混凝土防渗墙在水库除险加固工程中的应用

混凝土防渗墙在水库除险加固工程中的应用

发表时间：2016-06-08T17:23:58.500Z 来源：《基层建设》2016年4期作者：卢树超

[导读] 混凝土防渗墙是对水利工程建筑物进行垂直防渗处理的主要措施之一，在水库除险加固施工中应用广泛。

新兴县水利水电建筑工程有限公司广东新兴 527400

摘要：混凝土防渗墙是对水利工程建筑物进行垂直防渗处理的主要措施之一，在水库除险加固施工中应用广泛。本文结合工程实例，研究了水库除险加固施工中混凝土防渗墙的应用，通过比较两种方案，最终选择了防渗墙防渗方案，并对混凝土防渗墙设计及施工进行了详细的介绍，以望能为类似工程提供参考借鉴。

关键词：水库；混凝土防渗墙；设计；施工

0 引言

随着我国社会的进步以及国民经济的快速发展，水库作为我国重要的基础设施，在防洪、发电、灌溉、供水等方面占据着不可或缺的地位，并对促进国民经济的发展、保证人民生命财产的安全起到了重要作用。但是有些水库工程存在着质量问题，严重时甚至会造成安全事故，给人民的生命财产带来了重大的损失。因此，研究水库除险加固施工中混凝土防渗墙的应用具有十分重要的现实意义。对此，笔者进行了相关介绍。

1 工程概况

某水库控制流域面积15.2km2，总库容562.4万m3，兴利库容308万m3，是一座以防洪、灌溉为主的小（1）型水库。水库大坝为均质土坝，坝长250m，坝顶高程50.6m，最大坝高26.4m，坝顶宽4.2m，设防浪墙，墙顶高程51.4m。坝基防渗形式为黏土截水槽。如图1所示。

图1 水库大坝横剖面

水库运用至今在防洪、灌溉等方面发挥了较大作用，保护着下游5个村、近万人的生命及财产安全。

2 工程地质条件

坝址区河床宽约150m，两岸山丘基岩裸露，原河床高程24.2m，地层结构上部为第四系冲积卵砾石（alQ4）覆盖层，卵石含量约63.0%，粒径以4～15cm居多，最大厚度约10.2m；下部为古生界奥陶系灰岩地层（O1y），中厚层夹薄层状，岩层倾向上游，强风化层厚度1.6～2.0m。河床段坝基浅部1.0m以内岩体小型溶蚀沟槽及风化裂隙发育，压水试验透水率值10.1～89.1Lu，具中等透水性；1.0m以下岩体完整性普遍较好，存在轻微溶蚀现象，压水试验透水率值3.1～4.6Lu，具弱透水性。压水试验表明坝基岩体随埋深增大其透水性呈减小趋势。

钻探揭露原河床桩号0+050～0+100段近50m范围内截水槽未清基至基岩，残留卵砾石最大厚度2.1m，与上下游卵砾石层连通形成大范围渗漏通道。

3 混凝土防渗墙方案选定及布置

3.1 方案选定

该水库坝基存在清基不彻底的现象，而且坝基浅层强风化灰岩具中等透水性，经过相关分析计算，不满足规范要求。为了解决坝基渗漏及渗透破坏的问题，本次除险加固设计依据地质条件，提出了两种坝基防渗方案进行比选。

方案Ⅰ：在上游坝坡坡脚明挖截水槽，开挖至坝基岩石，铺设复合土工膜防渗。

方案Ⅱ：在上游坝坡设置施工平台，修筑导墙，抓斗成槽，采用混凝土防渗墙防渗。

上述两个方案均能解决坝基存在的渗透稳定问题，从投资方面防渗墙防渗方案虽略高于土工膜防渗方案18.3万元，但防渗墙方案却具有以下优点：

a.从施工角度比较，混凝土防渗墙垂直防渗方案施工简单，耗用人力资源少。

b.从运行可靠性方面比较，混凝土防渗墙方案可靠性较高。

c.在使用寿命和耐久性方面，防渗墙防渗方案的使用寿命取决于混凝土的抗融蚀年限，经混凝土强度降低50%的抗融蚀年限经验公式计算，混凝土的抗融蚀年限超过80年，远大于复合土工膜30～50年的使用寿命。

通过综合分析比较，坝基防渗选定为混凝土防渗墙方案。

3.2 方案布置

工程选在枯水期施工，依据规范要求，混凝土防渗墙施工平台应高于地下水位2m。若水库放空后，现状库底高程为31.3m，考虑到将不采取其他降低地下水位措施，并结合坝址区地质情况，确定施工平台布置于坝轴线上游高程33.3m坝坡处。防渗墙顶设计高程为32.5m，防渗墙全长173m，防渗面积2684m2。

