混凝土防滲墻在大悲水庫除險加固工程中的應(yīng)用

劉 偉

(保定市江河水利咨詢監(jiān)理有限公司,河北 保定 071051)

混凝土防滲墻在大悲水庫除險加固工程中的應(yīng)用

劉 偉

(保定市江河水利咨詢監(jiān)理有限公司,河北 保定 071051)

混凝土防滲墻技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于病險水庫除險加固工程，是一種有效的壩基防滲方法。大悲水庫是保定地區(qū)20世紀(jì)五六十年代修建的一座小型水庫，本文通過介紹大悲水庫混凝土防滲墻設(shè)計原則、施工主要過程及關(guān)鍵點，旨在為其他類似工程設(shè)計和施工提供借鑒。

大悲水庫；壩基防滲；混凝土防滲墻；除險加固

保定地區(qū)小型水庫多修建于20世紀(jì)五六十年代，壩型種類繁多，以均質(zhì)土壩為例，主要分布于平原區(qū)及丘陵向平原過渡區(qū)，筑壩土料多就地取材。因歷史原因，土壩壩體填筑質(zhì)量普遍較差；加之部分水庫大壩壩基清基不徹底，甚至少數(shù)未清基，直接在河床上填筑土料，最終成為病險水庫。大悲水庫興建于1958年，均質(zhì)土壩，壩基設(shè)置截水槽，截水槽局部清基不徹底殘留厚層強透水性卵礫石，致使壩基滲漏嚴(yán)重，壩體曾產(chǎn)生裂縫及塌坑，壩后地面出現(xiàn)沼澤化現(xiàn)象，危及水庫安全。

1 工程概況

大悲水庫位于保定市順平縣大悲村北約1km唐河支流上。該區(qū)地處構(gòu)造侵蝕丘陵區(qū)邊緣，向東逐漸過渡到平原區(qū)。該水庫控制流域面積15.2km2，總庫容562.4萬m3，興利庫容308萬m3，是一座以防洪、灌溉為主的小(1)型水庫。水庫大壩為均質(zhì)土壩，壩長250m，壩頂高程50.6m，最大壩高26.4m，壩頂寬4.2m，設(shè)防浪墻，墻頂高程51.4m。壩基防滲形式為黏土截水槽。如圖1所示。

圖1 大悲水庫大壩橫剖面

水庫運用至今在防洪、灌溉等方面發(fā)揮了較大作用，保護(hù)著順神公路及下游5個村、近萬人的生命及財產(chǎn)安全。

2 工程地質(zhì)條件

壩址區(qū)河床寬約150m，兩岸山丘基巖裸露，原河床高程24.2m，地層結(jié)構(gòu)上部為第四系沖積卵礫石(alQ4)覆蓋層，卵石含量約63.0%，粒徑以4～15cm居多，最大厚度約10.2m；下部為古生界奧陶系灰?guī)r地層(O1y)，中厚層夾薄層狀，巖層傾向上游，強風(fēng)化層厚度1.6～2.0m。河床段壩基淺部1.0m以內(nèi)巖體小型溶蝕溝槽及風(fēng)化裂隙發(fā)育，壓水試驗透水率值10.1～89.1Lu，具中等透水性；1.0m以下巖體完整性普遍較好，存在輕微溶蝕現(xiàn)象，壓水試驗透水率值3.1～4.6Lu，具弱透水性。壓水試驗表明壩基巖體隨埋深增大其透水性呈減小趨勢。

鉆探揭露原河床樁號0+050～0+100段近50m范圍內(nèi)截水槽未清基至基巖，殘留卵礫石最大厚度2.1m，與上下游卵礫石層連通形成大范圍滲漏通道。

3 混凝土防滲墻方案選定及布置

3.1 方案選定

由于壩基淺層強風(fēng)化灰?guī)r具中等透水性，且存在清基不徹底現(xiàn)象，經(jīng)滲透穩(wěn)定計算不滿足規(guī)范要求。為了解決壩基滲漏及滲透破壞的問題，本次除險加固設(shè)計依據(jù)地質(zhì)條件，提出了兩種壩基防滲方案進(jìn)行比選。

方案Ⅰ：在上游壩坡坡腳明挖截水槽，開挖至壩基巖石，鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲。

方案Ⅱ：在上游壩坡設(shè)置施工平臺，修筑導(dǎo)墻，抓斗成槽，采用混凝土防滲墻防滲。

上述兩個方案均能解決壩基存在的滲透穩(wěn)定問題，從投資方面防滲墻防滲方案雖略高于土工膜防滲方案18.3萬元，但防滲墻方案卻具有以下優(yōu)點：

a.從施工角度比較，混凝土防滲墻垂直防滲方案施工簡單，耗用人力資源少。

b.從運行可靠性方面比較，混凝土防滲墻方案可靠性較高。

c.在使用壽命和耐久性方面，防滲墻防滲方案的使用壽命取決于混凝土的抗融蝕年限，經(jīng)混凝土強度降低50%的抗融蝕年限經(jīng)驗公式計算，混凝土的抗融蝕年限超過80年，遠(yuǎn)大于復(fù)合土工膜30～50年的使用壽命。

