下河灣水庫大壩防滲加固方案設(shè)計(jì)

頡 華

（山西省汾河灌溉管理局，山西 祁縣 030900）

1 工程概況

下河灣水庫位于廣靈縣城關(guān)鎮(zhèn)西河鄉(xiāng)村西1 km，距廣靈縣城約2 km。該工程為建在壺流河道上的一座調(diào)蓄泉水的清水旁引?。ㄒ唬┬退畮?，壩址以上流域面積1 053.6 km2。水庫興建于1975年，現(xiàn)狀設(shè)計(jì)正常蓄水位957.7 m，相應(yīng)總庫容650萬m3。大壩壩體為碾壓式均質(zhì)土壩，主壩最大壩高7.5 m，南副壩最大壩高5.6 m。水庫修建在壺流河河槽上，大壩基礎(chǔ)位于原河槽砂礫石層上，表層沒有相對隔水層，水庫蓄水后會(huì)沿此透水層產(chǎn)生滲漏，應(yīng)采取截滲處理措施。

2 工程地質(zhì)情況

該水庫壩基地層為第四系沖積、沖洪積物，巖性為黏土、亞黏土、亞砂土、砂礫石等。主壩北段主河槽共4層，其中2層為砂礫石層，分布在樁號0-106—0+600 范圍，滲透系數(shù)（0.2～3）×10-2cm/s，屬強(qiáng)透水層。砂礫層總厚6～10 m，兩層中間有2～4 m的相對隔水層，其他為亞砂土、亞黏土，厚10 m左右；主壩南段及南副壩東段共5層，其中2層為砂礫，5層以互層出現(xiàn)。第一層亞砂土下有一層厚3 m左右的淤泥質(zhì)亞砂土，通過試驗(yàn)處于流塑狀態(tài)，屬對壩體穩(wěn)定存在影響的軟土層；南副壩西段為現(xiàn)代河流和古河道砂礫石層，厚10 m，其下為亞砂土、亞黏土，厚4 m左右。

根據(jù)《下河灣水庫大壩安全鑒定報(bào)告》及對下河灣水庫蓄水和大壩安全檢查，認(rèn)為水庫存在壩基集中滲流和壩體土的接觸流失、主壩左壩肩繞壩滲漏，壩基局部地段承載力不滿足設(shè)計(jì)要求等問題，需對其進(jìn)行加固處理，以增強(qiáng)抗滑穩(wěn)定，滿足地基承載力要求。

3 大壩防滲加固方案設(shè)計(jì)

針對水庫存在的壩基滲漏及穩(wěn)定問題，原設(shè)計(jì)對主壩0-106—0+713段及南副壩1+000—2+255段壩基采用深層攪拌式水泥土防滲墻進(jìn)行防滲處理。施工中發(fā)現(xiàn)主壩0-106—0+713壩段地質(zhì)條件較為復(fù)雜，局部存在較大孤石，使多頭小直徑深層攪拌機(jī)無法鉆進(jìn)。同時(shí)施工期庫水位較高，考慮到施工過程中高水位及現(xiàn)狀壩基滲透系數(shù)較大的情況下，對攪拌式水泥土防滲墻的施工影響較大，不利于防滲墻體水泥的凝固。故要求施工前放空水庫，以保證墻體施工質(zhì)量。但當(dāng)時(shí)水庫正處于運(yùn)行期，無法放空。隨后根據(jù)實(shí)際情況對部分工程進(jìn)行調(diào)整，對主壩0+600—1+000段和南副壩1+000—2+170段的壩體及壩基采用深層攪拌式水泥土防滲墻進(jìn)行防滲處理。

此次工程設(shè)計(jì)對未處理的主壩0-106—0+600段和南副壩2+170—2+465段進(jìn)行防滲處理。依據(jù)工程地質(zhì)勘測資料，從施工工期、成本、防滲效果等方面綜合比較，采用塑性混凝土防滲墻對壩體和壩基進(jìn)行截滲。

4 塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)

防滲墻厚度的確定一般應(yīng)考慮以下因素：要有足夠的抗?jié)B耐久性能；滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、墻體應(yīng)力和變形要求和施工設(shè)備要求等條件。經(jīng)計(jì)算：防滲墻厚度應(yīng)不小于0.31 m，考慮施工及墻體抗震、抗裂、混凝土溶蝕等因素，確定防滲墻厚度為0.5 m。

4.1 防滲墻布置

主壩防滲墻位于樁號0-106—0+600范圍，成墻長度 706 m，墻深 8.05～22.67 m，成墻面積 13 259.5 m2，頂部高程959.1 m；南副壩防滲墻位于樁號2+170—2+465范圍，成墻長度295 m，墻深14.4～15.8 m，成墻面積4 873.7 m2，頂部高程958.1 m。防滲墻設(shè)計(jì)厚度0.5 m，墻頂上部設(shè)置一道寬2 m、厚0.5 m的同種材料的塑性混凝土蓋板。

