某水库大坝塑性混凝土防渗墙施工及效果分析.pdf

第 4 9卷第 7期 2 0 1 3年 7月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 GA NS U WA T E R R E S O URC F A NO H YI ) RO P OWE R TE C I t NO LO GY Vo 1 4 9， No 7 J u 1 ， 2 0 1 3 施工技术 某水库大坝塑性混凝土防渗墙施工及效果分析 刘 钢 ( 江西水利水电开发有限公 司， 江西 南昌 3 3 0 0 0 6 ) 摘要： 塑性混凝土防渗墙作为一项防渗处理施工新工艺， 在中小型水库大坝除险加固工程领域得到广泛推广应用。 某水库属于存在较严重渗流破坏的三类坝， 需要采取相应的除险加 固措施， 设计拟定塑性混凝土防渗墙加固方案。 文章从施工准备、 造孔成槽、 泥浆固壁、 槽孔验收、 混凝土浇筑、 质量检查等多方面， 叙述了加固方案的实施过程和质 量控制措施。加固方案实施后观测结果表明， 塑性混凝土防渗墙技术在中小型水库除险加固中的应用是可行的。 关键词： 水库大坝； 塑性混凝土； 防渗墙 ； 施工 中图分类号： T V 5 4 3 + 8 文献标志码： B 文章编号： 2 o 9 5 一 o 1 4 4 ( 2 o 1 3 ) 0 7 0 0 6 2 0 2 1 前言 塑性混凝土是采用黏土和膨润土代替常规混凝 土中的绝大部分水泥 ，形成的一种柔性工程材料。 塑性混凝土成墙后 。 与常规混凝土相比 具有墙体柔 性较大、弹性模量较低 ( 可以控制在 1 0 0 0 MP a以 下) 、 极 限应变性能较大、 不易开裂、 能适应较大变 形、 综合抗渗性能优越 、 造价偏低 、 施工机械化程度 较高等优点 ， 在 国内外工程领域 中被广泛用作 防渗 墙墙体材料 】 。随着混凝土防渗墙施工机械化和工 艺技术的进一步发展完善 ， 塑性混凝土防渗墙施工 技术在水库大坝防渗工程中得到广泛推广应用 尤 其在 中小型水库大坝除险加固工程中取得了好的防 渗效果。 2工 程概 况 某水库修建于 2 0世纪 7 0年代 中期 。 其坝址 以 上控制流域面积为 5 1 k m 2 坝址上游约 3 8 k m处发 育 2 0眼泉 ， 全年清水流量约 5 9万 I n ， 。该水库总库 容为 5 7 2万 m 3 ， 是一座以防洪为主 ， 并兼顾农业灌 溉、 城市供水等功能的小型水库。该水库主要为库 区下游 3个 乡镇、 2 2个村庄 、 3 9家企业 、 4 3所 中小 学校提供防洪安全保证 并为城镇 7 1 6万人 口， 近 1 O万牲畜提供饮用水 和 8 0 5 h m 2 耕地提供灌溉用 水。该水库枢纽工程主要 由大坝、 泄洪排沙洞、 溢洪 道 、 泄洪输水洞 、 以及坝后式 电站等五部分共 同组 成 ，其中泄水及输水建筑物均分布在大坝左岸。水 库挡水建筑物大坝为均质土坝 ， 原设计采用水中倒 土施工技术 ， 后结合工程实际情况采用水力冲填施 工技术 ， 最大坝高为 3 3 6 m， 坝顶高程为 1 0 3 1 7 m。 防浪墙顶高程为 1 0 3 2 9 m， 坝顶长度为 8 6 3 m， 坝顶 宽为 1 0 m。