通過綜合分析比較，壩基防滲選定為混凝土防滲墻方案。

3.2 方案布置

工程選在枯水期施工，依據(jù)規(guī)范要求，混凝土防滲墻施工平臺應(yīng)高于地下水位2m。若水庫放空后，現(xiàn)狀庫底高程為31.3m，考慮到將不采取其他降低地下水位措施，并結(jié)合壩址區(qū)地質(zhì)情況，確定施工平臺布置于壩軸線上游高程33.3m壩坡處。防滲墻頂設(shè)計高程為32.5m，防滲墻全長173m，防滲面積2684m2。

4 混凝土防滲墻設(shè)計

4.1 防滲墻設(shè)計深度

防滲墻底端穿透砂卵石層，入基巖1.0m以上，深入較完整基巖，防滲墻最大深度19.4m。防滲墻頂端與壩坡土工膜采用錨栓錨固，形成一個完整、封閉的防滲體系。

4.2 防滲墻體設(shè)計厚度

混凝土防滲墻體設(shè)計厚度應(yīng)滿足墻體抗?jié)B性、耐久性、墻體應(yīng)力和變形的要求。本次設(shè)計根據(jù)防滲墻破壞時的水力坡降計算墻體厚度，計算公式如下：

式中 ΔHmax——作用在防滲墻上最大水頭差；

K——抗?jié)B坡降安全系數(shù)；

Jmax——防滲墻滲透破壞坡降。

其中ΔHmax=26.4m、K=3、Jmax=300，計算得出防滲墻厚0.264m。綜合考慮地質(zhì)情況、施工設(shè)備及工程投資等因素，借鑒類似工程經(jīng)驗，墻體厚度最終確定為0.30m。

4.3 防滲墻體材料

該工程采用C10普通混凝土。

a.滿足抗壓強度R28不小于5MPa、抗?jié)B性能K小于i×10-7cm/s(1

b.具有良好的施工性能、耐久性。符合防滲墻墻體材料的要求，可作為防滲墻墻體材料。

5 混凝土防滲墻施工

5.1 施工工藝

混凝土防滲墻是連續(xù)造孔成槽，以泥漿固壁，在泥漿下澆筑混凝土而建成的。施工工藝流程如圖2所示。

圖2 混凝土防滲墻施工流程

5.2 主要施工過程

5.2.1 抓斗造槽

本工程壩基覆蓋層主要為砂卵石，防滲墻成槽選用抓斗造槽法，使用斗寬為30cm的BSD型液壓鋼繩式抓斗進(jìn)行施工。

建造槽孔前應(yīng)修筑導(dǎo)墻，導(dǎo)墻采用鋼板形式，可周轉(zhuǎn)使用，該工程設(shè)計導(dǎo)墻長8.0m，深2.0m，凈寬0.4m。防滲墻的中心線及高程，根據(jù)測量基準(zhǔn)點進(jìn)行控制。經(jīng)綜合考慮地基的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、施工部位、機具性能、造孔歷時、混凝土供應(yīng)強度等因素，每8.0m劃分一槽段。合攏段的槽孔長度以短槽孔為宜，盡量安排在槽深較淺、條件較好的地方。

造孔中，拌制泥漿的黏土，應(yīng)進(jìn)行物理試驗、化學(xué)分析和礦物鑒定，以選擇黏粒含量大于50%、塑性指數(shù)大于20、含砂量小于5%、二氧化硅與三氧化二鋁含量的比值為3～4的黏土為宜?？變?nèi)泥漿面保持在導(dǎo)墻頂面以下30～50cm，漏失地層采取預(yù)防措施。發(fā)現(xiàn)泥漿漏失，立即堵漏和補漿。施工現(xiàn)場設(shè)置排水溝，及時排除槽孔周圍的廢水、廢漿、廢渣。

槽孔孔壁平整垂直，孔位允許偏差不得大于3cm；孔斜率不得大于0.4%。一、二期槽孔接頭套接孔的兩次孔位中心在任一深度的偏差值，不得大于墻厚的1/3，并采取措施保證設(shè)計墻厚。

造孔結(jié)束后，應(yīng)對造孔質(zhì)量進(jìn)行全面檢查。經(jīng)檢查合格，方可進(jìn)行清孔換漿。二期槽孔清孔換漿結(jié)束前，應(yīng)清除接頭混凝土孔壁上的泥皮。宜用鋼絲刷子鉆頭進(jìn)行分段刷洗，刷洗的合格標(biāo)準(zhǔn)是：刷子鉆頭上基本不帶泥屑，孔底淤積不再增加。清孔合格后，于4h內(nèi)開澆混凝土。

