浅谈刚塑性混凝土组合式防渗墙在窄口水库除险加固工程中的应用.pdf

D OI ： 1 0 1 6 6 1 6 j c n k i 1 1 - 4 4 4 6 1 T V 2 0 1 5 1 1 0 0 8 浅谈刚塑性混凝土组合式防渗墙 在窄 口水库除险加 固工程中的应用 焦 蓓 ( 河南省灵宝市窄 口水务管理局 ，河南 灵宝4 7 2 5 0 0 ) 【 摘要】 灵宝市窄口 水库坝体黏土心墙裂缝、 坝基断层破碎带发育和渗漏量的不断加大迫使水库不能正常运 行。经反复论证， 坝体采用刚性混凝土与塑性混凝土组合式防渗墙进行截渗加固。从施工后的坝体安全监测数据 结果来看， 刚塑性组合混凝土防渗墙很好地适应了坝体变形， 满足 了设计防渗要求。本文介绍了施工方案的选定 以及具体的防渗墙施工过程。 【 关键词】 刚塑性组合式混凝土；防渗墙； 截流处理； 坝体加固 中图分类号：T V5 4 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 5 4 7 7 4 ( 2 0 1 5 ) 1 1 - 0 0 1 7 - 0 3 On a p p l i c a t i o n o f r i g i d p l a s t i c c o n c r e t e c o mb i n e d c u t o ff wa l l i n Z h a i k o u Re s e r v o i r Ri s k Re mo v a l a n d Re i n f o r c e me n t P r o j e c t J I AO B e i ( H e n a n L i n g b a o Z h a i k o u W a t e r A d mi n i s t r a t i o n ， L i n g b a o 4 7 2 5 0 0， C h i n a ) Ab s t r a c t ： L i n g b a o Z h a i k o u R e s e r v o i r d a m c l a y c o r e wa l l c r a c k，d a m f o u n d a t i o n f a u l t f r a c t u r e z o n e d e v e l o p me n t a n d i n c r e a s i ng s e e p a g e f o r c e t h e r e s e rvo i r t o wo r k a b n o r ma l l y Ri g i d c o n c r e t e a n d p l a s t i c c o n c r e t e c omb i ne d c ut o ff wa l l i s a d o p t e d i n t h e d a m f o r i mp e rvi o u s r e i n f o r c e me n t a f t e r r e p e a t e d a r g u me n t s D a m s a f e t y mo n i t o ri n g d a t a r e s u l t s aft e r c o n s t r u c t i o n s h o w t h a t d a m d e f o r ma t i o n i s w e l l a d a p t e d b y ri g i d p l a s t i c c o mp o s i t e c o n c r e t e c u t o ff w a l l ，wh i c h me e t s d e s i g n s e e p a g e p r e v e n t i o n r e q u i r e me n t s I n t h e p a p e r ， s e l e c t i o n o