经过近 4 O年的运行 ， 加上当时建设技术 条件和设计理念等因素的制约，水库大坝两端与坝 肩接触带坡度较陡 其左端部下游存在 阴湿 、 沼泽 、 渗水、 塌陷等问题 ， 右端部存在坝体裂缝、 沉陷等问 题 ， 坝基存在渗漏等问题 ， 尤其在汛期高水位 ， 大坝 下游坝坡极易产生渗水 、 管涌等险情， 且呈现加重趋 势 。直接威胁到大坝的 日常安全稳定运行 。根据水 利部 水库大坝安全鉴定办法 相关规定 2 ， 鉴定该 坝属于存在较严重渗流破坏的三类坝 ，需要采取相 应 的除险加固措施 ， 确保水库的安全运行。 3大坝 塑性混凝 土 防渗 墙 方案 根据大坝现状渗漏特征及大坝坝基地质条件 ， 设计坝体采用垂直塑性混凝土防渗墙进行 防渗处 理 ，防渗墙 布置范围为左岸 0 0 0 5 2 0 + 0 6 4 8 ， 长 7 0 m： 右岸 0 + 2 3 9 0 0 + 3 3 0 0 长 9 1 m。防渗墙墙顶 高程为 1 0 3 1 2 m， 比坝顶低 0 5 m。两岸的混凝土 防渗墙底深入基岩 1 0 m， 防渗墙墙厚 0 8 m， 塑性 混凝土防渗墙轴线与大坝坝轴线相重合。 主要设计 指标为抗渗等级大于 W6 ( S 6 ) ； 2 8 d抗压强度 1 0 2 5 MP a ； 弹性模量 小于 5 0 0 MP a ； 相对渗透系数小 于 l xl O c m s 。 4 大 坝塑性 混凝 土防渗墙 施工 4 1 施工 准备 导向槽沿防渗墙轴线设在在槽孔上方 由上下 两排钢筋混凝土导墙组成 其槽 口宽度为 9 0 9 5 e m， 略大于防渗墙设计厚 ， 导墙深度为 1 5 m。施工 平台主要 由钻机工作平 台、 倒浆平台、 排浆沟等单元 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 7 1 6 作者简介： 刘钢( 1 9 8 0 一 ) ， 汀西南昌人， 助理工程师， 学士， 主要从事水利水电工程施工及施工管理。 6 2 第 7期 刘钢 ： 某水库大坝塑性混凝土防渗墙施工及效果分析 第 4 9卷 组成 ， 其中倒浆平台布设在 防渗墙下游侧 。 其坡度为 2 3 ， 采用 C 2 0混凝土进行现场浇筑 。倒浆平台 宽为 1 8 m， 厚度为 2 0 c l n ， 且 向排浆沟形成一定坡 面 ， 坡 比设置为 1 ： 5 。在倒浆平台下游沿 防渗墙轴线 方向布设一纵向排浆沟 ， 排浆沟采用人工开挖沟槽 、 砂浆抹面的施工方法 ， 其沟宽为 0 6 m， 深 0 4 m， 坡 度为 1 。 在防渗墙上游侧沿防渗墙轴线布设钻机行 走轨道平台， 其宽为 8 5 m， 采用枕木铺设道轨 即沿 防渗墙轴线方向平行敷设 3道卧木 ， 在轨道上安装 钻机平 台车。另外 ， 泥浆系统 、 混凝土搅拌系统 、 供 水系统等， 均布设在大坝混凝土防渗墙施工现场， 且 将泥浆系统和供水 系统布设在地势较高的地方 。 以 便利用重力 自流降低施工成本。 4 2造孔成槽 在充分考虑水库 的地质条件、 开挖深度、 开挖宽 度、 钻机类型等 因素的基础上 ， 决定采用“ 两钻一劈” 造孔工艺 ，钻孔设备选用 C z 一 3 O型钢 丝绳 冲击钻 机。 该水库大坝塑性混凝土防渗墙全长 1 5 8 m。 