塑性混凝土防滲墻在土壩防滲加固中的有效運(yùn)用分析

崔麗娜

（山西朔州市水務(wù)局，山西 朔州 036002）

塑性混凝土防滲墻在土壩防滲加固中的有效運(yùn)用分析

崔麗娜

（山西朔州市水務(wù)局，山西 朔州 036002）

塑性混凝土防滲墻在水利工程中的使用非常普遍，文章結(jié)合目前塑性混凝土防滲墻的特點(diǎn)和土壩易滲漏的原因，對(duì)其在中型土壩中的施工工藝進(jìn)行分析和探討。

塑性混凝土;防滲墻;土壩防滲加固

經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐證實(shí)，塑性混凝土防滲墻作為一種防滲結(jié)構(gòu)，具有既經(jīng)濟(jì)又安全的特性。因?yàn)樵谒苄曰炷练罎B墻施工中，由膨潤(rùn)土和粘土取代了其他防滲墻體中的普通混凝土，保證工程質(zhì)量的同時(shí)有效地降低了成本，所以在水庫(kù)土壩中的運(yùn)用較為廣泛。在施工過(guò)程中，結(jié)合塑性混凝土的優(yōu)越性能，利用先進(jìn)的工藝和技術(shù)，可以使防滲墻起到很好的防滲加固作用。

1 塑性混凝土防滲墻的特點(diǎn)

塑性混凝土防滲墻就是利用造槽機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)防滲工程中所需要的槽，在槽孔的中心實(shí)施混凝土澆筑形成的防滲墻。它克服了剛性防水墻的部分缺點(diǎn)［1］，相對(duì)于普通混凝土防滲墻及其他防滲墻來(lái)說(shuō)，有著十分明顯的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。

（1）墻體極限應(yīng)變性能的加大（大約是普通混凝土的2～4倍）可以減小正常荷載或者地震荷載中的應(yīng)力，防滲墻的安全性能得到很大的提高。

（2）塑性混凝土與普通混凝土相比，穩(wěn)定性更高、極限應(yīng)變更大、抗?jié)B性能更佳，方便工程的施工。

（3）塑性混凝土的彈性模量和土體本身相差不大，能夠適應(yīng)土體的變形。（4）塑性混凝土的耐久性好。其滲透系數(shù)在10－7～10－10cm/s，破壞坡降能夠達(dá)到500，防滲性能十分優(yōu)越。

（5）塑性混凝土在實(shí)際運(yùn)用中水泥的消耗量少，能夠很大程度地節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。

2 土壩容易滲漏的原因

2.1 壩體原因

（1）前期填筑時(shí)沒(méi)有對(duì)壩體實(shí)施碾壓或者沒(méi)有壓緊，土體出現(xiàn)疏松，致使壩體部分土區(qū)的坡降下降，水量過(guò)剩導(dǎo)致壩體被侵蝕狀況。

（3）壩體土樣過(guò)干或者容重低，壩體填筑土的滲透系數(shù)過(guò)高，不滿足相關(guān)規(guī)范和要求。

（4）土壩設(shè)計(jì)及對(duì)洪水進(jìn)行校核時(shí)，滲流量過(guò)大，浸潤(rùn)線下游的逸出點(diǎn)偏高，安全系數(shù)變低，不能滿足相關(guān)規(guī)范的要求，容易發(fā)生滲漏。

2.2 防滲措施不完善

（1）壩基位置可能存在天然的斷層破碎帶，或者基巖節(jié)理裂隙呈現(xiàn)發(fā)育，但是沒(méi)有進(jìn)行灌漿和加固處理，壩體與壩基之間的防滲體系不完整，使漏水通道容易被破壞。

（2）大多數(shù)的土壩壩基會(huì)存在天然覆蓋層，本身的透水性較強(qiáng)，沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行防滲處理或者防滲措施不完善。滲流水體經(jīng)過(guò)透水層，再?gòu)南掠螇文_以及壩腳的薄弱位置逸出，造成安全系數(shù)下降，甚至出現(xiàn)壩體沼澤化、流土的危險(xiǎn)狀況。

（3）穿壩涵管連接壩體的地方?jīng)]有實(shí)施止水，施工回填土以及夯實(shí)處理較差，水由裂隙沿著管壁的薄弱位置滲漏，出現(xiàn)滲水通道。

3 塑性混凝土防滲墻的設(shè)計(jì)

