茅坪溪土石坝防渗系统设计和施工综述

茅坪溪土石坝防渗系统设计和施工综述

李友元

摘要茅坪溪土石坝是三峡工程的重要组成部分，属一等一级建筑物。通过对茅坪溪土石坝防渗系统各个部分的介绍和分析，对茅坪溪土石坝的渗控措施进行了讨论和评述。同时阐述了各个部分的施工方法及施工工艺。

关键词土石坝防渗系统沥青混凝土心墙

1概述

茅坪溪土石坝是三峡工程为保护耕地而兴建的副坝，是三峡工程的重要组成部分，属一等一级建筑物。正常蓄水位175.0m，校核洪水位180.4m，最大坝高104m，坝顶长度1840m。在三峡正常蓄水位时，水头80m。茅坪溪土石坝设计开挖总量为242.2万m3，填筑总量为1213.4万m3。

茅坪溪土石坝坝基主要为前震旦系闪云斜长花岗岩，岩石风化较强烈。据钻扎资料统计，两岸山体全风化带厚一般在10m左右，强风化带厚一般亦为10m左右，弱风化带上部、下部一般均为8m左右；河床部位没有全、强风化带，弱风化带厚10m左右。坝基范围最大断裂带宽10～20m，构造岩以碎裂岩为主，胶结紧密，岩质坚硬。

大坝防渗系统由位于河床部位的沥青混凝土心墙、位于两岸的混凝土防渗墙、混凝土基座(包括混凝土垫座、混凝土底梁)、固结湾浆和帐幕灌浆系统组成。大坝防渗轴线总长1840m。总防渗面积约8.28万m2，(其中沥青混凝土防渗墙面积为4.63万m2，混凝土防渗墙面积为3.65万m2)，因结灌浆总进尺3300m，帐幕灌浆总进尺3.19万m。

2 沥青混凝土心墙

茅坪溪土石坝采用碾压式沥青混凝土心墙，墙厚50～120cm，心墙上、下游设2m、3m 宽的砂砾石毛料过渡带。通过调整沥青混凝土配合比并碾压密实后，可得到要求的墙体强度。

沥青混凝土具有良好的抗渗性能。心墙作为大面积薄层结构，它的防渗效果不仅与大面积渗透系数有关。同时还要看施工工艺是否存在局部缺陷，如碾压不密实、裂缝、接缝质量不好等，对茅坪溪土石坝心墙来说，假设99％的面积施工质量良好，渗透系数达到10-7cm/s，其中仅1％的面积存在缺陷。计算表明。此时心墙的平均渗透系数为1.1×10-6cm/s。整个心墙防渗效果降低10倍。因此，沥青混凝土防渗可靠性的关键在于施工过程的控制。

采用沥青混凝土心墙防渗具有以下优点：

(1)抗渗性高。茅坪溪土石坝要求渗透系数达到10-7cm/s。施工中实际达到10-8～10-10cm/s；(2)变形性能好。其拉伸一般可达0.2%～0.5%，心墙可随坝壳而变形；（3）心墙厚度薄，工程量小，施工快，可全面实现机械化施工；(4)结构比较简单，与基岩、岸坡混凝土等刚性结构的连接简单可靠；(5)沥青混凝土的抗震性能良好；(6)心墙位于坝体内，受

外界温度、阳光辐射等影响小。耐久性、抗老化性能好；(7)沥青混凝土心墙无水力劈裂之虑。即使出现裂缝，由于它的粘弹塑性和可塑性，在自重和水压作用下，裂缝有自愈能力。

沥青混凝土心墙施工以专用摊铺机(从挪威进口)为主，专用摊铺机不便铺筑的部位，辅以人工摊铺。摊铺厚度20±2cm，摊铺速度l～3m/min。为确保压实度，采用1.0～1.5t振动碾分段碾压，碾压温度控制在140～1.50C，碾压遍数按先静碾2遍，再振动碾压8遍，最后再静碾2遍。

机械摊铺施工工艺为：层面清理→测量放线→摊铺机摊铺→过渡料碾压→心墙碾压→过渡料碾压。

3混凝土防渗墙

茅坪溪土石坝左右岸坡与山脊的全、强风化岩层中，采用C15混凝土防渗墙。防渗墙厚80cm，嵌入弱风化岩层顶板以下1.0m，设计抗渗标号S8，防渗墙平均深度25m。相邻槽段采用套接，套接长度不小于75cm。

茅坪溪土石坝右岸山体较厚实，左岸山体单薄，坝轴线沿山脊延伸．山脊起挡水坝的作用。防渗墙嵌入弱风化岩层顶板以后，能截住全、强风化中的渗透水流，有效地防止绕坝渗流。同时。防渗墙穿过的天然状态的风化砂(即全、强风化带)的结构特征明显，渗透水流很难将单个颗粒带出，其抗渗强度比碾压后的风化砂高。

