂袋压护，砂袋本身不均匀，不能形成防渗毯表面均匀持压，也会影响防水性能。

9. 结束语

本次现场试验结果表明：碾压胶结砂施工工艺易控制操作，适合大仓面作业。参照碾压混凝土质量控制办法进行碾压胶结砂施工，能够保证碾压胶结砂质量，使之满足工程设计要求。但工艺参数的选择和关键环节的控制十分重要，必须科学选取，严格掌握。

试验表明碾压胶结砂和防渗毯结合良好，采用碾压胶结砂做防渗毯保护层方案是切实可行的。