大壩加固防滲處理方案:壩體使用塑性混凝土的防滲墻結(jié)構(gòu)，壩基使用帷幕灌漿的方式。帷幕灌漿的深度需要深入到壩基巖體5Lu線以下。在河床段使用懸掛式帷幕處理，深度采用最大壩高。帷幕灌漿設(shè)置先導(dǎo)孔用于對(duì)灌漿的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，分三序孔進(jìn)行灌漿，按照孔距由疏到密的順序進(jìn)行。

3.1 防滲墻的布置

在中型土壩的加固除險(xiǎn)施工中，根據(jù)土壩運(yùn)行的實(shí)際施工工序和所處的環(huán)境，結(jié)合防滲墻的施工平臺(tái)布置。其軸線一般布置在壩頂范圍之內(nèi)，且與壩軸線平行。墻頂?shù)母叨缺仨毐ＷC不能低于校核的洪水位置，高于設(shè)計(jì)洪水位0.3～0.6m以上。防滲墻墻底穿過(guò)壩基風(fēng)化覆蓋層，緊貼基巖界面，防止漏水和滲流的發(fā)生。

在中間的部分，數(shù)據(jù)的特征都比較模糊不易區(qū)分。ST-SNE在這部分?jǐn)?shù)據(jù)中識(shí)別出了更多的特征，并形成了一些獨(dú)立的簇和模糊的簇，模糊的簇在有染色的情況下是比較清晰的。BH-SNE這部分的結(jié)果顯得比較雜亂，沒(méi)有識(shí)別出不明顯的特征。

3.2 墻頂施工平臺(tái)的布置

鑿孔是土壩加固除險(xiǎn)工程中的必要工序，在防滲墻的布置中，一般使用鉆機(jī)實(shí)施這道工序［2］。由于在中型土壩的建設(shè)中，所需槽孔的寬度較長(zhǎng)，且施工機(jī)械設(shè)備為大型設(shè)備，所以為滿足設(shè)備安放和通行的施工需求，墻頂需要設(shè)置上下游的施工平臺(tái)。施工平臺(tái)的交通組織施工中設(shè)備機(jī)械較大，要滿足如沖擊機(jī)、相關(guān)吊機(jī)等機(jī)械的通行，上下游平臺(tái)設(shè)置時(shí)應(yīng)大于7.0m，以滿足挖掘設(shè)備和運(yùn)輸車輛的通行。平臺(tái)頂面需要設(shè)置厚度約0.2～0.3m的泥結(jié)砂礫承重層，以保護(hù)平臺(tái)下的壩體以及滿足通車需要。在上部壩體實(shí)施填筑之前，必須對(duì)該承重層予以清除。

3.3 確定墻體厚度

根據(jù)抗?jié)B性和耐久性的需求不同，計(jì)算墻體厚度有不同的方式。

（1）抗?jié)B性。塑性混凝土的抗?jié)B性能在n×10－6～n×10－8cm/s之間發(fā)生變化，其中少數(shù)混凝土抗?jié)B性能達(dá)到10－11cm/s。在實(shí)際水利水電工程中，承壓水頭低于70m時(shí)，滲漏系數(shù)控制在n×10－6～n×10－7cm/s之間，當(dāng)承壓水頭高于 70m時(shí)，滲漏系數(shù)在n×10－8cm/s。

（2）耐久性。防滲墻在壓力的不斷作用下，耐久性的程度取決于物理侵蝕和化學(xué)溶蝕的程度［3］。其中物理侵蝕主要是指機(jī)械力的侵蝕。因?yàn)樗ζ陆祵?duì)侵蝕破壞的程度有重大影響，所以防滲墻的厚度計(jì)算需要根據(jù)水利坡降的水力梯度進(jìn)行計(jì)算。防滲墻的厚度計(jì)算公式:

式（1）、（2）中，JP為防滲墻允許的水利梯度;H為防滲墻承受最大水頭;JMAX為防滲墻被破壞時(shí)水利梯度最大值;K為安全系數(shù)，K=5。

由于塑性混凝土防滲墻中水泥的用量相對(duì)較少，導(dǎo)致了極限水力梯度值變低。依據(jù)多年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)數(shù)據(jù)，塑性混凝土防滲墻的水力梯度建議以50～60的值為參考［4］。綜合計(jì)算過(guò)后，由這兩種性能計(jì)算出來(lái)的墻體厚度是最小的，是在土壩加固施工中的初選厚度。

