HEC土体固结剂在渠道防渗工程中的应用

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1、1HEC 土体固结剂在渠道防渗工程中的应 用摘要：山区的渠道工程建设，目前一般采用水泥砂浆砌条石防渗。该防渗工艺虽能就近取材，但防渗效果不理想，河砂运输困难，建设活动对环境影响大。四川省平昌县利用 HEC 土体固结剂作为胶凝材料，在渠道防渗工程中进行了应用研究，取得了满意的效果，克服了前述防渗工艺的不足，为山区的渠道防渗提供了全新的施工方案，具有较大的推广应用价值。 关键词：水利新技术 HEC 土体固结剂防渗应用 一、概述 HEC 土体固结剂全称“HEC 高强高耐水土体固结剂”，是武汉大学研制的一种新型胶凝材料，近年来广泛应用于包括三峡、黄河小浪底等工程中，被国家科学技术部列入“九五”国家科技

2、成果重点推广计划项目。用其固结的材料范围广，尤其是可以充分利用当地各种土料作建材，能使工程总造价下降 20%左右。并且具有早期强度高、后期强度稳定发展、水稳定性好、耐久性好等特点。HEC 产品目前在四川省水利工程建设中还处于试点应用阶段。平昌县选用适合水利项目及基础工程的 HEC-1 产品，研究在川东丘陵区 HEC 与不同土体，采用不同配比在渠道防渗工程中应用的可行性、技术优越性，总结了配合比方案、施工技术要点。二、实验项目实验设计指标为：防渗体强度C5，抗渗标号S5。2HEC 产品外观与水泥相近，同为粉末状材料，其固结对象为土体，与水泥固结砂砾石的施工工艺不一样。试验按 SL237-1999

3、土工试验规程、DL/T5150-2001水工混凝土试验规程的原则方法进行。实验方案为：1、在当地取两种分布较广并具有代表性的土样作土工试验；得到土样的物理指标，对土样定名。该试验由四川省水利水电勘测设计研究院水电科研所承担。2、无侧限抗压试验。取两种土样分别以 10%、12%、15%的 HEC 含量做抗压试件，模具为 7.07cm7.07cm7.07cm 标准试模，分二层夯筑成型，试件 24 小时脱模，洒水养护七天。该试验由平昌县建筑质量监督检验所承担。3、取两种土样分别以 12%、15%的 HEC 含量做抗渗试件，试模尺寸为高 15cm，上口直径 17.5cm，下口直径 18.5cm，分四层

4、夯筑成型，试件 24 小时脱模，洒水养护七天。抗渗试验由四川省水利水电勘测设计研究院水电科研所承担。4、取两种土样分别以 15%的 HEC 含量用振捣法在 U 型渠模具内预制渠槽，该试验由平昌县水槽预制构件厂承担。5、取两种土样分别以 15%的 HEC 含量用 U 型渠液压成型机压制渠槽。该试验由平昌县水槽预制构件厂承担。试验成果为：1、两种土样分别定名为粘土、重壤土，同属粘性土，其物理指标如下表：项目指土 标3样比 重ds液 限 WL (%)塑 限 Wp (%)塑性 指数 Ip分散 度 (%)天 然 含水量 W (%)最 大 干密度 dmax (g/cm3)最 优含水量 Wo (%)粘 土2

5、.6742.1420.221.939.713.61.6420.4重壤土2.6937.021.715.343.614.91.6917.72、试件七天抗压强度如下表：HEC 含量土 强样 度(Mpa)510%12%15%粘 土4.084.625.89重壤土3.974.455.46两种土样掺和 HEC 的含量越高，其抗压强度越高；按 15%HEC 含量配制的试件其七天抗压强度能够达到设计抗压强度。3、试件七天抗渗试验采用逐级加压法，经历时间 16h-18h，终了水头 20m-60m，成果如下表：HEC 含量 土 渗透系样 数 K(cm/sec)12%615%粘 土0.5310-80.2710-8重壤

