塑性混凝土防渗墙在病险水库坝基防渗处理中的设计应用.pdf

第 4 6卷第 1期 2 01 O年 1月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 Ga ns u W a t e r Co ns e r v a nc y an d Hy dr o p o we r Te c h n o l o g y Vo 1 4 6 No 1 J a n ， 2 0 1 0 设计与研究 塑性混凝土防渗墙在病险水库坝基防渗处理中的设计应用 周永军， 李慧芳 ， 付杨 ， 宋 鑫 ( 新疆生产建设兵团勘测规划设计研究院， 新疆 乌鲁木齐8 3 2 0 0 0 ) 摘要： 塑性混凝土防渗墙具有防渗性好、 适应性强等优点被广泛应用到各类病险水库的加固工程中。结合福海水库 实践介绍 了塑性混凝土防渗墙在水库 大坝 除险加 固工程 中的设计应用。 关键词 ： 除险加 固； 坝基 防渗 ； 塑性混凝土防渗墙 ； 施工工艺 ： 福海水库 中图分类号 ： T V 5 4 3 8 2 文献标识码 ： B 1 工程概况 福海水库位于新疆北部福海县境内， 建于 1 9 7 4年， 1 9 7 8 年正式投入运行， 该水库是一座以灌溉为主兼有水产养殖和 城镇供水任务的大( 2 ) 型引水注入式平原水库， 水库设计库 容 2 0 亿 n l ， 正常蓄水位为 5 7 6 0 0 m， 控制下游灌溉 面积 3 3 万亩。 水库大坝为均质 土坝 ， 主副坝全长 1 2 6 6 m， 其 中主坝 长 3 6 6 m， 副坝长 9 0 0 m， 主副坝坝顶宽 8 m。水库坝基地层 上部为泥岩 ， 夹粗砂及细砂层 ， 上部属强风化层 ， 厚 1 8 m， 大部分为 2 4 m； 下部为钙质粗砂岩 、 石英砂岩等。 水库始建 时未进行坝基 防渗处理 ， 坝基渗漏严重 ， 水库常期低水 位运 行 ， 不能够正常发挥效益， 被列为三类病险水库 ， 需对其坝基 进行 防渗处理。 本工程采用塑性混凝土防渗墙 对坝基进行 防 渗处理 。 2 塑性混凝土防渗墙设计 2 1 防渗墙轴线布置 根据坝基风化层范围确定坝基防渗长度为大坝桩号 0 4 5 0 0 + 3 0 0 段 ， 全长 7 5 0 m。为不影响坝体工程施工及 工 程进度 ， 防渗墙轴线设在坝坡阻滑墙上游 6 m处 ， 基本平行 坝轴线布置，防渗墙施工选择水库低水位期将水库水放至 5 7 2 8 0 m， 低于设计防渗墙顶高程 2 0 I n ； 从库盘地形图上可 看出， 水库上游坝坡脚土缓坡平缓基本在 5 7 4 0 0 m以上 ， 可 满足防渗墙施工所需的场地条件， 不存在凹坑积水现象。 2 2 防渗墙设计技术要求 防渗墙厚度按下式计算： T = H J 式 中： 日设计水头 ， 取 1 5 I n ； 卜 一 防渗墙允许 比降 ， 取 8 0 。 经计算并考虑施工机械最小宽度取为 3 0 e m。 墙 顶高程 5 7 4 8 0 m， 墙底随基岩变化而变化 ， 防渗墙嵌入基岩 1 m， 混 凝土防渗墙深度在 3 0 1 0 8 I ll 。 本次设计塑性混凝土防渗墙物理力学指标为 ： 渗透系数 K5 1 0 ， 混凝土强度等级为 c 5 ， 抗渗强度等级为 W6 ， 混 凝土的强度 3 MP a R 5 M P a ， 允许渗透比降 ， 8 O 。 2 3 塑性混凝土配合比及抗渗试验 在 塑性 混凝土 防渗墙施 工前 ， 应 进行配合 比试 验 ， 本工 程每方塑性混凝土配合 比如下 ： 水泥 3 2 0 k g ， 膨 润土 4 0 k g ， 黏 土 8 O k g ， 砂子 5 9 2 k g ， 小 石 8 5 6 k g ， 水 3 0 5 k g ， 外 加 剂 D L F D A 一 1 2 2 0 k g 。混凝土试块抗压强度共取 2 3组 ， 混凝土 抗压强度最大 5 8 M P a ， 最小 5 3 M P a ， 平均值 5 5 M P a ； 抗 渗混凝土试块取 9组， 压水试验为 0 6 MP a ， 试验结果符合 要求 ， 为合格混凝土。 