4 混凝土防渗墙设计

4.1 防渗墙设计深度

防渗墙底端穿透砂卵石层，入基岩1.0m以上，深入较完整基岩，防渗墙最大深度19.4m。防渗墙顶端与坝坡土工膜采用锚栓锚固，形成一个完整、封闭的防渗体系。

4.2 防渗墙体设计厚度

混凝土防渗墙体设计厚度应满足墙体抗渗性、耐久性、墙体应力和变形的要求。本次设计根据防渗墙破坏时的水力坡降计算墙体厚度，计算公式如下：

式中ΔHmax——作用在防渗墙上最大水头差；

K——抗渗坡降安全系数；

Jmax——防渗墙渗透破坏坡降。

其中ΔHmax=26.4m、K=3、Jmax=300，计算得出防渗墙厚0.264m。综合考虑地质情况、施工设备及工程投资等因素，借鉴类似工程经验，墙体厚度最终确定为0.30m。

4.3 防渗墙体材料

该工程采用C10普通混凝土。

a.满足抗压强度R28不小于5MPa、抗渗性能K小于i×10－7cm/s（1＜i＜10）、弹性模量大于2000MPa、重度不小于2100kg/m3等指标。

b.具有良好的施工性能、耐久性。符合防渗墙墙体材料的要求，可作为防渗墙墙体材料。

5 混凝土防渗墙施工

5.1 施工工艺

混凝土防渗墙是连续造孔成槽，以泥浆固壁，在泥浆下浇筑混凝土而建成的。施工工艺流程如图2所示。

图2 混凝土防渗墙施工流程

5.2 主要施工过程

5.2.1 抓斗造槽

本工程坝基覆盖层主要为砂卵石，防渗墙成槽选用抓斗造槽法，使用斗宽为30cm的BSD型液压钢绳式抓斗进行施工。

建造槽孔前应修筑导墙，导墙采用钢板形式，可周转使用，该工程设计导墙长8.0m，深2.0m，净宽0.4m。防渗墙的中心线及高程，根据测量基准点进行控制。经综合考虑地基的工程地质及水文地质条件、施工部位、机具性能、造孔历时、混凝土供应强度等因素，每

8.0m划分一槽段。合拢段的槽孔长度以短槽孔为宜，尽量安排在槽深较浅、条件较好的地方。

造孔中，拌制泥浆的黏土，应进行物理试验、化学分析和矿物鉴定，以选择黏粒含量大于50%、塑性指数大于20、含砂量小于5%、二氧化硅与三氧化二铝含量的比值为3～4的黏土为宜。孔内泥浆面保持在导墙顶面以下30～50cm，漏失地层采取预防措施。发现泥浆漏失，立即堵漏和补浆。施工现场设置排水沟，及时排除槽孔周围的废水、废浆、废渣。

槽孔孔壁平整垂直，孔位允许偏差不得大于3cm；孔斜率不得大于0.4%。一、二期槽孔接头套接孔的两次孔位中心在任一深度的偏差值，不得大于墙厚的1/3，并采取措施保证设计墙厚。

造孔结束后，应对造孔质量进行全面检查。经检查合格，方可进行清孔换浆。二期槽孔清孔换浆结束前，应清除接头混凝土孔壁上的泥皮。宜用钢丝刷子钻头进行分段刷洗，刷洗的合格标准是：刷子钻头上基本不带泥屑，孔底淤积不再增加。清孔合格后，于4h内开浇混凝土。

5.2.2 混凝土防渗墙浇筑

防渗墙混凝土是在泥浆下利用直升管浇筑的。混凝土浇筑必须连续进行，均匀上升不能中断，上升速度不低于2.0m/h，槽孔内混凝土面高差不小于0.5m。浇筑时，导管埋入混凝土内的深度控制在1～2m，不得脱空。

混凝土施工程序：

a.配置导管。根据槽孔长度和混凝土扩散范围等条件确定每2.0～3.0m设一导管。所选配的导管要圆整顺直，无严重磨损。

b.安设导管。清孔合格后，立即下设导管，之后，再将导管提升离孔底约10～15cm，把导管固定在槽孔口。将隔离球放入导管内，装上漏斗。

c.混凝土浇筑。先把砂浆分别灌入导管，相继灌入混凝土，将隔离球压至孔底，将混凝土充满导管，即可按计划顺序浇筑。开浇时将导管提离孔底20～30cm，放出隔离球，随即补充混凝土并将导管再下至开浇前的位置，使管底埋入混凝土。

在整个浇筑过程中，要定时定点测量混凝土浇筑面高度，控制混凝土均匀上升。一般每30min测量一次。要随着混凝土浇筑面的上升逐渐拆除导管，但要注意导管应始终埋入混凝土内，其深度不得小于1.0m。另要定时测量导管内混凝土面深度。

混凝土面上升至距槽孔2.0m左右，可能因沉淀泥浆含砂量大，稠度增浓，压差减小，增加浇筑困难。利用空气吸泥器、砂泵等抽排浆，以便浇筑顺利进行。

混凝土防渗墙浇筑结束后，由于泥浆下浇筑的混凝土表面混有较多的泥浆和沉渣；因此要求将防渗墙顶部0.5m质量较差的混凝土凿