f c o n s t r u c t i o n p l a n a n d c o n c r e t e s e e p a g e p r e v e n t i o n wa l l c o n s t r u c t i o n pr o c e s s 8 r e s e l e c t e d Ke y wo r d s ： r i 矛d p l a s t i c c o m b i n e d c o n c r e t e ； s e e p a g e p r e v e n t i o n w a l l ； r i v e r c l o s u r e t r e a t m e n t ； d a m r e i n f o r c e m e n t 1 工程概 况 窄口水库坐落在河南省三门峡灵宝市五亩乡境 内。水库 于 1 9 5 9年 1 1 月 开始 动工兴 建 ， 1 9 6 8年二 次 上 马 ， 1 9 8 3年竣 工验 收后 正式 蓄水 ， 是豫 西地 区唯 一 一 座集防洪、 灌溉、 供水、 养殖和旅游为一体的综合性 大 ( 2 ) 型水利工程。 水库大坝分主坝和 自溃坝， 主坝长 2 5 8 m， 坝型为 黏土心墙石碴坝， 坝顶高程 6 5 7 O m， 最大坝高 7 7 0 m， 坝顶宽 8 m， 黏 土心墙顶 高程为 6 5 6 2 m， 上游心墙坡 比 1 ： 0 4 1 4 ， 下游 心墙 坡 比 1 ： 0 2 5 。上游 坝坡 坡率 1 ： 2 ， 1 ： 2 5 ， 1 ： 4 ； 下 游坝坡坡 率 I ： I 8 ， 1 ： 2 ， 1 ： 2 2 5 ； I ： 2 5 。 上下游坝坡均为干砌块护坡 。 自溃坝长 1 0 9 m， 为黏土 斜墙 砂砾 石 壳 结 构 ， 坝顶 高 程 6 5 5 O m， 坝 高 l O m， 顶 宽 4 m。 2 工程出现的问题 窄 口水库属 于 “ 大 跃进 ” 年 代边 设计 、 边施 工 、 边 1 7 一水利建设与管理 2 0 1 S 年 第 1 期 整改 的“ 三边工程 ”的产物 。由于生产力水平 的限制 ， 加之 当时 以各 “ 公 社 ” 为施工单 位 的“ 民兵 团” 建制 管 理体系 ， 使得主坝 心墙 、 坝 壳填筑 质量较 差 ， 安 全隐 患 较多 。大坝建成后 ， 先后 经历 1 9 7 5年 “ 7 5 8 ” 特大 洪 水 ， 2 0 0 3年 的 6 4 2 6 8 m高水 位 ， 致 使大 坝坝 顶裂 纹有 明显发展 ， 渗漏量增大。 2 1 裂 隙( 缝 ) 不断发育 主坝坝体发生不均匀沉陷、 心墙出现以纵缝为主、 夹 杂横缝 的多条裂 缝 。尽管对 心墙 裂缝进 行 了挖填 、 黏土灌浆 ， 在坝两头做混凝土防渗心墙处理 ， 但一些裂 缝仍在持续发展， 监测断面心墙内可能存在与库水位 相通的裂缝 ， 水库的安全运行受到严重威胁。 2 2 渗漏持续加大 大坝 断层带 、 两 岸坝基 岩石 破碎及 坝基 断层 多处 渗漏严重 ； 特别是左坝肩断层从坝头穿过， 几乎垂直坝 轴线与某些断层相互交错， 漏水严重。另外， 河床段坝 体与基岩接触面处渗流场位势升高且有发展趋势。 2 3主坝变形 严重 1 9 7 3 i 1 9 8 8 年 问的沉 陷模拟 计算显 示 ， 主坝总 沉 陷量达 1 2 m， 为坝 高的 1 5 6 ， 总 沉陷量超 过坝高 的 l ； 1 9 8 4 -2 0 0 5年 的观测资料也表明坝段倾 度远远大 于 1 ， 并且坝体沉陷和水平位移与水库在较高水位 运行密切关联 。 3 施工方案的选定 为解决主坝裂缝 、 渗漏等问题 ， 工程 最终决定新 建 坝体混凝 土 防渗 墙 ， 并根 据工程 的地质状 况和大坝 自 身 的运行 工况采 用下部 刚性混凝 土 、 上部 塑性 混凝 土 的组合 式防渗墙方案 。 