6、土5.5610-83.8310-8两种配比制作的试件其渗透系数均远远小于设计渗透系数 110-5cm/s，达到设计抗渗要求。4、利用钢模用插入式振捣棒预制 U 型渠槽。钢模长 100cm，设计预制件厚 5cm，采用直连式单相振动棒(Z1D-01-35)，功率 0.60KW，振动棒直径 3cm。利用该套模具制作“HEC土料”混凝土 U 型渠槽没有成功，其主要原因是由于土料的粒径细微，C 值较砂大，与 HEC 拌合后，其坍落度很低，流动性差，在机械振捣作用下拌合物迅速在振动棒周围结团，不能在模具内形成均匀密实的预制件。结论是仅靠振动施工无法完成预制构件的工作。5、压制“HEC土样”混凝土 U 型渠

7、槽。液压 U 型渠成型机的压力为 50kg 水压，能够生产长 50cm 的各型 U 型渠槽(安装不同型号的 U 型渠模具)，分层压制成型，立即脱模。该试验未能成功。其原因是虽然在模具表面抹了一层矿物油，但是土料的粘性大，脱模时“HEC土料”拌合物粘附在模具表面，不能形成一个完整的构件，而且需经五次压制才能达到设计密实度，工效低。以上试验结论为：对我县分布较为广泛的粘土、重壤土按 HEC土料水为 1(56)7(0.4-0.5)的配合比配制“HEC土料”混凝土，采用夯筑方式制作的构件能够达到强度C5、渗透系数 K1.010-5cm/s 的设计要求，能够满足水利工程渠道防渗体的各项指标，其要点是土料

8、含水量控制在 20%以内，HEC 拌合料含水量控制在 22%以内。 三、施工准备1、渠道断面选择：渠道净深小于 40cm 的渠道可采用直墙，否则考虑边坡稳定应采用梯形断面(如采用直墙，衬砌过厚不经济)。实验渠道设计坡降为 1.5，按灌区最大灌溉流量进行断面设计，为梯形断面，边坡 10.5，净深 50cm，正常水深40cm，设计衬砌厚度为边坡 12cm，底板 8cm。设计糙率 0.015(砼抹光渠道的正常值)。2、工具：按渠道测量规范测量布点，制作模架(用厚 3cm 的木板)、木制夯筑锤、铁等。3、设备：为了快速检测填筑质量，特购置了干密度快速检测仪(微贯仪)。用环刀法与干密度快速检测仪作平行实

9、验，率定贯入仪的标准值。以第一仓料为试验，每层填土 10cm，分层夯筑密实，然后去掉表层 5cm，取 3 组填土作环刀试验，得到天然密度 =2.02g/cm3，干密度 d=1.70g/cm3，含水量 w=18.82%，结果符合设计要求。在环刀周围取 7 个点，用贯入仪贯入 15cm，获得 7 个压力值，剔除最高点182N，最低点 115N，得到平均压力为 148N。该值即为该检测深度与环刀率定出的标准贯入值。在施工过程中用贯入仪检测填土密实度，当压力 P148N，即符合密实度要求，当 P148N，即需返工夯筑。四、施工工艺1、备料。就近选择土层较深厚，土质均匀的地方作为料场，四周挖好排水沟，去

10、掉表层杂物，翻挖晾晒。土块略干时捣碎，用孔径小于 1cm 的铁筛筛分，一次筛分的土料不宜过多，满足施工进度即可。82、开挖。按设计毛渠断面及坡降开挖，底宽 49cm，边坡 10.5，深 58cm，用方木条制作成毛渠模架，检查开挖尺寸。毛渠边坡及底板用木锤或泥掌子击实，避免衬砌时因夯筑不实而导致毛渠界面变形。3、架模。按设计的渠道底坡及堤顶高程，在毛渠堤顶上定桩拉线，模架上边缘与拉线齐平，模架撑杆与模架相对固定。毛渠底板低了则垫，高了则挖，保证模架定位在设计高程。架好模后在模板表面涂抹矿物油(一般为废机油)。4、配料。为了控制好配合比，每次按掺入 50 或 100kgHEC 进行拌料，配比为HE

