混凝土防渗墙在观上水库除险加固工程中的应用.pdf

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 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 ， 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 ， 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 ， 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 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 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 0 8 m。但 已 建工程经验表明，防渗墙插入基岩深度大于 1 m时， 固端弯矩将会使墙体的受力状况趋于复杂 ， 出现防渗 效果不利的较大拉应力 ， 且施工难度增大。当高水头 和防渗要求较高时， 一般采用在防渗墙底部增设灌浆 帷幕的方法。该工程主要是除险加固， 且风化层单位 吸水率小于 1 0 L u ，渗透系数虽大于防渗墙但接近于 坝体土， 水库渗漏带及渗变隐患主要存在于砂卵石覆 盖层 内， 因而从消除渗变隐患 、 减少渗漏考虑 ， 防渗墙 深入岩面以下 1 m即可满足要求。 3 6 造孔 泥 浆 造孔泥浆 主要是固结孔壁 、 悬浮 、 携带钻渣和冷 却钻具 ， 因此 ， 泥浆应具有 良好 的物 理性 能、 流变性 能、 稳定性及抗污染性能。拌制泥浆的黏土的物理特 性为 ： 黏粒含量大于 5 0 ， 塑性指标大于 2 0 ， 含砂量 小 于 5 。 4 混凝土防渗墙施工 4 1 造孔 第一 ， 孔位确定。首先根据设计移交的坐标控制 点复核坐标系统， 测出防渗墙轴线， 然后根据防渗墙 的长度、 深度及地质条件划分槽段。导向槽做好后 ， 用 隔泥板将每个槽分隔开 ， 用黏土将导向槽填满 ， 然后 测定 防渗墙轴线 ， 并在导 向槽 两端 固定标记 ， 测定 每 个孔的位置( 主孔和副孔 ) ， 并用红漆标在导向槽 的下 游侧 ， 以便施工定位。 第二， 主、 副孔划分。主孔为 I序孔 ， 孔径 0 8 m， 孔间距 2 0 m， 采用冲击钻孔造孔 ； 副孔为 序孔， 长 度 1 2 m， 采用“ 一钻两劈” 法劈打成槽。 防渗墙分 I 序 槽段和 序槽段。 造孔时 ， 选用 C Z 一 2 2型冲击钻 ， 采用 多 台钻机分序 、 分段 、 同向、 同时作业 ， 每 台钻机配置 2个空心钻头和 1 个十字钻头。同时结合实际情况采 用反循环泵清渣。 第三 ， 钻孔施工。 先铺设钻机道轨平台， 再安装移 动台车 ， 在台车上固定冲击钻 。 造孔前调整钻机 ， 使钻 头垂直对准孔位 ， 施工时先 I 序孔 ， 待相邻两个 I序 槽孑 L 浇筑完成后 ， 再打 序孑 L ， 同一槽孔 内先打主孔 ， 后打副孔 ， 最后劈打小墙。槽孑 L 完成后进行混凝土浇 筑， 混凝土浇筑完成 1 2 h后 ， 立刻钻打接头孔。 第四， 泥浆 固壁 。 泥浆质量对成孔成槽非常重要 ， 施工中应严格控制泥浆标准 ： 密度 1 1 1 2 g c m 3 ， 黏度 1 8 2 5 s ， 含砂量小于 5 。 在造孔过程中始终保持孔内 泥浆面在导墙顶面下 3 O 5 O m， 以防塌孔。 4 2 清孔换浆 造孔达到设计要求后 ，采用抽筒( 下转第 5 7页) 山 西 水利 昌 鲁 之外 ， 各单位应建立健全重点领域 、 关键环节 和岗位 的惩 防制度 ， 严格按程序办事 ， 从制度 源头上 防止腐 败现象发生 ， 保护干部安全。三是建立健全各单位 的 水利资金风险防控体系机制 ， 完善单位内部资金使用 管理控制制度 。在一些重点工程 ， 可推行全过程跟踪 督查的派驻制 ， 强化监督力度。对所有工程都要认真 按规定 编制财务资金决算进行验收，搞好资产交接 ， 防止资金流失。对于投资百万元 以上的工程项 目要按 规定开展项 目绩效评价。对工程立项的合理性 、 项 目 完成进度 、 质量 、 组织管理水平 、 财务资金收支管理状 况 、 经济社会效益 ， 做 出实事求是的评价结论 ， 发现 问 题要追究有关人员的责任 。四是加强水利干部特别是 领导干部的廉政教育， 树立风险意识， 法制意识。 