（3）防滲墻結(jié)構(gòu)計(jì)算。在根據(jù)水力梯度計(jì)算墻厚之后，對(duì)于高度較大的壩體，需要再次根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，檢驗(yàn)防滲墻是否滿足相關(guān)要求。這是因?yàn)閴误w越高，所承受的壓力就越大，不計(jì)算便無(wú)法明確得知其所承受的壓力。對(duì)由抗?jié)B性和耐久性計(jì)算得出的初選厚度數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，核算墻體的壓力、拉應(yīng)力和剪應(yīng)力等結(jié)果。如果其應(yīng)變值未超過(guò)允許值，則初選厚度是可行的，如果超過(guò)了允許值，需要繼續(xù)加大墻體厚度數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以滿足允許值。

3.4 槽段劃分布置

混凝土防滲墻是由一定數(shù)量的段板墻套接的，所以墻段以及套接的接縫越少，墻體的防滲性能隨之越高。槽孔段的長(zhǎng)度劃分首先要保證造孔及壩體的安全性，其次要滿足挖掘機(jī)等設(shè)備進(jìn)行鑿孔施工的相關(guān)要求、混凝土攪拌設(shè)備的施工條件及保證相關(guān)設(shè)備的可通行。塑性混凝土防滲墻槽孔段的長(zhǎng)度控制在相關(guān)范圍之內(nèi)，一次成槽的寬度是3m，布置時(shí)以2序槽孔劃分相隔布置，如圖1所示。

圖1 槽段劃分布置圖

3.5 壩底基巖帷幕灌漿管布置

目前，我國(guó)有一部分水庫(kù)土壩壩底都沒(méi)有實(shí)行過(guò)帷幕灌漿防滲處理［5］。為了避免對(duì)混凝土防滲墻結(jié)構(gòu)的破壞，需要在防滲墻中間埋設(shè)灌漿管，管道可以采用內(nèi)徑為130mm的塑料管道或者鋼管。當(dāng)采用塑料管道時(shí)，為保證定位準(zhǔn)確和埋管的垂直度，在其內(nèi)部在套上外徑為110mm的鋼管，后期需要拔除，鉆孔機(jī)的破壞性較大，注意避免使用。灌漿管埋設(shè)在防滲墻的中心線上，孔之間的距離與灌漿設(shè)計(jì)孔距離相同。墻體厚度≥0.8m時(shí)，不超過(guò)30m高的防滲墻，可以采用先埋鋼管的方式，在混凝土凝結(jié)后拔出，以節(jié)約鋼管的使用量。

4 塑性混凝土防滲墻的施工工藝

施工程序:施工準(zhǔn)備、測(cè)量放樣、對(duì)施工平臺(tái)和導(dǎo)墻施工、成槽施工、清孔、預(yù)埋管下放、澆筑導(dǎo)管、塑性混凝土澆筑。這里對(duì)關(guān)鍵程序和工藝進(jìn)行說(shuō)明。

4.1 施工平臺(tái)的施工工藝

防滲墻墻頂平臺(tái)應(yīng)該保證堅(jiān)固、平整的特性，以滿足相關(guān)運(yùn)輸車輛和設(shè)備的通行。施工平臺(tái)需要滿足排水、排污的順暢，其高度應(yīng)該高出地下水位1.5m以上。

4.2 成槽施工的工藝

槽孔施工時(shí)需要按照先1序槽孔、再2序槽孔施工的順序進(jìn)行。主要成槽方式有鉆抓法、抓取法、鉆劈法等。其中抓取法是較新的成槽工藝，功效高。但是僅適應(yīng)于細(xì)顆粒地層的施工，且成槽的精度不高。槽孔長(zhǎng)度一般為7m，槽孔線在防滲墻的軸線上，保持壁面的垂直，孔斜率＜4‰。

