某壩體防滲設(shè)計(jì)及處理工藝

陳昌宏

(貴州省畢節(jié)市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 畢節(jié) 551700)

某壩體防滲設(shè)計(jì)及處理工藝

陳昌宏

(貴州省畢節(jié)市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 畢節(jié) 551700)

我國(guó)擁有眾多水庫(kù)，在興利除害發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，起了極重要的作用。隨著時(shí)間的推移，仍有個(gè)別病險(xiǎn)水庫(kù)不能充分發(fā)揮應(yīng)有的效益，甚至危害人民的生命財(cái)產(chǎn)。由此可見(jiàn)加大對(duì)大壩的防滲處理是很必要的。文章介紹了某壩混凝土防滲墻設(shè)計(jì)及施工的若干問(wèn)題，如何做到把大壩滲漏隱患降到最低，達(dá)到工程效益的充分發(fā)揮。

水利工程；防滲設(shè)計(jì)；處理工藝；帷幕灌漿

1 工程概況

某大壩樞紐包括混凝土面板堆石壩、左岸開(kāi)敞式側(cè)槽溢洪道、取水口、取水兼放空導(dǎo)流隧洞等。大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高52.6m，壩頂高程2091.90m，壩頂寬7m，壩頂長(zhǎng)304m，最大壩底寬155.12m。

混凝土趾板布置于面板周?chē)糜谌躏L(fēng)化巖體的上部，趾板厚0.5m，寬度為4m，其后增加防滲板(噴C25混凝土)，趾板在變坡位置設(shè)一條伸縮縫，其余部位每隔10m設(shè)一條伸縮縫。

為了提高趾板基礎(chǔ)的整體性，對(duì)趾板基礎(chǔ)需要進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，并布置排距2m、孔距1.5m的錨桿與基巖連接。

為達(dá)到防滲的要求，趾板上布置帷幕線與壩肩帷幕相接，形成封閉的防滲體系。大壩標(biāo)準(zhǔn)剖面見(jiàn)圖1。

圖1大壩標(biāo)準(zhǔn)剖面圖

2 面板堆石壩壩體防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 鋼筋混凝土面板

2.1.1 鋼筋混凝土防滲面板

某水庫(kù)面板堆石壩壩高52.6m，根據(jù)上述原則擬定面板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，抗?jié)B標(biāo)號(hào)W8，抗凍標(biāo)號(hào)F100。

面板厚度公式為：

t=0.30+(0.002～0.0035)H

(1)

式中：t為面板厚度，m；H為計(jì)算斷面至面板頂部的垂直距離，HMax=50.2m。

計(jì)算出tmax=0.400～0.475m，因本工程壩高<70m，根據(jù)規(guī)范可采用等厚面板，取厚度為0.4m。

面板內(nèi)布置單層雙向鋼筋，以承受混凝土溫度應(yīng)力和干縮應(yīng)力，縱、橫向鋼筋配筋率均為0.4%，在面板拉應(yīng)力區(qū)或岸邊周邊縫及附近可適當(dāng)配置增強(qiáng)鋼筋[1]。

面板混凝土采用滑模澆筑，為適應(yīng)壩體變形，對(duì)面板進(jìn)行分縫，縫間距12m，在兩岸坡附近，根據(jù)岸坡情況，適當(dāng)縮小縫間距，縫間距6m。面板與趾板結(jié)合處設(shè)周邊縫，與防浪墻結(jié)合部位設(shè)置相應(yīng)的接縫。面板分塊情況見(jiàn)表2。

表2 面板分塊統(tǒng)計(jì)表

2.1.2 混凝土趾板

趾板是布置在面板周邊、座落在河床及兩岸基巖的混凝土結(jié)構(gòu)，是面板的底座，也是防滲帷幕灌漿的壓重板，與面板共同形成壩基以上的防滲體[2]。

考慮到本工程壩高<70m，且弱風(fēng)化線較深，故將趾板置于弱風(fēng)化上部，根據(jù)規(guī)范，“地基允許水力梯度為5～10，且趾板最小寬度≥3m”，本工程趾板承受的最大水頭為52.57m，趾板寬度按最大承受1/10倍水頭計(jì)算得寬度為5.26m。

為滿足“趾板下游面垂直于面板的高度應(yīng)≥0.9m；當(dāng)面板與趾板處于同一平面時(shí)，為便于面板的無(wú)軌滑模施工，趾板宜提供≥0.6m的滑模止息長(zhǎng)度。”

將趾板寬度設(shè)計(jì)為4m，采用趾板面等高線垂直于“X”線形式，即平趾板方案，按4+X布置，即直板段寬4m，厚0.5m，翹頭段斜長(zhǎng)1.5m(即滑模止息長(zhǎng)度)，厚度要求在面板下部的最小厚度≥0.9m，其后增加防滲板(噴C25混凝土)。趾板每隔10m設(shè)一條伸縮縫，并用Φ25錨筋插入巖石與基巖相連接，錨筋間距1.5m，2排排距為2m，長(zhǎng)為4.5m[3]。