11、C土料为 16。干料拌合均匀后按水灰比 12 的水量充入喷雾器，一边拌和一边喷水，加水速度以拌料不结大团为宜。拌料最后的形态为粗颗粒状，团块需捣细。拌料的含水量以手握成团、可塑，掰开后内部较紧密为宜。拌料的同时洒水将毛渠表面湿润，以可以抹起泥浆为度。料拌好后迅速填仓夯筑，拌料存放时间不宜超过 1h。5、夯筑。(1) 填料夯筑。将拌料用撮箕、木桶、细密的背兜盛装运入仓内，两边同时加料同时夯筑，每次加料厚度以 8cm10cm 为宜。夯筑至设计高程后将堤顶用泥掌子拍规则，用砖工用的铁掌子抹光。在夯筑过程中随时可用贯入仪检测填筑干密度，如不密实则再夯筑。一仓料夯筑合格后将撑杆卸掉，取下模板。(2) 在

12、衬砌成型的渠道边墙上用墨线弹出设计渠道底坡线。然后加入拌料夯筑渠道底板，夯筑至设计高程后用泥掌子拍规则，用铁掌子将 HEC：土料为 1：2 的稀薄浆液在渠道表面抹光。6、养护。用塑料薄膜覆盖，待表面表现干燥时洒水。养护期七天以上，气温高时需每天洒水。养护期间禁止人员在渠道上走动。渠道衬砌按每 3m 长留一条伸缩缝，缝宽 2cm，用 15 沥青砂浆填塞。9现场施工的核心是：架模到位，拌料均匀，加水适中，夯筑密实，收光养护。五、渠道流量指标、效益测算比较渠道衬砌工作完成后，水库开闸放水，沿途不分流，用 LS25-1 型旋浆式流速仪配合 XHW-1 型通用流速测算仪在渠首、渠中、渠末三个断面测定流速

13、，测算出三个断面的流量、糙率、渗漏量。如下表：指标断面流 速 (m/s)流 量 (m3/s)流量减小 (m3/s)每公里水量损失(%)糙率渠首0.8400.16800.00040.24100.0140+0000.8380.16760.0140.00020.201+6000.8370.16740.014经测算，渠道在通过最大流量下渗漏量非常微小，为每公里 0.2%，防渗体本身无渗漏，渗漏发生在沿途预留的灌溉放水口部位；渠道糙率为 0.014，略低于混凝土抹光渠道正常值。通过连续三天最大流量放水试验，没有发现冲刷现象，其结构强度达到要求。按同等规模的浆砌条石、砼渠道进行流量、造价与工期比较，其指标

14、如下：比较项目11衬砌 指材 料 标糙率流量 (m3/s)每公里水量损失百分比(%)造价(元/m)工期 (天)(相同断面及长度)备 注相同 断面相 同过流量HEC-土料0.0140.1680.261126185生产厂家普及后造价更低浆砌条石0.0250.09457182136混 凝 土0.0150.1570.2747696据上表，HEC-土料衬护渠道相对浆砌条石渠道综合造价降低 14.1%(按相同过流13量则造价降低 25.6%)，过流量增大 1.8 倍，水量损失减小 96%；相对混凝土渠道，综合造价降低 17.6%(按相同过流量则造价降低 19.7%)，过流量略大。利用 HEC材料的工期最短、造价最低，其主要原因是节省了开山取石、材料运输所需的工日。六、结论通过试验及在工程上的应用证明，HEC-1 材料适合粘土、重壤土、轻壤土、砂土，按 HEC：土料为 1：6 的配比，按照碾压夯筑施工工艺能够获得符合渠道防渗体标准的强度、渗透系数及满意的流量指标，较浆砌条石、混凝土衬护渠道的优越性大，技术上完全可行，能够降低投资 20%左右，工期短，社会效益大，在水利基础建设中可以得到广泛推广。