防滲墻平行于壩軸線布置。為保證有足夠的施工場地，主壩混凝土防滲墻置在距主壩上游壩頂端線5.0 m處，與2009年除險(xiǎn)加固時(shí)水泥土防滲墻軸線位置有一定偏差，此次新墻軸線向下游方向偏轉(zhuǎn)30°角后在0+600處與舊墻貼面搭接；南副壩新做混凝土防滲墻位于原水泥土防滲墻上游側(cè)，在2+170處與其直接貼面搭接，搭接長度不小于3 m。

墻體深度根據(jù)主副壩地質(zhì)勘察資料確定。由于主壩壩基地層比較復(fù)雜，且相對不透水層較薄，防滲墻伸入不透水層深度分段為：0-106—0-056段為主壩壩肩，防滲墻伸入亞黏土層1.0 m，0-056—0+400段穿越壩體及壩基砂礫石層伸入相對不透水的亞砂土層1.0 m，0+400—0+600段穿越壩體及壩基砂礫石層、亞砂土層，伸入下部亞黏土層0.5 m；南副壩防滲墻位于樁號2+170—2+465范圍，防滲墻伸入不透水的亞黏土層1.0 m。

4.2 塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)指標(biāo)

在塑性混凝土配合比設(shè)計(jì)中，材料的選擇和用量要以彈性模量和抗?jié)B性能為基礎(chǔ)，一般以28 d強(qiáng)度、變形模量和抗?jié)B指標(biāo)綜合確定。配比要求塑性混凝土在材料組成上必須減少水泥用量，加入膨潤土或黏土類的增塑組分，增加砂的用量，減少石子用量，另外還需有較高的總膠材用量，在滿足施工機(jī)械和工藝要求的前提下，盡量選擇較小的水膠比。

4.2.1 塑性混凝土防滲墻性能指標(biāo)

塑性混凝土密度大于2.1 t/m3，墻體28 d抗壓強(qiáng)度不小于5 MPa，抗?jié)B等級不小于W8，三軸彈性模量小于2 000 MPa，滲透系數(shù)小于1×10-7cm/s，允許滲透比降不小于100?；炷翉?qiáng)度保證率達(dá)到95%。

4.2.2 塑性混凝土施工物理特性指標(biāo)

塑性混凝土施工物理特性指標(biāo)應(yīng)滿足下列要求：入孔坍落度18～22 cm，保持15 cm以上時(shí)間應(yīng)不小于1 h；入槽擴(kuò)散度34～40 cm，拌合析水率小于3%，熟料初凝時(shí)間應(yīng)不小于8 h，終凝時(shí)間不宜大于48 h?；炷列阅芤姳?。

表1 新拌及硬化混凝土性能

4.2.3 混凝土配合比

混凝土配合比設(shè)計(jì)要求：單位混凝土水泥用量80～170 kg/m3，膨潤土用量不小于 40 kg/m3，膠凝材料總量不小于240 kg/m3，砂率不小于45%，水膠比小于1.5。

4.2.4 原材料質(zhì)量

水泥：采用強(qiáng)度等級不低于32.5級的普通硅酸鹽水泥，其物理性能和化學(xué)成份要滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，并有較多的富余強(qiáng)度。

粗骨料：采用天然卵石或人工碎石，石子的粒徑尺寸由大到小應(yīng)連續(xù)，并組成平滑的凸型顆分曲線，最大骨料粒徑不大于20 mm，含泥量不大于1%，泥塊含量不大于0.5%。

細(xì)骨料：優(yōu)先選用新鮮的石英含量高的河砂，級配曲線均勻、連續(xù)，細(xì)度模數(shù)2.4～3.0，含泥量不大于3%，泥塊含量不大于1%。

摻合料：膨潤土和黏土一起雙摻，膨潤土約占黏土摻量的20%，黏土和膨潤土含黏粒量大于50%。膨潤土采用國標(biāo)一級，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)采用符合石油工業(yè)部部頒標(biāo)準(zhǔn)《鉆進(jìn)液用膨潤土》，黏土粒徑小于0.005 mm，黏粒含量不低于45%，塑性指數(shù)大于20，砂粒小于5%。

外加劑：減水劑和加氣劑等的質(zhì)量和摻量經(jīng)試驗(yàn)，并參照有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

水：利用下河灣水庫水源。

塑性混凝土配合比見表2。

表2 塑性混凝土配比

防滲墻屬地下隱蔽工程，混凝土澆筑采用直升導(dǎo)管法在泥漿下澆筑，其成墻后強(qiáng)度比機(jī)口取樣的強(qiáng)度大大降低，故進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)將標(biāo)號提高25%。

混凝土配合比應(yīng)委托有資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室按設(shè)計(jì)要求經(jīng)試驗(yàn)配制，施工期間將根據(jù)砂的含水試驗(yàn)對以上配合比進(jìn)行調(diào)整。

5 結(jié)語

塑性混凝土是由于在普通混凝土中摻入黏土、膨潤土摻合材料而大幅度降低水泥摻量，提高了混凝土拌合物的和易性，降低了工程成本，具有彈性模量低、極限變形大、彈強(qiáng)比小等特點(diǎn)，其壓縮性、滲水性較天然土大為降低，整體性和穩(wěn)定性大大提高，較好地實(shí)現(xiàn)了對壩體、壩基的有效防滲加固。