為承受混凝土干縮和溫度應(yīng)力，趾板表面設(shè)一層雙向鋼筋，其縱、橫向鋼筋均按0.4%配筋設(shè)置。趾板混凝土要求與面板相同。

2.2 接縫止水

2.2.1 周邊縫

周邊縫是面板與趾板之間的接縫，是面板壩止水體系中最薄弱環(huán)節(jié)，是漏水的主要通道[4]。本工程周邊縫縫寬12mm，縫內(nèi)設(shè)置HX-1接縫材料，上下設(shè)兩道止水，上止水為接縫上部留“V”型槽，槽底部設(shè)φ12氯丁橡膠棒，槽內(nèi)填SR塑性止水材料(由瀝青或橡膠和填充料混合而成的、具有一定的內(nèi)聚力的高塑性止水材料)，外用8mm厚增強(qiáng)型三元乙丙橡膠SR防滲蓋片保護(hù)；下止水為接縫下部設(shè)“F”型止水銅片，銅片放在PVC墊片上，墊片厚6mm，放在60mm厚水泥砂漿墊上。

2.2.2 垂直縫

垂直縫為面板分塊形成的豎向永久接縫，主要經(jīng)受張開(kāi)或壓縮位移[5]。

本工程在面板設(shè)置壓性垂直縫和張性垂直縫，垂直縫均采用硬平縫結(jié)構(gòu)，采用上下設(shè)兩道止水，上止水為接縫上部留“V”型槽，槽底部設(shè)φ12氯丁橡膠棒，槽內(nèi)填SR塑性止水材料(由瀝青或橡膠和填充料混合而成的、具有一定的內(nèi)聚力的高塑性止水材料)，外用8mm厚增強(qiáng)型三元乙丙橡膠SR防滲蓋片保護(hù)。

下止水為接縫下部設(shè)“F”型止水銅片，縫的一側(cè)縫面涂瀝青乳液防黏劑，止水銅片下設(shè)置PVC墊片并黏合在水泥砂漿墊座上，止水銅片兩側(cè)底角設(shè)置瀝青止?jié){條。

2.2.3 趾板、防浪墻伸縮縫

縫間止水型式同垂直縫，但趾板伸縮縫止水片的一端要埋入基巖內(nèi)，另一端與周邊縫底銅止水片連接，以構(gòu)成封閉的止水系統(tǒng)；防浪墻伸縮縫的止水片應(yīng)與防浪墻底縫銅止水片連接，以形成封閉的止水系統(tǒng)[6]。

2.2.4 防浪墻底縫

防浪墻底縫為防浪墻底部與面板頂部的接縫。該縫縫寬12mm，縫內(nèi)設(shè)置HX-1接縫材料，上下設(shè)兩道止水，上止水為接縫上部留“V”型槽，槽底部設(shè)Φ12氯丁橡膠棒，槽內(nèi)填SR塑性止水材料，外用8mm厚增強(qiáng)型三元乙丙橡膠SR防滲蓋片保護(hù)。

下止水為接縫下部設(shè)“W”型止水銅片，銅片放在PVC墊片上，墊片厚6mm，放在60mm厚水泥砂漿墊上。要求柔性填料在水壓力作用下易壓入縫內(nèi)，無(wú)毒，不污染環(huán)境[7]。

2.3 帷幕灌漿

帷幕灌漿材料采用≥425#的普通硅酸鹽水泥。壩基趾板灌漿重點(diǎn)為封堵淺層發(fā)育的裂隙、趾板爆破開(kāi)挖產(chǎn)生的裂隙、趾板與基巖間的接縫部分及左岸坡存在裂隙及煤窯綜合產(chǎn)生的滲漏，灌漿時(shí)為避免抬動(dòng)趾板，灌漿壓力以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為準(zhǔn)。

岸坡段帷幕灌漿為避免蓋重巖體抬動(dòng)破壞和外邊坡滲漏，灌漿采用自上而下分段灌漿的方法施工。灌漿時(shí)由于帷幕上部承受的滲透水頭較小，且蓋重巖體較薄，因此，上部灌漿孔可采用低壓灌漿，隨著灌漿深度的增加，逐漸增大灌漿壓力[8]。

當(dāng)局部邊坡外側(cè)出現(xiàn)滲漿情況時(shí)，可先對(duì)蓋重巖體進(jìn)行低壓固結(jié)灌漿，提高蓋重巖體的完整性，后進(jìn)行帷幕灌漿。對(duì)集中滲漏及裂隙發(fā)育重點(diǎn)灌漿區(qū)增大灌漿壓力和待凝時(shí)間，保證灌漿質(zhì)量。帷幕灌漿采用分序逐步加密的方式。