5.2.2 混凝土防滲墻澆筑

防滲墻混凝土是在泥漿下利用直升管澆筑的?；炷翝仓仨氝B續(xù)進(jìn)行，均勻上升不能中斷，上升速度不低于2.0m/h，槽孔內(nèi)混凝土面高差不小于0.5m。澆筑時，導(dǎo)管埋入混凝土內(nèi)的深度控制在1～2m，不得脫空。

混凝土施工程序：

a.配置導(dǎo)管。根據(jù)槽孔長度和混凝土擴(kuò)散范圍等條件確定每2.0～3.0m設(shè)一導(dǎo)管。所選配的導(dǎo)管要圓整順直，無嚴(yán)重磨損。

b.安設(shè)導(dǎo)管。清孔合格后，立即下設(shè)導(dǎo)管，之后，再將導(dǎo)管提升離孔底約10～15cm，把導(dǎo)管固定在槽孔口。將隔離球放入導(dǎo)管內(nèi)，裝上漏斗。

c.混凝土澆筑。

先把砂漿分別灌入導(dǎo)管，相繼灌入混凝土，將隔離球壓至孔底，將混凝土充滿導(dǎo)管，即可按計劃順序澆筑。開澆時將導(dǎo)管提離孔底20～30cm，放出隔離球，隨即補充混凝土并將導(dǎo)管再下至開澆前的位置，使管底埋入混凝土。

在整個澆筑過程中，要定時定點測量混凝土澆筑面高度，控制混凝土均勻上升。一般每30min測量一次。要隨著混凝土澆筑面的上升逐漸拆除導(dǎo)管，但要注意導(dǎo)管應(yīng)始終埋入混凝土內(nèi)，其深度不得小于1.0m。另要定時測量導(dǎo)管內(nèi)混凝土面深度。

混凝土面上升至距槽孔2.0m左右，可能因沉淀泥漿含砂量大，稠度增濃，壓差減小，增加澆筑困難。利用空氣吸泥器、砂泵等抽排漿，以便澆筑順利進(jìn)行。

混凝土防滲墻澆筑結(jié)束后，由于泥漿下澆筑的混凝土表面混有較多的泥漿和沉渣；因此要求將防滲墻頂部0.5m質(zhì)量較差的混凝土鑿除，以埋設(shè)復(fù)合土工膜，使復(fù)合土工膜與防滲墻連接。

5.3 施工要點

a.造孔質(zhì)量。防滲墻施工中，造孔質(zhì)量是保證防滲墻質(zhì)量的首要環(huán)節(jié)；同時，造孔時間約占總工期的2/3，也是制約工程進(jìn)度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，施工中應(yīng)采取預(yù)防偏孔措施，有效防止或減少偏孔，嚴(yán)格按照設(shè)計及規(guī)范要求保證造孔質(zhì)量。

b.泥漿護(hù)壁。保證防滲墻施工質(zhì)量和速度的關(guān)鍵因素在于開槽的連續(xù)性、澆筑的及時性。本工程河床砂卵石覆蓋層較厚，造孔時一旦出現(xiàn)塌孔，將導(dǎo)致施工中斷，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度；并且斷開段的處理相當(dāng)困難，處理不當(dāng)勢必影響工程質(zhì)量。因此泥漿護(hù)壁應(yīng)作為重要環(huán)節(jié)，確保連續(xù)作業(yè)。

6 結(jié) 語

混凝土防滲墻修建之后，大悲水庫壩后沼澤化現(xiàn)象消失；經(jīng)多年的蓄水運行及觀測，水庫滲漏量明顯減小。不但確保了水庫大壩安全，而且水庫興利效益也得到提高。實踐表明混凝土防滲墻技術(shù)有效解決了大悲水庫壩基滲漏問題，且具有造價低、可靠性高、施工速度快等諸多優(yōu)點。隨著科技進(jìn)步、施工機具的創(chuàng)新以及經(jīng)濟(jì)效益的不斷提高，混凝土防滲墻技術(shù)必將日趨完善，其用途亦會更加廣泛。

Application of concrete cut-off wall in Dabei Reservoir Risk Removal and Consolidation Project

LIU Wei

(BaodingRiverWaterConservancyCounselingSupervisionCo.,Ltd.,Baoding071051,China)

Concrete cut-off wall technology has been widely used for risk removal and consolidation project of risky reservoirs currently.It belongs to an effective dam foundation anti-seepage method.Dabei Reservoir belongs to a small reservoir which was built in 1950s to 1960s in Baoding.In the paper,design principle,main construction process and keys of concrete cut-off wall in Dabei Reservoir are introduced,and reference is provided for designing and constructing other similar projects.

Dabei Reservoir;dam foundation seepage control;concrete cut-off wall;risk removal and consolidation

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2015.09.023

TV62

B

1005-4774(2015)09-0072-04