3施工工艺流程及施 工方法 3 1 施工工艺( 图 1 ) 制备泥浆 卜 _ 贮存泥浆 回收泥浆 卜 排除钻渣 构筑导向槽及施工平台 1 造孔 H槽孔施工 叫 终孔验收 卜 叫 清 L 验收 叫 下设浇筑导管 卜 叫槽孔混凝土浇筑 塑性混凝土配合比试验 4 混凝拌和 I I 转下一槽孔 图 1塑性混凝土防渗墙施 工工艺流程 图 收稿 日期 ： 2 0 0 9 1 2 0 7 作者简介 ： 周永军( 1 9 7 4 一 ) ， 男 ， 湖北武汉人 ， 工程师 ， 学士 ， 主要从 事水利工程设 计。 3 0 防渗墙顶部混凝土浇筑H顶部凿除 第 1 期 周永军， 等 ： 塑性混凝防渗墙在病险水库坝基防渗处理中的设计应用 第 4 6卷 3 2 施工方法 ( 1 )导墙及施工及倒渣平台 导向槽主要作用是稳定孔口土体， 防止孑 L 口土体坍塌及 钻具对孔 口的碰撞破坏 。导向槽轴线与防渗墙轴线重合 ， 具 有防渗墙施工导向作用。导向槽采用“ L ” 形， 两侧对称， 孑 L 宽 O 4 5 m， 槽深 1 0 m 底宽 1 5 0 m。 混凝土强度等级为 C 2 0 ， 配 置 p l 0钢筋， 钢筋间距2 0 c m， 以确保直立、 稳固、 位置准确。 施工及倒渣平台是清孔倒渣 、 放置 钻具 ， 液压抓 斗在其 上行驶及 浇筑车辆行驶 的平台 ， 因此要求牢固 ， 承受一 定的 压力。本工程在导向槽布置7 0 m施工平台， 施工平台下铺 2 0 c m的卵石在其上浇筑 2 O咖 厚 C 1 5 混凝土 ， 向库 内放坡 3 。导向槽和施工平台布置见图 2 。 图 2 导向槽及施工平台横断面图 ( 2 )槽段划分及开挖 在保证造孔安全 ， 成墙 质量 的前提下 ， 根据坝基地 质条 件 ， 混凝土浇筑能力进行槽段划分 ， 坝基覆盖有粉砂层 ， 成槽 条件差 ， 根据 实际情况槽段划分为 7 5 0 m、 8 0 Il l ， 在主副坝 之问弯道槽段长度 为 6 0 I l l 和 4 5 m：施工间隔槽段选孑 L ， 即分两期施工 ， 每段 槽孑 L 分主 、 副孔 ， 先钻主孑 L 后抓副孑 L ， 主 、 副孔施工完 成槽 。 造孔前在导向槽上对槽 段及钻孔进行编号并标 明桩号。 采用“ 两钻一抓法 ” 施工 ， 导 向槽 内回填黏 ， 采用 x Y 一型 钻机造孔 ， 钻头直径 0 3 n l ， 钻完主孔后 ， 采 用 S M一 8 7 0液压 抓斗机抓取 副孑 L ， 将基岩表层弱风化层土体抓取置于导向槽 下游例渣平台 ， 用 白卸车将弃渣运至弃渣场 。成槽过程中监 测岩样变化情况 ， 监 根据岩样判定主 、 副孑 L 深人基岩 1 0 11 1 时即可终孔 ， 进入下段槽孔的施工。 ( 3 )泥浆 固壁 槽孔施工中采用泥浆固壁 ， 泥浆渗入槽壁土体 内形成泥 皮， 隔断泥浆与土层， 起到一定的截渗作用； 泥浆还可悬浮和 携带一定大小的钻渣 ， 可随泥浆排 出孔外 ， 并 且在钻机施 工 时冷确钻头 ， 施工得 以顺利进行。本工程制浆 黏土从 当地黏 土厂购买 ， 将黏土和水按配 比在 ： J 1 5 0 0型搅拌机充分搅拌 后放入储浆池内 ， 通过 B W一 2 5 0 型泥浆泵循 环搅拌 以使泥浆 性能指标均一 ， 不发生沉淀现象 ， 配制的泥浆性 能指标如下 ： 密度往 1 1 1 2 g c m ， 粘度在 l 9 2 4 s ， 含砂量小于 3 ， 失水 量小于 3 0 mL m i n ， 稳定性小于 0 O 1 。 在成槽孔过程中利用供浆管向槽孔内供浆， 槽壁形成的 泥皮消耗 了泥浆 巾的黏土 ， 泥浆 变稀 ， 另外钻渣和土粒 混入 泥浆， 使基密度增大， 易发生坍塌埋钻现象 ， 因此需对槽孑 L 内 的泥浆 置换 ， 为 降低泥浆耗浆量 ， 节省成本 ， 泥浆 中的钻渣及 土粒等净化处理符合 其指标要求后可重复使用。 在成槽过程 使终保持槽孑 L 内浆面低于孔 口 5 0 C l F I ， 以避免泥浆浆面变化 引起坍塌。 ( 4 )清孔换浆 终孔结速后 ， 及时对槽孔深度、 宽度、 孑 L 斜率等进行验 收 ， 合格 后进人下一道工序清孑 L 换浆 。