在水利水 电工程 中 ， 主要根据结构强度 要求 、 抗渗 耐久 性 、 适应 变形能力 以及施工 条件等来 确定混 凝土 防渗墙墙体材料 。该工程混凝土防渗墙墙体材料 按下 部砂卵石层 内墙体和上部心墙黏土内墙 体两部分来 考 虑 。窄 口水库 主坝下部坝体 心墙宽厚 ， 密实性较好 、 变 形较小 ， 但墙体承担的水头差较大 ， 为提高墙体的抗渗 耐久性 ， 采用 刚性混凝土 。高程 6 1 5 0 m以上心墙质量 较差 ， 水头较低 ， 变 形相对 较大 ， 采用 塑性 混凝 土。在 窄 口水库除险加固工程中应用的刚塑性 混凝土组合式 防渗墙可以达到非常明显的效果 ： 一方 面 ， 上部塑性混 1 8 凝土与黏 性土层 的黏结性 能好 ， 下 部刚性混 凝土与 基 岩结合好 ， 刚塑组 合式抗 渗性材料 能够很好 地保证 坝 体的整体 坚 固性 和防渗抗 渗性 ； 另一 方面 刚塑性混凝 土组合式 防渗墙施 工进 度快 ， 降低 了工程 造 价。有关 设计部 门通过严密细致 的分析研究和主坝加 固方案 比 较 ， 决定采用 “ 在黏土心墙坝体 内进行超深刚塑性混凝 土组合防渗墙施工” 的截渗加固处理方案。 4 刚塑性组合混凝土防渗墙施工 4 1 工程布置 工程范围为桩号 0+ 0 3 6 0+ 2 7 0 ， 防渗轴线在0+ 2 1 0 0+ 2 7 0 段 向上游 侧移动 1 0 m， 在桩号 0+ 0 7 5及 0 + 2 2 4 3点处， 与两岸原倒挂井防渗墙位置重合 ， 0+ 0 3 6 0+ 0 7 5 段 轴线 为绕 开原有 的防渗结 构进行 了相 应调整 。 4 2 技术 指标 混凝土防渗墙立 面布 置采用 封 闭式 ， 墙 底垂 直嵌 入基岩 不 小 于 1 0 m。设 计 最 大 墙 深 为 8 2 3 m， 厚 度 为 0 8 m。 防渗墙材料按照分段设 置原则 ， 自下而上 分别为 ： 高程 6 1 5 0 m 以 下 为 掺 粉 煤 灰 混 凝 土 ( 即 刚 性 混 凝 土) ， 抗压强度 R=1 0 MP a ， 抗渗等级 W8 ； 高程 6 l 5 0 m 以上为 I 级配塑性混凝土， 强度 8 3 8 5 M P a ，弹性 模 量 E 2 8 3 0 0 0 M P a， 渗 透系数 一1 X 1 0 C I I S 。墙 顶以上填筑黏土至坝顶。 4 3防渗墙施工 4 3 1 施工平台 防渗 墙 墙 顶 部 高 程 6 4 8 O m， 将 现 坝 顶 挖 低 至 6 4 9 0 m高程 ， 整平 加宽 形成 施工 平 台， 以满 足施 工平 台的要求 。 4 3 2 槽段划分及建造 在现场沿防渗墙 设计轴 线分 段挖槽 ， 在深 槽段 布 置 3个 主孔 和 2个副孔 ， 孑 L 距 6 8 m， 在坝肩段布置 了 4 个 主孔 和 3个 副孑 L ， 孔距 8 8 m。防渗墙施工 轴线 总长 2 3 4 0 4 m， 共 3 7个槽孔 。 防渗墙造孔施工最初为二序法“ 两钻一抓” 方式 钻孑 L 成槽 ， 凿孔中 I 序槽的 5 个槽孑 L 同时出现漏浆， 极 有可能出现槽孔壁坍塌， 甚至导致坝体内黏土心墙坍 塌 。施工 中及 时调整 为三序 槽孔方 案 ： 先 浇筑 I 序槽 水利建设与管理 的方法进行垫层料的压实 。 4 2 2 4生态护坡砌块铺砌 2 0 1 5 年 第 1 1期 混凝土生态护坡砌块达到 7 0 设计强度后， 即可 装运至现场进行铺砌。由 自卸汽车 自预制场运至工 地， 人工抬运至砌筑工作面。铺砌 自下而上进行 ， 先从 坡脚开始 ， 依次向上铺砌 ， 并按施 工图纸 规定进行分段 分缝。混凝土生态护坡砌块需摆放平整稳固， 拼缝紧 密， 底部垫层密实， 砌体表面平顺。生态护坡砌块铺放 位置经校正无误后 ， 方可进行勾缝 。 4 2 2 5 调整块施 工 在铺砌及混凝土护肩完成后进行护坡调整块施 工， 混凝土采用移动式搅拌机拌制， 人工挑运入仓 ， 用 平板式振捣器振捣密实， 表面由人工压平抹光， 最后按 生态护坡砌块尺寸大小压制假缝。 