3 壩基及壩體防滲處理工藝

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范及壩基巖體質(zhì)量，并考慮兩岸及河床基巖起伏情況，趾板地基應(yīng)選用弱風(fēng)化層上部的炭質(zhì)頁(yè)巖夾灰?guī)r作為持力層，其中河床趾槽開(kāi)挖深度為弱風(fēng)化基巖1m，以高程2039.4m控制，但由于勘探孔Zk8處覆蓋層較厚(厚13.0m)，因此弱風(fēng)化層埋深較深，建議勘探孔Zk8處開(kāi)挖到弱風(fēng)化層以下2m左右，采用C20混凝土回填，回填至高程2039.4m。

兩岸趾板應(yīng)選擇弱風(fēng)化巖體內(nèi)嵌入1m，在上部水頭較低壩段可選用強(qiáng)風(fēng)化層作為趾板基礎(chǔ)。水頭較低壩段可選用強(qiáng)風(fēng)化層強(qiáng)度較低，考慮到趾槽寬為4m，帷幕灌漿后可以提高地基強(qiáng)度，因此可以不進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。

趾板內(nèi)壩基開(kāi)挖后進(jìn)行噴C20混凝土處理，在兩岸坡采用掛鋼筋網(wǎng)噴漿處理。趾板持力層為弱風(fēng)化的炭質(zhì)頁(yè)巖夾灰?guī)r(上部水頭較低壩段為帷幕灌漿后強(qiáng)風(fēng)化層)，巖體均勻，完整性好，透水性弱，但因其親水性強(qiáng)，遇水易軟化，基坑開(kāi)挖時(shí)要求快速開(kāi)挖，及時(shí)封閉[9]?；A(chǔ)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件好。

基礎(chǔ)開(kāi)挖邊坡為：弱風(fēng)化基巖邊坡1∶0.75，強(qiáng)風(fēng)化基巖邊坡1:1開(kāi)挖，按分級(jí)設(shè)馬道的方式進(jìn)行，每8m高度設(shè)置一馬道，馬道寬1.5m，坡腳設(shè)置20×30cm排水溝。

另外，開(kāi)挖后對(duì)邊坡進(jìn)行噴錨支護(hù)處理，錨桿為梅花型布置的Φ25水泥沙漿錨桿，梅花形布置，間距、排距為3m，噴射混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C20，厚度為10cm。

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告分析，壩址區(qū)大塘組舊司段(C1dj)炭質(zhì)頁(yè)巖夾灰?guī)r；炭質(zhì)頁(yè)巖具有良好隔水性能，總厚度>100m，河床底部厚度>80m，且呈連續(xù)分布，左、右岸出露均高于正常蓄水位。面板堆石壩的滲漏形式主要是右岸、河床沿構(gòu)造裂隙和層間裂隙的分散滲漏，沿裂隙帶有相對(duì)集中滲漏。

左岸主要裂隙及煤窯綜合產(chǎn)生的滲漏。防滲采用趾板防滲帷幕處理，帷幕底界按巖石透水率≤5Lu以下2～3段控制，右岸坡帷幕主要考慮封閉透水性較大的強(qiáng)風(fēng)化巖體，目的是減小蓄水后滲漏對(duì)壩體的影響、破壞及減小庫(kù)水在壩區(qū)的滲漏，左岸坡是減小蓄水后裂隙及煤窯綜合產(chǎn)生的滲漏對(duì)壩體的影響，在帷幕灌漿進(jìn)行的同時(shí)，對(duì)壩區(qū)所有鉆孔(包括灌漿孔及勘探孔)進(jìn)行封閉，保持隔水層的完整性，以保證壩體安全及水庫(kù)正常蓄水。

4 結(jié) 語(yǔ)

防滲處理完成后，下游壩坡濕潤(rùn)區(qū)域消失，壩腳處積水及左岸滲水處已完全干涸。防滲墻結(jié)合帷幕灌漿的防滲體系不但改善了壩體滲流的邊界條件，而且起到了很好的防滲作用。

[1]邱灝.水利工程防滲處理施工技術(shù)綜評(píng)[J].黑龍江水利科技,2011,39(01):113-114.

[2]張偉.水利工程中防滲施工工藝探討[J].科技風(fēng),2010,(10)：206.

[3]陳開(kāi)凡.防滲墻工程施工技術(shù)綜述[J].紅水河,2002,21(04):43-47.

[4]石大永.混凝土防滲墻施工相關(guān)工藝分析[J].湖南水利水電,2011(04):14-16.

[5]吳光為.淺談渠道現(xiàn)澆混凝土防滲施工工藝[J].湖南水利水電,2012(02):30-32.

[7]陳炎平.碾壓混凝土高壩防滲工藝研究[J].水力發(fā)電,2006,32(02):30-32.

[8]顧志剛，吳建平，趙國(guó)瑞.三峽三期土石圍堰防滲墻施工工藝[J].水利水電科技進(jìn)展,2007,27(04):64-66.

[9]張宏軍.碾壓式瀝青混凝土防滲技術(shù)應(yīng)用與探討[J].水利水電技術(shù),2012,43(04):86-90.

1007-7596(2014)03-0094-03

2013-08-24

陳昌宏(1980-)，男，貴州織金人，工程師，從事水利水電工程設(shè)計(jì)與咨詢工作。

TV543

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