槽孔 间距按照 8 1 13 进行划分 ， 共需造 2 0个孔 。主孔宽为 0 8 m， tJ ：f L 宽为 1 2 m。造孔顺序按“ 先打主孑 L 再劈 副孑 L ” ， 即按 I 期槽和 I I 期槽分段施工。造孔施工过 程 中， 孔内泥浆面应保持在距导向墙顶面 3 O 5 0 c m 范围内。开挖区固壁泥浆直接在槽孔 内制浆 填筑 区固壁泥浆则采用膨润土和黏土混合制浆。施工 中 要求槽孔应保持平整垂直 ， 孔位允许偏差应控制在 3 c m以下 ， 两端主孔孔斜率应控制在 3 0 以内， 其余 槽孔孔斜率应控制在 4 0 以内； I 期槽和 I I 期槽孔接 头套接孔 的两次孔位允许偏差应 控制在 3 0 c I n以 内： 槽孔进入基岩的嵌入深度须不小于 1 0 m。 4 3泥 浆 固壁 泥浆在大坝塑性混凝土防渗墙施工工艺 中， 具 有浮渣 、 固壁护壁 、 冷却钻头等功能， 其泥浆制浆质 量对槽孔施工质量具有非常重要的作用。按照 D L ， r 5 1 2 5 2 0 0 1 水 电水利岩土工程施工及 岩体测试造 孑 L 规程 规范要求 ， 该水库大坝塑性混凝土防渗墙的 泥浆质量控制指标为泥浆密度 1 1 1 2 g c m 。 ，黏度 1 8 2 5 S ， 含砂量小于 5 。造孑 L 全过程 中孔 内泥浆面 始终保持在距导 向墙顶面 3 O 5 0 e m范围内， 以防出 现塌孔等质量问题。 4 4 槽 孔验 收 槽孔造孔按照相关 技术规范及设计要求完成 后 ， 应立即进行槽孔验收 ， 主要检查槽孔孔深、 孔斜 、 墙厚、 接头孔套接度等是否满足相关技术指标要求 ， 其中 ： 在现场采用测绳实测法探测孔深 ； 采用重锤法 测量槽孑 L 是否存在孑 L 斜 ； 对于存在偏差的槽孑 L ， 应采 用钻机钻头下至孔底 ， 每 2 m测钻头携带的钢丝绳距 孔口的偏差度 ， 进而统计出槽孔孔底偏差及孔斜率。 4 5泥浆置 换及 清孔 槽孑 L 终孔验收合格后 ，应立即进行泥浆置换清 孑 L 施工。清孔过程 中应采用抽筒抽渣和抽浓浆 ， 且 应不断向孔内补充清水 ，以确保槽孔内水面高度满 足相关规范技术要求。清孑 L 合格指标为：孔底淤 积厚度应控制在 1 0 e m以内：泥浆比重应控制在 1 1 1 2 g c m 3 范围内； 泥浆黏度应控制在 1 8 2 5 s 范围内； 含砂量应控制在 5 范围内。泥浆指标检 测应从距孔底 5 0 1 0 0 c m范围内进行取样 ，并采用 抽渣筒进行有效抽取。当槽孔清孔指标到达设计指 标标准后 即在清孔合格后 4 h内必须进行混凝土 浇筑施工 。如超过 4 h则应重新进行清孔并待检测 验收合格后方能进行混凝土浇筑施工。 4 6 混凝 土浇 筑 ( 1 ) 导管下设 ：导管使用前必须进行密闭性能 检验 ， 待检测合格后导管方能使用。导管下设过程中 应采用冲击机进行吊装 ，即将导管先下设到槽 L ：f L 底 然后再提升约 1 5 2 5 c m 固定导管并将皮球放置 在导管内部。待导管安装完毕 ， 装设好混凝土料斗 ， 并采用竹道板盖好槽孔 口。以放置混凝土在浇筑过 程 中从 槽孑 L 内进 入 到槽 内 。确 保混凝 土浇筑 具有较 高施工质量水平 ， 同时也保证了现场的施工安全3 。 ( 2 ) 混凝土浇筑 ：混凝土采用直升导管法进行 浇筑。在混凝土浇筑前 ，先将导管内置入可浮起的 隔离塞球 以确保混凝土浇筑质量。整个混凝土浇 筑应连续作业 ，待导管满管后 ，将导管轻提 2 0 3 0 e m 把隔水球有效挤 出到导管外 并立 即将导 管放 至原深度 。继续灌浇混凝土。在进行同一槽孔 内混 凝土浇筑时 ， 混凝土面应保持均匀上升 ， 且各控制点 高差应有效控制在 0 5 m范 围内 ，导管上升速度也 应 控制 在 2 m h内。 5质量检查 该水库大坝塑性混凝土防渗墙质量检查 ，共分 为 中间产品动态检查和墙体施工质量检查两部分。 其中 。 混凝土试块抗压强度共检测 3 2组 ， 检测结果 为 1 3 2 3 MP a ； 抗渗共检查 8 组 ， 抗渗系数为 0 2 3 x 1 0 -6 - 0 8 7 x 1 0 e n d s ； 弹性模量共检测 8组 ， 弹模值为 3 7 0 4 6 0 M P a 均满足设计指标要求。墙体在成墙后 2 8 d进行了 6个试验段 ( 左右岸各选取端部和中部 3处 ) 的钻 孔注水试验 ， 渗透系数试验结果为0 5 1 X 1 0 - 6 _ 0 6 3 x 1 0 -6 e m s 。 均符合设计要求。 6结 语 塑性混凝土防渗墙在该水库大坝 ( 下转封 三 ) 6 3 第 7期 杨建启 ： 聚丙烯纤维混凝 土在 巴家咀水库溢洪道工程中的应用 第 4 9卷 粗骨料 1 6 6 3 k g ； 粉煤灰 4 5 k g ； 减水剂 2 4 k g ； 引气 剂 0 0 1 8 k g ； 聚丙烯纤维 0 8 k g ； 水 1 0 6 k g ； 水胶 比 0 3 5 ； 坍落度 7 0 9 0 m m。 在混凝土浇筑前 ， 根据原材 料检验情况 及时准确地将理论配合 比调整为施工 配合 比。 3聚 丙烯纤 维混 凝土施 工 3 1 施 工流 程 施工流程为 ： 原材料储备 、 检验_ + 仓面清理 测 量放样_ + 钢筋绑扎焊接 模板安装 开仓验收_ 拌 和系统检查 混凝土制备、 运输 、 入仓 温度、 坍落 度检测 混凝土试块取样一混凝土平仓 、 振捣一 拆 模 、 养护_ 外观检查。 3 2混 凝土 浇筑 ( 1 ) 拌 和： 混凝土配料除聚丙烯纤维和外 加剂 由人 工称量并均匀抛撒至粗骨料上和搅拌舱 中外 ， 其余 均采用配料机 自动称量适配 ， 搅拌楼拌和 。投 料及搅拌顺序依次为粗骨料 、 聚丙烯纤维 、 细骨料 、 水泥、 粉煤灰 、 外加剂 、 水 ， 搅拌时间为 5 mi n 。从试 拌情况看 ， 纤维分布均匀， 混凝土和易性较好。 ( 2 )运输 ： 为 防止 混凝 土运输 过程 中 出现离 析 、 泌水等现象 ， 水平运输采用混凝土罐车 ， 垂直运输采 用塔 吊配锥形料罐 ， 仓面运输采用溜槽入仓 ， 运输距 离约 1 k m。 ( 3 ) 浇筑 ： 混凝土浇筑采用台阶法 由低 向高分 层 铺 料 浇筑 ， 控 制 浇筑 厚度 3 0 e m。混 凝 土 入仓 后 ， 先人工摊铺整平 ， 再用 + 7 0插入式振捣器梅花形振 捣 ， 快入慢提 ， 振捣至粗骨料无明显下沉并开始泛浆 为止 。模板 滑 升 或提 起后 立 即进 行 一 次 收 面 。 二 次 收面在混凝土初凝前完成 ， 均为人工原浆收面。 ( 4 ) 养护 二次抹面结束后先覆 以塑料薄膜盖之 9 h后用 草袋进行覆盖 ， 并及时洒水养护 。 保持混凝土表面湿 润 。 4聚 丙烯纤 维 混凝土 检测 结果 在混凝土浇筑施工 中， 分别对掺加与不掺加纤 维的混凝土进行 了取样检测对比， 混凝土抗压强度 、 抗渗、 抗冻性能检测结果分别见表 6 表 8 。 表 6 混凝土抗压强度检测结果 浇筑部位 坍落 ram 度和易性 溢流堰面 不掺C 3 0 7 1 - 8 3 好 2 8 3 0 2 3 4 8 挑流鼻坎掺加 6 3 7 6 3 1 0 3 4 9 溢流堰面不掺F 1 5 0 1 5 0 2 9 9 8 7 挑流鼻坎掺加 2 1 9 8 8 8 5 8 9 从施工过程和取样检验情况来看 ，聚丙烯纤维 混凝土和易性较好 ， 不易离析 ， 但坍落度有所损失 ， 抹面难度相对增大：混凝土表面龟裂及干缩裂缝得 到 了有效 控制 ， 平 整度 较好 ； 混凝 土抗 压强度 未见 明 显变化 ， 但抗渗、 抗冻性能有所提高。 5结 语 聚丙烯纤维混凝土在巴家咀水库溢洪道工程中 的应用，有效抑制和减少了混凝土表面裂缝的产生 和发展， 提高了混凝土抗渗 、 抗冻 、 抗冲磨等性能 ， 从 而保证 了混凝土浇筑质量。聚丙烯纤维混凝土作为 一 种新型复合材料， 不仅对施工无任何特殊要求 ， 而 且具有良好 的力学性能和可靠的质量保证 ， 又经济、 安全 、 便于操作 ， 应用于水工建筑物的相应部位 ， 可 收到良好的功效 ， 应用前景十分广阔。 参 考文献 ： 1 郝转 聚丙烯纤维混凝土的技术应用研究 J 1 山西水 利科技 2 0 0 6 ， 3 6 ( 4 ) ： 9 1 1 2 乔介平， 鲁少林 聚丙烯纤维在水工混凝土中的研究与应 用 J 冰 电站设计 2 0 0 8 ， 2 4 ( 3 ) ： 8 5 8 7 3 D d T 5 1 4 4 2 0 0 1 水工混凝土施工规范 S 4 D L T 5 1 5 0 2 0 0 1 水工混凝土试验规程 S ( 上接 第 6 3页) 除险加 固工程 中的成功应 用 对坝 体 的渗漏起到非常 良好 的防渗作用 ， 其 中。 下游渗 水量 由加 固前 的 5 2 2 L s 有效减小到 1 3 9 L s ， 渗 流量 减少 了 7 4 6 3 ， 达 到 了预期 防渗效 果 ， 大大 提高 了该水库运行 的安全系数 。从该实例应 用效 果证 明 塑性混凝土防渗墙技术在 中小 型水 库除 险加 固中的应用是可行的、 高效的 ， 施工质量 完全 满足设计及相关 技术规范要求 。具有非常好 的应 用 推广价值。 参考文献： 1 王清友， 孙万功， 熊欢 塑性混凝土防渗墙 M 北京： 中 国水利水电出版社， 2 0 0 8 2 石大永 混凝土防渗墙施工相关工艺分析 J _ 湖南水利 水电 ， 2 0 1 1 ， 1 8 ( 4 ) ： 1 4 1 5 3 谭小通 塑性混凝土防渗墙在水库施工中应用 J 企业 科技与发展， 2 0 0 7 ， 1 4 ( 1 2 ) ： 1 5 2 1 5 3 一 对 模 至 脯 触 耋 曼 纵 动 数 对 模 至 嗍 僻 横 动 数 腮 测 融 数 实 冻 次 计 级 设 等 旺 霜 奇 筑 浇