对群 众意见较多 ， 反映较大的干部要及时实行戒勉谈话或 者适 时调整撤换 ， 防微杜渐 ， 把违法 违纪现象解决在 事情发生的初期 ， 避免造成更大的损失 。 随着 中央一号文件的出台 ， 山西省 “ 十二五” 规划 论坛 2 0 1 1年第 6期 的启 动 ， “ 大水 网” 的建设 ， 水利改革发展迎来 了又一 个春天 ， 机遇难得 ， 使命光荣 ， 任务艰巨， 责任重大 ， 我 们 要认真 总结“ 十一五” 期间水利资金筹集使用管理 方面的经验 ， 进一步解放思想 ， 转 变作风 ， 继续深化水 利投融资体制改革 ， 严格资金管理 ， 充分发挥水利资 金在水利建设中的关键作用 ， 为全省“ 十二五” 水利规 划 目标顺利实现作出新的贡献 。 注 ： 1 本文引用的有关水利投 资数据来源 山西水 利回顾与展望 、 山西省水利统计年鉴 、 厅向省人 大 汇报材料 以及厅财务处有关统计资料 ； 2 本文引用的全 省经济社会发展数据来 自 山西省 2 0 1 0年国民经济 和社会发展 统计公报 ； 3 本文仅对省及 中央水利投 资 的情况进行统计分析 ， 市县财政及群 众投入 ， 引黄 工 程等水利投入未作统计。 作者简介 王更 生( 1 9 4 6 一) ， 男， 大学学历 ， 山西省水利厅 原财务 处处长。 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 4 0 9 - 修 回 日期 2 0 1 1 - 0 5 1 0 +-+一+一+*+- - t - +- +-+- 4 - - 4 - 十一+- - 4 - + +一 +一 +-+一+一 +一+* +一+一+-+-+一+“。 。 +一 +一+ + ( 上接 第 4 8页) 抽渣法 和反循 环泵 吸法进 行清孔 换 浆 ， 孔底淤积厚度不大于 1 0 c m， 孔内泥浆密度不大于 1 2 g c I I 1 3 ， 黏度不大于 3 0 s ， 含砂量不大于 1 0 。清孔 换浆合格后进行混凝土浇筑。 4 3混凝 土 浇筑 混凝土浇筑顺序为 ： 配置导管 、 安装导管 、 混凝土 拌制 、 混凝土浇筑。 选配 3 套直径 2 1 9 mm的无缝钢管 作为混凝土浇筑导管 ， 根据 已验收槽孔的孔深确定导 管长度 ， 由专人进行配置 ， 统一编号 ， 分段组装 ， 以便 浇筑混凝土和提升导管。在已验收的槽孔 内安置 3根 导管 ， 间隔 2 m。导管下端距孔底 2 O c m， 顶部一般设 置数节长度为 0 3 1 0 m的短管。导管 固定在槽孔 口， 由冲击钻 、 卷扬机配合提升 ， 导管上端安置拉料漏斗 ， 浇筑前将隔离球放人导管内。导管连接必须密封可 靠 。混凝土浇筑采用集中拌制 ， 黏土采用泥浆加入 的 方法 ， 管道泵压力输送 ， 直升导管法浇筑。 浇筑混凝土时 ， 先注入少量水泥砂浆 ， 随即浇人 足量的混凝土 ， 确保挤出隔离球 ， 并埋住导管底部。浇 筑应连续作业 ，导管埋入混凝土中的深度应在 1 - 6 i n 之间 ， 同一槽孔 内混凝土面应均匀上升 ， 上升速度不 得小于 2 m h ，同一上升面各点高差控制在 0 5 m 以 内。在浇筑过程中， 至少每隔 3 0 m i n测量一次槽孔 内 混凝土面 的高度 ， 绘制混凝土上升曲线 图 ， 以指导混 凝土浇筑施工和导管拆卸 ，校对混凝土浇筑质量 、 检 验浇筑质量。当混凝土面上升距孔 口 1 0 m左右时 ， 因 沉积泥浆含砂量大 ， 稠度增加 ， 混凝土浇筑压差减小 ， 浇筑难度加大 ， 增用 6 B S砂浆泵抽排泥浆 。混凝土最 终浇筑顶面应高于导槽底部混凝土面 5 0 c m。待成墙 后 ， 人工凿除桩头 ， 凿至设计墙顶高程。 4 4接 头处理 接头处理是防渗墙施工的关键工序 ， 直接关系到 墙体质量和防渗效果 。 I 序槽孔浇筑完成后 1 2 h ， 立 即在其两端主孔位置再钻一孑 L ， 即 I 序槽 和 序槽的 接头孔。 序槽孔清孔换浆结束前 ， 应清除接头孔壁 的泥浆 ， 方可进行混凝土的浇筑。 5 结语 在观上水库除险加固工程中 ， 采用混凝土防渗墙 对其坝体和坝基处理后 ， 取得 了很好 的效果。目前 ， 观 上水库 已蓄水 5年 ， 运行情况 良好。 作者简介 王立( 1 9 8 0 一 ) ， 男， 2 0 0 3年毕业 于武汉水利电 力大 学 工程 管理 专 业 ， 工 程 师 。 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 4 1 2 ； 修回 日期 2 0 1 1 - 0 5 2 3 型 生 旦团