朝陽溝水庫塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)

董永立

（鄭州市水利建筑勘測設(shè)計(jì)院，河南鄭州450006）

0 引言

朝陽溝水庫位于登封市東16 km的大冶鎮(zhèn)盆窯村石淙河中下游，屬淮河流域潁河水系，區(qū)間控制流域面積52 km2,河道比降1/125。下游有登封市大冶鎮(zhèn)、鞏許高速公路、地方鐵路，防洪位置重要。水庫按重現(xiàn)期50 a洪水設(shè)計(jì)，重現(xiàn)期500 a洪水校核，總庫容797萬m3，興利庫容324萬m3，是一座以防洪為主、兼顧工農(nóng)業(yè)供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的?。?）型水利樞紐工程。

大壩始建于1973年10月，1975年10月竣工。壩長350 m，最大壩高20.8 m，壩頂寬4.8 m，壩型為均質(zhì)土壩。由于填筑質(zhì)量較差，壩體沉降、滲漏嚴(yán)重，2008年5月列入病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固規(guī)劃。

1 地質(zhì)條件

依據(jù)勘察成果，大壩填土天然干密度ρd范圍值1.38～1.74 g/cm3，根據(jù)壩體土擊實(shí)試驗(yàn)，壩體土最大干密度1.70 g/cm3，壓實(shí)度按0.96考慮，計(jì)算出壩體填土干密度為1.63 g/cm3，以此作為填筑土質(zhì)量評定依據(jù)。該壩體填土ρd≥1.63 g/cm3者占44%，ρd＜1.63 g/cm3者占56%，大壩填土整體填筑質(zhì)量較差。由于碾壓不均，部分填土干密度甚至小于1.50 g/cm3，填筑質(zhì)量極差，壩體運(yùn)行多年，沉降嚴(yán)重。根據(jù)室內(nèi)滲透試驗(yàn)及現(xiàn)場壩體注水試驗(yàn)結(jié)果，壩體土滲透系數(shù)平均值5.2×10-4cm/s，屬中等透水性。大壩壩基巖性自上而下為低液限粘土、卵石層及石英砂巖。卵石滲透系數(shù)5.8×10-3cm/s，為中等透水性，石英砂巖上部為強(qiáng)～中等風(fēng)化，透水率8.5～14.6 Lu，局部為中等透水。

2 設(shè)計(jì)方案的確定

從安全鑒定結(jié)論及地勘意見可看出，該壩屬于典型的填筑質(zhì)量不均、滲透系數(shù)偏大、滲流安全不滿足規(guī)范要求，必須采取措施除險(xiǎn)加固。根據(jù)壩體、壩基滲漏的位置和深度，經(jīng)方案比選后，采用C5塑性混凝土防滲墻對壩體壩基進(jìn)行防滲處理。防滲墻軸線平行于大壩軸線；成槽方式采用沖擊鉆配合液壓抓斗的方式，設(shè)計(jì)墻厚0.6 m；成墻全長336 m，頂部高程與壩頂齊平（327.60 m），底部至卵石層底。

3 防滲墻厚度計(jì)算

防滲墻的厚度應(yīng)滿足墻體抗?jié)B性、耐久性、應(yīng)力和變形的要求，同時(shí)還應(yīng)考慮到地質(zhì)情況及施工設(shè)備等因素。

國內(nèi)無防滲墻設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)中根據(jù)防滲墻破壞時(shí)的水力坡降確定墻體厚度，計(jì)算公式如下：

式中，ΔHmax為作用在防滲墻上的最大水頭差（m）；K為抗?jié)B坡降安全系數(shù)，一般取5；Jmax為防滲墻滲透破壞坡降，取300。

當(dāng)K=5時(shí)，滲透坡降為60。假定防滲墻承受的最大水頭差與壩前水深相同，計(jì)算得：d=0.4～0.5 m即可滿足要求。由于主壩為永久性建筑物，考慮到混凝土的溶蝕，參考國內(nèi)工程經(jīng)驗(yàn)，大壩混凝土防滲墻墻體厚度定為0.6 m。

4 塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)

4.1 明確設(shè)計(jì)指標(biāo)

塑性混凝土配合比需進(jìn)行室內(nèi)和現(xiàn)場配合比試驗(yàn)，性能指標(biāo)應(yīng)滿足下列要求：塑性混凝土密度＞2.1 t/m3；無側(cè)限抗壓強(qiáng)度等級C5；抗拉強(qiáng)度＞抗壓強(qiáng)度的1/10；抗剪強(qiáng)度c=0.2～0.3 MPa，Φ≥30°；彈性模量＜800 MPa；滲透系數(shù)＜1×10-6cm/s；破壞滲透比降＞300；入孔坍落度18～22 cm；擴(kuò)散度34～40 cm；拌和析水率＜3%；初凝時(shí)間＞6 h；終凝時(shí)間＜24 h；水膠比＜0.65。

原材料要求：采用42.5 MPa普通硅酸鹽水泥；碎石最大粒徑不大于20 mm，其含泥量不大于l%，飽和面干吸水率不大于1.50%；砂的細(xì)度模數(shù)2.7～3.0，含泥量不大于1%，飽和面干吸水率不大于1.60%；水質(zhì)必須符合JGJ63-89的規(guī)定，拌漿水的溫度不得高于40℃；粘土粘粒含量應(yīng)不小于50%，塑性指數(shù)應(yīng)不小于35，粘土摻入量通過試驗(yàn)確定；各種外加劑的摻量應(yīng)通過試驗(yàn)確定，質(zhì)量必須符合DL/T5100-1999的有關(guān)規(guī)定；膨潤土粘粒含量應(yīng)不小于55%，塑性指數(shù)應(yīng)不小于60。

4.2 塑性混凝土強(qiáng)度齡期確定

塑性混凝土強(qiáng)度增長較為緩慢，后期強(qiáng)度增長較大。根據(jù)以往工程實(shí)例試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，塑性混凝土強(qiáng)度一般采用90 d強(qiáng)度較為合理。

4.3 配制強(qiáng)度

塑性混凝土的配制強(qiáng)度根據(jù)混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度、強(qiáng)度保證率及離差系數(shù)等指標(biāo)計(jì)算確定。一般認(rèn)為泥漿下澆筑的混凝土強(qiáng)度只有陸上澆筑混凝土強(qiáng)度的70%左右，綜合以往塑性混凝土的使用情況，塑性混凝土的配制強(qiáng)度可采用下式計(jì)算：

式中，R配為塑性混凝土配制強(qiáng)度；R90為塑性混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度；t為混凝土強(qiáng)度保證率為95%時(shí)的概率度，取t=1.645；

Cv0為混凝土抗壓強(qiáng)度離差系數(shù)。

塑性混凝土的彈性模量、強(qiáng)度、滲透系數(shù)主要取決于水泥用量，通過調(diào)整粘土和膨潤土的用量，能在一定程度上改善塑性混凝土的抗壓強(qiáng)度、彈性模量和滲透系數(shù)。塑性混凝土防滲墻的配合比應(yīng)根據(jù)其強(qiáng)度、彈性模量及滲透系數(shù)等設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，通過室內(nèi)試驗(yàn)成果經(jīng)過綜合分析確定。

5 結(jié)語

防滲墻工程于2010年1月25日開工，8月7日完工。經(jīng)一年的實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，防滲效果良好。■