水库大坝塑性混凝土防渗墙加固设计探讨

水库大坝塑性混凝土防渗墙加固设计探讨
摘要：各类水库的加固工程广泛使用塑性混凝土防渗墙，因其具有极好的防渗性、适应性，本文结合实践工程介绍了塑性混凝土防渗墙在水库大坝加固工程中的设计。

关键词：塑性混凝土；防渗墙；设计；施工
该水库堤坝存在的主要问题有：坝基清基不彻底、坝体心墙土体质量较差、心墙中部顶高程低于正常蓄水位，坝基、坝体渗漏严重，大坝下游左端一级至三级平台之间坝坡塌陷严重。

现就如何解决相关问题进行分析。

1、防渗加固方案选择
经现状渗流、稳定计算，现大坝坝体下游浸润线较高、下游最大逸出坡降及坝坡稳定安全系数不满足规范要求。

鉴于大坝目前存在的实际问题及大坝现状渗流、稳定计算结果，设计采用了性混凝土防渗墙方案。

2、塑性混凝土防渗墙设计
2.1 防渗墙布置
该水库大坝心墙顶宽10m．两侧为厚3.0 m的砂砾石过渡带，考虑到混凝土防渗墙轴线如布置在砂砾石过渡带会给施工带来困难，本次将混凝土防渗墙布置在大坝坝顶沿坝轴线偏上游2.0m处，混凝土防渗墙轴线与大坝轴线平行，混凝土防渗墙从大坝左坝肩至右坝肩全范围布置，布置轴线长度为170m。

根据大坝水文地质剖面图，大坝中部54 m长坝底为弱风化基岩。

防渗墙底缘深入至坝底弱风化基岩面0.3m；大坝其他部分坝底为强风化基岩，防渗墙底缘深入至坝底强风化基岩面0．8m。

根据地质钻孔资料分析计算，防渗墙最大深度61.2 m。

防渗墙底部均接坝基帷幕灌浆。

2.2 防渗墙厚度确定
根据工程地质勘察大坝下游最低水位水320.5m，水库校核洪水位为379.42m。

经渗流计算。

防渗墙上下游水位最大水头差为38.10m。

2.3 防渗墙渗流计算
3.3.1 计算工况
渗流分析计算根据规范要求按以下工况进行：
①上游正常蓄水位，下游无水；
②上游设计洪水位，下游相应水位；
③上游校核洪水位，下游相应水位；
④上游1／3坝高库水位，下游无水。

⑤上游校核洪水位速降至死水位，下游相应水位。

2.3.2 计算方法及计算参数
大坝加固后坝体渗流分析计算，采用北京理正软件设计研究所的《渗流分析软件》有限元法计算。

大坝各渗透区材料的水平垂直渗透系数采用地质报告中的推荐值，混凝土防渗墙区渗透系数取1.O×lO-7cm/s。

2.3.3 计算成果
加固后大坝在上述运行工况下，下游坝脚垫褥式排水前端渗流逸出处最大渗流坡降为0.46，上游坡面渗流逸出处最大渗流坡降为0.07，渗流稳定均满足要求，同时加固后坝体下游侧浸润线下降明显，可明显提高下游坝坡稳定安全。

2.4 防渗墙混凝土主要设计指标
本工程选用土石围堰防渗墙材料的设计配合比为参考类型．采用工程类比法确定塑性混凝土防渗墙的配合比。

塑性混凝土防渗墙混凝土的主要技术指标为：
①混凝土人孔坍落度(18～22)cm，扩散度(34～40)cm。

坍落度保持在15cm 以上的时间不小于1.5h；
②初凝时间不小于6h，终凝时间不大于24h；
③抗压强度R28=(4.0～5.0)MPa，墙高大于40m，R28以5.MPa控制
④抗折强度T28≥1.MPa
⑤弹性模量：初始模量E0=(500～700)MPa、E28≤1500Mpa；
⑥渗透系数K20≤1.0×lO-7cm/s；允许渗透比降50；最大骨料粒径不大于40mm,防渗墙头墙采用C20混凝土。

3、塑性混凝土防渗墙施工设计
3.1 施工方法
根据本工程为坝顶塑性混凝土防渗墙施工．场地狭小，槽孔较深(最大槽孔深61.2mm)的特点，防渗墙的成槽施工采用钻抓法成槽法施工。

3.2 槽段划分
工程共按两期槽段分期施工法，先施工I期槽，后施工Ⅱ期槽。

槽段长度根据墙体深度、厚度、地质水文情况、泥浆护壁能力及混凝土浇筑速度等确定为(6.0～8.O)m。

混凝土防渗墙轴线170m，共划分为28个槽段，单序号为I期槽段，双序号为Ⅱ期槽段，其中1号槽段长8．0m，其余槽段长6.0m。

在同一槽内又分为7-9个孔，单序号为主孔，双序号为副孔。

3.3 主要施工工艺
混凝土防渗墙主要施工工艺：测量、放样→开挖施工平台→修筑导墙→钻机钻孔成槽→槽形验收→清孔→验孔→预埋灌浆钢管→下设浇筑导管→水下混凝土浇筑。