4 2 2 6 种植生态植物 水上部分 ： 敷土、 种草。联锁护坡砌块铺设完毕 后 ， 在孔洞 内敷土 ， 种植耐水 常青 的草 籽 ， 一个 月后 草 籽成活， 绿草茵茵， 形成一道坚固的绿色堤岸。 水下部分： 填充混凝土或种植耐淹草种。为了减 缓水流的冲刷， 碎波防浪， 减少冲刷力和水的涡流， 可 以在联锁护坡砌块的孔洞中填充 1 31 2高度的混 凝土， 增加糙度， 加强减缓流速坎的作用 ， 固防堤坝。 耐淹草种推荐石菖蒲： 属天南星科 ， 多年生常绿草 本， 喜阴湿环境， 宜生于山涧、 溪流旁阴湿之地 ， 不择土 壤 ， 以沙为好 。 4 3 应用效果评价 该护坡工程于 2 0 1 4年春建设完成 ， 从 实际效果 看 岸 坡稳定 ， 生态 护坡 表面整 齐 、 规则 ， 护坡砌 块存 在 大 量空隙， 景观植物从护坡空隙中长出， 伸出砌体， 河道 两岸郁郁葱葱， 有效弱化了河岸混凝土僵硬的景观， 整 体景观效果好。同时， 由于植物对水体的净化能力 ， 基 本改变了培前河河道黑臭面貌 ， 使之成为水清、 岸绿、 整洁、 有景的具有综合功能的河道 ， 得到了一致好评。 5结语与展望 人与自然和谐共处， 工程建设与生态保护相结合， 应该成为现代水利的基本目标之一。通过分析生态护 坡的机理 、 主要功能以及 在中小河流治理 中的应 用 ， 得 出以下结 论 ： 生态护坡具 有 良好 的经济 效益 、 环境效 益 和社会效益， 生态护坡可实现安全护砌与生态保护的 结合， 解决护砌材料劣化人类生存环境的问题， 是对传 统护砌 工程材料 与技术 的重大 变革 ， 可 在 中小河 流综 合整治工程 中加以推广应用 。 参考文献 1 宋向宁， 陈曙光 联锁式生态护坡砌块在水利工程中的推 广应用 J 湖南水利水电 ， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 2 0 2 1 2 仝道斌， 宋力 ， 薛松 铰接式生态护坡块在水环境护岸工程 中的应用 J 人民黄河， 2 0 1 2 ( 2 ) ： 1 2 1 6 3 张雄兵 z Z L s 一绿色生态护坡材料的成形机理及应用研究 ( 硕士学位论文) D 武汉 ： 武汉理工大学 ， 2 0 0 4 暑 已 墨 芒 毫 曼 ! ! E S 曼 ! 曼 曼 ， ! 曼 ! E 芒 芒 ! ! 蔓 芒 E ! ( 上接第 l 9页)目前 ， 大坝运行正常， 水库最高蓄水位 经济效益。水库除险加固前 ， 下游的 1 2座小电站仅有 已达6 4 2 O m， 创造了较高的社会效益 ， 为当地经济和 两座能勉强维持运行， 年发电量仅不到 3 5 0万 k W h ； 社会的发展做出了较大贡献。 水库除险加固后， 下游的 1 2座小型水电站基本全部正 a 扩大了水库的蓄水面积( 达 5 0 0 0余亩) ， 有效 常运行， 年发 电量在 1 1 4 0 4 8万 1 7 1 0 7 2万 k W h 地发展了养殖业。 之间， 效益提高到 3 2 5 一 4 8 8 。 b 增加 了水 库 电站 的发 电效益 。窄 口电站 装 机d 增加 了上 、 下游灌溉面积近 3 0万亩 。 容量 31 6 0 0 k W， 3台机组在水库除险加 固前只能运 e 供水能力增加了 2倍之多， 在很大程度上缓解 行一台且最多只能带4 7 负荷， 即7 5 0 k W， 占总装机 了上、 下游的人畜用水难问题和开曼铝业( 三门峡) 有 容量的 1 6 ； 加固后能正常运行两台机组各带 9 O 负 限公司热电厂的用水难题。 荷， 即 2 8 8 0 k W，占总装机容量的 6 0 ， 发电效益提高 较好地发展了当地的旅游业。上游的“ 龙湖风 近4倍。 景区” 游人如织 ， 中游的主干渠及其渡槽 、 隧洞、 倒虹 c 大幅度地提高了水库下游 1 2座小型水电站的 吸风景如画， 整个景区年游客接待量( 下转第 l 6页) 1 2