4.3 塑性混凝土的澆筑

塑性混凝土中水泥摻和料與水組合成混凝土的基本漿材，是塑性混凝土的重要成分。摻和過(guò)多的粘土和膨潤(rùn)土?xí)?dǎo)致強(qiáng)度低，防滲墻的抗?jié)B性變?nèi)?，所以塑性混凝土需要?yán)格的配合比。水泥的使用量一般在80～170kg/m3，最少不能低于80kg的量，膠凝材料的總量不少于240kg/m3，膨潤(rùn)土不少于40kg/m3。同時(shí)，以滿足材料的流動(dòng)性為準(zhǔn)，避免出現(xiàn)用水過(guò)多的情況。塑性混凝土的配合比例具體應(yīng)按照當(dāng)?shù)氐纳笆橇弦约八嗥贩N的不同進(jìn)行室內(nèi)配比實(shí)驗(yàn)。

混凝土澆筑之前，必須確定好澆筑方案。包括繪制槽孔的縱深剖面圖、設(shè)定澆筑所需的方量和高程、布置導(dǎo)管等澆筑機(jī)具與埋設(shè)件、確定澆筑的方式、順序以及相關(guān)技術(shù)保障措施。對(duì)于泥漿下的混凝土澆筑應(yīng)該采用內(nèi)徑200～250mm長(zhǎng)的導(dǎo)管，實(shí)施直升導(dǎo)管法，確認(rèn)導(dǎo)管的連接牢固、完全密封，避免出現(xiàn)導(dǎo)管堵塞及其他質(zhì)量事故。

混凝土澆筑過(guò)程中需要滿足相關(guān)條件，首先是導(dǎo)管深度在1.0～6.0m之間;其次混凝土面均勻上升，高差不大于500mm，速度不小于2m/h;另外澆筑中每0.5h需要對(duì)槽孔內(nèi)的混凝土面深度進(jìn)行測(cè)量，每2h對(duì)導(dǎo)管內(nèi)的混凝土面深度進(jìn)行一次測(cè)量。要注意保證混凝土的質(zhì)量，質(zhì)量不過(guò)關(guān)的不得澆筑，防止混凝土壓入空氣進(jìn)入導(dǎo)管。

5 塑性混凝土防滲墻的有效性

工程中經(jīng)過(guò)先后3次的培厚加固，對(duì)壩體和壩基進(jìn)行充填灌漿加固的處理，壩基穩(wěn)固和防滲性能得到了很好的保障。在防滲墻施工的同時(shí)，對(duì)下游河道的護(hù)岸進(jìn)行加固以及抗排處理，可以明顯地發(fā)現(xiàn)來(lái)水量變少，在防滲墻落成之后，基坑的來(lái)水量達(dá)到最低值。這表明塑性混凝土防滲墻的加固處理到位，防滲效果明顯加強(qiáng)。

6 結(jié)語(yǔ)

塑性混凝土防滲墻是一種柔性墻體，相對(duì)于剛性墻體以及其他墻體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，具有防滲性能好、經(jīng)濟(jì)可靠的優(yōu)點(diǎn)。塑性混凝土防滲墻的施工，必須根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境、土質(zhì)等特點(diǎn)優(yōu)化方案，采用先進(jìn)可靠的施工技術(shù)和工藝，建立連續(xù)的、完整的防滲體系，最大限度地保障壩體的質(zhì)量安全，實(shí)現(xiàn)塑性混凝土防滲墻的有效運(yùn)用。

［1］袁榮庫(kù)．塑性混凝土防滲墻在吉林市豐滿區(qū)二道水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中應(yīng)用［J］．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（33）．

［2］黃榮峰，周江沭．塑性混凝土防滲墻在土壩防滲加固中的應(yīng)用與探索［J］．城市建筑，2012（17）．

［3］岳景哲．塑性混凝土防滲墻在土壩防滲加固中的應(yīng)用與探索［J］．中國(guó)西部科技，2010，22（09）．

［4］陳錦秋．塑性混凝土防滲墻在水庫(kù)土壩防滲加固中的應(yīng)用［J］．城市建設(shè)理論研究（電子版），2013（11）．

［5］宋憲武，葉青，宋振剛．大河水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中土壩防滲設(shè)計(jì)與施工［J］．水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2010（02）．

TV543.8

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1008-1305（2015）06-0063-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2015.06.024

崔麗娜（1982年—），女，工程師。