混凝土防渗墙在观上水库除险加固工程中的应用.pdf
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1、山 西 水利旨 鲁 技术与应用 2 0 1 1 年第 6期 混凝土防 渗墙在观上水库除险加固工程中的应用 王 立 ( 忻州市水利局 , 山西忻 州0 3 4 0 0 0 ) 摘要 结合观上水库地质条件, 介绍了水库除险加固的设计方案, 阐述了混凝土防渗墙工程布置、 墙型选择、 墙体厚度、 墙体材料等各个参数的确定及具体的施工过程, 通过加固, 达到了预期效果, 可为类似工程除险加 固提供参考。 关键词 混凝 土防渗墙 ; 除险加 固; 观上水库 中图分类号 T V 5 4 3 8 文献标识码 C 文章编号 1 0 0 4 7 0 4 2 ( 2 0 1 1 ) 0 6 0 0 4 7 0 2
2、1 工程概 况 观上水库位于原平市城区西南 1 5 k m 的永兴河 出山 口处 , 是一座以城镇 防洪 、 农业灌溉 、 城市供水 为 主 , 兼顾养鱼 、 发 电、 旅游等综合效益 的中型水库 , 总 库容 1 5 6 0万 m 3 , 控制流域面积 1 5 0 k m2 。水库始建 于 1 9 5 8年 , 1 9 6 0年拦洪蓄水 , 1 9 7 6年进行加坝改建。水 库枢纽 由大坝 、 溢洪道 、 灌溉洞 、 水 电站组成 。大坝 为 水中填土均质坝, 最大坝高 3 2 8 m, 坝顶高程 9 3 5 4 4 m, 坝顶长 4 8 5 3 m, 宽 4 0 m。建库 5 0多年来 ,
3、 坝基渗漏 及渗透变形破坏严重 , 经部 、 省专家组鉴 定为“ 三类 坝” , 是水利部认定急需改造 的病险库之一 。 2 水库除险加固任务 工程建设 主要 内容为大坝 防渗加 固 、溢洪道改 建 、 新增灌溉排砂洞 、 上坝交通道路工程及增设大坝 观测设施 。 大坝防渗加 固工程原初步设计方案为 : 根据坝基 渗漏和渗透变形 隐患 , 在大坝上游坝脚处做混凝土垂 直防渗墙工程 ; 防渗墙顶至大坝坝顶沿上游坝坡铺设 土工布 , 以增加坝体的防渗性 ; 对下游坝坡及 大坝 坝 顶进行加 固。由于工程量大、 工期长 , 在坝脚处空库施 工做混凝土防渗墙与灌溉用水 的矛盾难 以协调 , 且地 质钻
4、探表明, 1 9 7 6 年所加坝体施工质量欠佳 ,单纯采 用土工布防渗达不到全面加固坝体的目的。因此, 为 最大限度地体现工程防渗加固效果 ,结合水库实际 , 具体施工方案确定为 : 1 9 7 6年所加坝体坝顶 以下 2 m 全部清除 ,碾压密实后作为混凝土防渗墙施工平面 , 混凝土防渗墙 自此穿过坝体 、 坝基砂卵石覆盖层至基 岩面 , 并深入岩面下 1 m, 下游坝坡及大坝坝顶进行相 应加 固 3 混凝土防渗墙设计 3 1 工程 布置 结合加固质量及施工平 面布置要求 , 防渗墙轴线 布置于坝轴线上游 2 6 6 m处 , 平行于坝轴线 。防渗墙 顶布置于现坝顶 2 m以下 , 墙顶高
5、程 9 3 2 9 4 m, 墙顶 长 4 8 7 6 2 m, 墙基( 包括岸坡结合带 ) 深入岩面下 1 m。 3 2 墙 型 选择 防渗墙技术 自 1 9 5 8年引进我 国以来 ,已形成 了 刚性墙和柔性墙两个不同系列。 2 0 世纪 8 0年代以来 , 从降低运行过程中墙体 自身实际应力出发, 运用于土 石坝防渗加 固的混凝土防渗 墙逐渐 由最初 的刚性墙 向柔性墙发展。 本次设计采用当地黏土为塑性材料的 槽板式柔性混凝土防渗墙。 3 3 墙体厚度 混凝土防渗墙厚度应综合考虑墙体的抗渗性 、 耐 久性及造孔施工机具的高效作业等因素。根据忻州市 米家寨水库 已建混凝土防渗墙工程经验 ,