3.4 塑性混凝土防渗墙施工
①测量、放样
根据设计图纸确定出防渗墙施工轴线。

大江洞坝体塑性混凝土防渗墙是在窄粘土心墙中施工，施工部门应根据投入的设备重量、设备安装、导墙布置，固壁泥浆比重等因素核实开挖槽段坝体结构稳定和渗透稳定。

②开挖施工平台、修筑导墙
施工平台包括钻机平台、倒渣平台和排浆沟，要求平台坚固、平整，适合重型设备和车辆行走(吊车、铲车)，宽度要能满足施工需要，本大坝原坝顶面宽仅8.0m，不能满足施工布置要求，本次在混凝土墙施工前，削低坝顶1.2m，防渗墙施工工作面高程为380.50m，施工工作面宽为13.16m，可以满足施工要求。

钻机行走平台布置在防渗墙轴线两侧，平台上均匀铺设枕木，枕木上架设道轨，便于钻槽机移动，轨道间距根据钻机底座轮距确定。

本次施工槽段长(6-8)m，采用铁钉在枕木上标记出每个槽段的主孔、副孔位置。

③修筑导墙
为满足冲击钻施工，防止槽口跨塌，在防渗墙顶部临时修建施工导墙．施工导墙选用C20钢筋混凝土结构，墙顶高程380.50m．为矩形断面，导墙埋深1.0m，厚0.5 m，导槽中心轴线与防渗墙轴线重合，内侧净间距90cm。

④钻机、钢绳抓斗钻抓成槽
根据工程的地质条件及进度要求，拟投入4台冲击钻机及2台国产GSD一80钢绳抓斗完成所有槽段坝体填土层、基岩层和混凝土接头孔的成槽任务．施工按照先主孔后副孔的“两钻一抓”顺序进行，根据划分的槽段长度、抓斗宽度，确定主孔数量、位置和副孔的抓取长度。

⑤护壁泥浆制备
在大坝右坝肩处，建造一个粘土制浆站，长20m，宽10m。

制浆站主要由制浆平台、制浆池、供浆池组成。

制浆平台安设1台ZJ-400型高速搅拌机，制浆能力为175m ，制浆池、供浆池容积均为75.0m，，池深1.6m。

在坝肩公路旁分布有粘土贮存库，面积约200㎡，贮存库可存放(80—100)t制浆材料，以满足施工高峰期需要。

粘土贮存库和搅拌机建在同一个高程处，以利于制浆，在临近防渗墙轴线下游侧坝肩修建沉淀池。

施工产生的废浆、废水，采用自流方式直接流入沉淀池内。

沉淀池内的沉碴，定期用反铲挖掘机和拉碴车清理。

⑥槽形验收
检验指标为槽宽、槽深、垂直度。

槽宽、垂直度的检验可采用仪器测量法或探笼法．要求槽孔斜率不得大于0.4％．接头套节孔的两次孔位中心在任一深度的偏差值不得大于设计墙厚的1/3；槽深的检验采用用测绳进行量测，同时还要由有经验的技术人员根据抽取的岩样与地质勘察资料对比，确定是否已深入至弱风化岩层面0.3m或深入强风化层0.8m以上。

并会同工程有关各方进行研究确定。

以上槽宽、槽深、垂直度均符合要求，且轴线偏差不超标(孔位偏差不大于3cm)，方可进行下一道工序施工。

⑦清孔换浆
槽孔孔形验收结束后，必须及时进行清孔换浆，清除槽内浆液中悬浮的钻碴和槽底的沉碴。

亦防止槽孔内浆液静置时间过长。

引起槽壁塌坍。

清孔换浆采用抽筒进行清孔换浆，及时用新鲜优质浆液补充，将槽内浮碴和槽底沉碴带出槽外清出，直至浆中无明显粒状碎屑。

⑧预埋灌浆钢管
为有利于塑性混凝土防渗墙施工完毕后。

坝基、坝肩基础帷幕灌浆．在塑性混凝土防渗墙体中预埋Φ114mm的钢管。

⑨设置浇筑导管
槽段内混凝土浇筑质量好与坏、浇筑成功与否，与浇筑导管质量密切相关，故在导管下设前，必须作好浇筑导管的配制和检查工作。

⑩塑性混凝土浇筑
本工程浇筑混凝土选用泵送混凝土，一个槽段混凝土的首次灌入量，按导管埋人混凝土内的深度不小于1.0m计算，开始浇筑时，同时拉开储料斗活门，混凝土料连续进入漏斗并冲开漏斗活板。

顺导管冲入孔底，全部储料进入槽孔后，连续进行混凝土浇筑作业，混凝土上升速度不小于2m／h。

4、结束语
塑性混凝土防渗墙施工完成28天后，塑性混凝土防渗墙顶高程379.420 m 以上采用坝壳料回填至原坝顶381.70m。