防渗墙造孔采用CZ—22型冲击钻机，在泥浆护壁条件下钻进，一、二期接头孔采用钻进套接。整个槽段达到设计深度后采用泵吸法清孔换浆，以减少墙底淤积。二期槽接头采用钻头刷子上下拉动刷洗孔壁。防渗墙混凝土浇筑采用直升导管法。球塞隔水。为保证墙体质量，混凝土浇筑必须连续进行，混凝土面上升速度不小于2m/h。

混凝土防渗墙沿轴线全风化地层含有大量块球体，对施工质量和进度带来很大影响。为提高钻进效率，在先导孔提取岩芯查明地质情况后，确定块球体深度及块径，进行预先爆破将块球体破碎。预爆钻孔采用全液压SM一400型跟管钻机。炸药采用胶质乳化炸药，毫秒差并联混合网络起爆，最大一次起爆药量不超过20kg。

4 固结灌浆及帷幕灌浆系统

茅坪溪土石坝河床坝段混凝土基座和左岸混凝土垫座下基岩完整性稍差，设计采用固结灌浆处理，孔深不小于5m。同时在弱风化基岩内设双排帐幕灌浆；在左右岸坡与山脊混凝土防渗墙下为单排帐幕灌浆，帐幕深入ω≤0.05L/min。m·m线以下5m，帐幕灌浆平均深度为12m。通过这种处理，可以达到防渗及渗透稳定要求。

固结灌浆钻孔采用锚杆钻机、合金钻头、风动钻进。帷幕灌浆钻孔采用XY-2PB型回转钻机，金刚石钻头或硬质合金钻头钻进。混凝土防渗墙浇筑前先在槽内沿中心线间距 1.5m 预埋PVC灌浆管和固定支架。固结灌浆和帐幕灌浆按分序加密原则进行。各灌浆孔段钻进完毕后进行冲洗(单孔采用压力水脉动方式，串通孔采用风、水轮换方式)。冲洗完毕后进行简易压水试验，灌浆自动记录仪监测。供浆采用集中供浆方式，制浆用高速搅拌机，水灰比

为0.5:1，采用SGB—1型浆泵输送到孔口灌浆机，稀释至要求浓度后使用。灌浆采用孔内循环，自上而下分段灌注。灌浆结束后采用浓浆封孔。

5 沥青混凝土心墙与周边结构的连接

茅坪溪土石坝基础防渗采用混凝土防渗墙和帐幕灌浆，沥青混凝土心墙通过基座、垫座、底梁与周边结构连接成一体，形成防渗系统。下部防渗体因受基础约束，心墙底部接头处存在较大的剪应力。在岸坡部位，由于坝体的不均匀沉降，容易产生纵向剪切变形，形成贯穿上下游的裂缝。因此，周边接头的处理是整个防渗体的关键。茅坪溪土石坝采用工程中普遍采用的适当扩大沥青混凝土横截面的方法，将底部3m沥青混凝土心墙截面扩大到心墙厚度的2.5倍。沥青混凝土与周边刚性结构弧式连接。这种弧式槽铰接型式，允许心墙围绕弧顶有微小转角，或微小水平位移。同时有效地增大了接触面积，延长了渗径。接头具体型式如下。

(1)沥青混凝土心墙与防渗墙的连接：混凝土防渗墙浇筑完毕并具有一定强度后，先沿设计线爆除多余混凝土与浮碴，然后在两侧浇筑略高于防渗墙的混凝土底梁，底梁与防渗墙间设塑料止水，防渗墙与心墙间设止水铜片，再在底粱与防渗墙顶面刷一层冷底子油(稀释沥青)，铺2～3cm厚砂质沥青玛蒂脂，最后施工沥青混凝土心墙。

(2)沥青混凝土心墙与基座及垫座的连接：茅坪溪土石坝在230m长的河床部位设置包括基础廊道在内的混凝土基座，基座顶而设计成深25cm，半径为462.5m的圆弧形凹槽，接触面上刷一层冷底子油，铺2～3cm厚砂质沥青玛蒂脂，再施工沥青混凝土心墙。

左岸坡全、强风化带较浅，开挖至基岩后浇筑4m宽混凝土垫座。垫座与沥青混凝土心墙间采用弧式连接，垫座顶面刷一层冷底子油后铺砂质沥青玛蒂脂，并沿缝面设一道纵向止水铜片。

为保证沥青混凝土心墙与混凝土结构结合紧密，施工中混凝土表面先采用人工凿毛(或冲毛机冲毛)，再用钢丝刷将混凝土表面刷净后，用0.6MPa左右高压风水吹净。然后用高压风将表面吹干(局部湿润部位用喷灯烘干)，涂两遍冷底子油。12小时后待冷底子油中汽油挥发后，再涂刷砂质沥青玛蒂脂。

6 结语

茅坪溪土石坝根据工程地质条件，综合运用了多种防渗手段，采用厂经典的心墙与刚性结构的连接方法，渗控措施合理。它的建成，必将提高我国沥青混凝土心墙高坝的设计和施工水平。

[作者简介]

李友华中国葛洲坝集团公司三峡指挥部工程技术部工程师

湖北宜昌市443133

(收稿日期：1999—10编辑：李君林) 网页制作：CWSnet