6、 用主、 副孑 L 方法建造防渗墙时 ,墙厚 0 8 m可使冲击钻机在最高 效率区工作 ,且厚度 0 8 m的墙体在中小型水库防渗 加固实践中运用较广 , 已积 累了丰富的经验。柔性墙 体 目前所能承受的渗透 比降可达 9 O以上。有关资料 表明 , 柔性墙体允许渗透 比降为 7 0 。观上水库防渗墙 承受最大水头 5 0 m,墙厚 0 8 m,可满足渗透稳定要 求 , 因此确定墙厚为 0 8 m。 3 4 墙体材料 防渗墙能否满足使用要求 , 墙体材料 的合理选择 及科学配比至关重要 。观上水库混凝土防渗墙是从土 坝坝顶穿过坝体和坝基覆盖进入基岩的。由于土坝建 成 已有 5 0 余 年 ,
7、坝体变形基本完成 , 因而墙体两侧 因 型! 生 旦圃 鬣图誓囡啊蛋 变形差引起的摩擦力及墙顶竖向荷载很小 , 防渗墙所 受荷载以水平荷载为主, 与米家寨水库混凝土防渗墙 工作条件相 同。根据米家寨水库已建混凝土防渗墙在 水压力和地震荷载作用下的应力反算结果可知 , 柔性 混凝土 防渗墙无论是在高水头作用还是在地震荷载 作用下均不会出现高应力状态 。由于其应力应变关系 与其周围土层的力学性能适应较好 , 墙体结构应力状 态有较高的安全余量。因而, 该类型的防渗墙设计指 标应以在静水压力作用下的渗透稳定性和耐久性为 主。墙体抗压强度指标可在 2 5 MP a 之间酌定。 混凝土防渗墙所能承担的水
8、力坡降按 7 0 考虑, 在墙体承受水头 5 O m、 墙厚 0 8 m时 , 从墙体抗渗透 稳定和耐久性考虑 , 可 由梯 比里斯建筑物与水能科学 研究所公式估算墙体渗透系数指标如下: K= a c l T B J 式中: 防渗墙渗透系数 ; ar -镀 混凝土强度降低 5 0 , 淋蚀混凝土石灰 所需之掺水量 1 5 4 2 2 m 3 k g ; 1 ms 混凝土的水泥量 , 根据米家寨水库已 建防渗墙施工试验配比, 取 1 6 9 k g m ; 卜 渗径长度 , 即墙体有效厚度 0 8 m; _ 安全系数 , 根据米家寨水库已建防渗墙工 程经验 , 取 8 - 2 0 ; 严 _ 一
9、 允许水力坡降 , 取 7 0 ; H吏 用年限, 取 5 0年。 代入上式可得 K= ( 1 3 2 4 ) 1 0 - s c m s 。根据 已建 米家寨水库混凝土防渗墙材料配合 比试验结果表 明, 只要混凝土配合 比适当, 3 9 1 x 1 0 s c m s 能达到要 求 , 能够保证墙体抗渗透的稳定性和耐久性。 结合 混凝土防渗墙施工技术规范 , 参考塑性混 凝土防渗墙施工实践及有关理论研究成果 , 并在已建 米家寨水库施工配合比试验的基础上 , 观上水库混凝 土防渗墙主要设计施工参数如下 : 抗压强度 5 MP a , 弹 性模量 1 0 0 0 MP a ,渗透系数 3 9
10、1 x 1 0 - s c m s ,坍落度 1 8 2 2 c m, 扩散 度 3 4 3 8 c m。 在保证抗渗透稳定和耐久性的前提下, 从就地取 材、 节约材料、 降低成本等方面考虑 , 主要材料选用普 硅 4 2 5水泥 、 当地崖底黏土( 黏粒含量 4 0 左右 ) 、 云 中河砂及当地加工的石子。施工前进行配 比试验 , 确 定合理的材料配合 比以及外加剂掺入量 、水灰 比、 水 胶比等控制参数。 3 5 墙 体 与边界 的连接 根据混凝土防渗墙轴线地质钻探结果 , 覆盖层下 及两岸坡基岩强风化层厚度大于 1 0 m, 从 防渗堵漏角 度考虑 , 防渗墙应深入弱风化岩石内 0 5
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