首先将孔底的淤积物 挖 除 ， 确 保淤 积厚度小于 1 0 c m， 经过换浆 后的槽 孔内泥浆 比重小于 1 2 c m ， ， 粘度小于 3 0 s ， 含砂量小于 6 。 ( 5 )混凝土防渗墙浇筑 泥浆下浇筑混凝土采用直升导管法 ， 导管内径为 1 8 3 ra i n ， 导 管连 接采用丝扣连接 ， 本工程槽段 长度划分为 4种 ， 根据 槽段划分长度配置导管 2 3路，导管间距小于 2 0 I 1 1 、 2 5 I n 均小于规范要求 2 5 m， 距端面的距离为 1 0 I n ； 导管底部 距孔底 控制在 1 5 2 5 c m范围内。 通过导管将混凝土连续进入孑 L 底 ， 混凝土 由底部 向上均 匀上升， 把泥浆顶出槽口， 混凝土面上升速度控制大于 2 m h ， 导管埋 深控 制在 1 0 6 0 m之间 ， 随时测量混 凝土顶 面高度 及导管底部高度 ， 控制导管的提升速度， 避免提升速度过快 拔脱管 ， 混凝 土面各 处高差控制 在 0 5 n 1 ， 直 至混凝土 面浇 到设计高程。表层混凝土积有沉渣且被泥浆稀释质量较羞， 将导向槽 内表面 5 0 c m的混凝土凿除 ， 重新浇筑。 ( 6 )防渗墙接缝处 理 31 2 0 1 0年第 1 期 甘肃水利水电技术 第 4 6卷 接缝处理的好坏关系到防渗墙防渗效果， 本工程槽段间 的接缝处理采用钻凿法， 一期槽孔浇筑完毕后， 二期槽段造 孔时， 将一期槽段混凝土端头钻凿 3 0 c m， 然后浇注二期槽 孑 L 。在这里要注意相邻槽段的清孔环节， 一期及二期槽段清 孔换浆时， 应注意槽段两端面的清孔质量。 仔细清孔 ， 以确保 施工质量。 3 3 施工中注意事项 ( 1 )泥浆 的质量 泥浆在塑性混凝土防渗墙施工过程中贯穿始末， 泥浆质 量的好坏直接关系到槽孔孔壁的稳定及施工进度， 在钻孔的 施工 中钻渣进入泥浆 ， 以及槽孑 L 孔壁泥皮的形成都 会影响泥 浆 的密度 和稠度 ， 泥浆质量变差容易塌孔 ， 通过循环泵 及时 改善泥浆的质量 ， 达到规范要求其物理力学指标。 ( 2 )槽孔混凝 土成墙 槽孔 昆 凝土浇筑质量的好坏是防渗墙的关键。 在导管浇 筑混凝土前应认真检查导管的连接和密封以防在压力下漏 浆； 导管拔升时应均匀上升， 使导管内混凝土均上升 ， 避免过 快将表层泥浆内的泥砂卷入混凝 土内形成墙体渗漏 点 ； 严格 控制槽孔段 的连接施工 ，避免出现在运行期产 生集 中渗漏。 混凝土浇筑过程中不能因故停浇，停顿时间不得超过 3 O m i n ， 这就要求在浇筑前应做好各项施工准备， 混凝土浇筑摆 在首位 。 ( 3 )质量检查 在经过严格的施工过程控制后 ， 还要对 防渗墙各道工序 按照相关规范进行检查 ， 做到及时发现问题及时处理。 4结语 混凝土防渗墙具有防渗性好 ， 适应性强等优点被广泛 应 用到各 类病 险水库 的加 固工程 中。福海水 库 于 2 0 0 3年 坝基经过防渗处理后坝后原积水湿地消失 ， 防渗效果显著。 塑性混凝 土防渗墙 在本工 程坝基 防渗 处理 的应用 ， 很好 地 解决了坝基强风化层渗漏量大的问题 ， 使水库能正常发挥 效益。 参考文献 ： 1 高钟璞 大坝基础 防渗墙 M 北京 ： 中国电力出版社 ， 2 0 0 2 2 李慎平 抓斗成槽造混凝土防渗墙技术在窑里水库除险加固工 程中的应用 J 中国水利， 2 0 0 8 ， ( 2 2 ) 不 J ， ! 铞 1 苷 ! 矫 ! 矫 ! 铞 ； ( 上接 第 2 1 页) 经历 了蓄 、 放水过程， 压力增量为 1 0 k P a 。说 明设计采取 了有效措施 ，控制蓄水对土工膜不产生威胁 ， 应 用安全 。 ( 6 )围堤地基为中细砂层 ，水库蓄水过程存在排气问 题 ， 土工膜中没有设 置逆止阀 ， 铺 盖上仅有 1 0 m砂砾 石压 重 ， 为防止土工膜被顶起 ， 应控制蓄水位上升速度。 参考文献 ： 1 冯俐 ， 汤元 昌， 王 仕民 ， 等 汉江 王甫洲水 利枢纽 坝堤防渗工 程 G ， 水利部建设 与管理司 水 利工程 土工 合成 材料技 术和 应用 北京 ： 科学普及 出版社， 2 0 0 0 2冯俐 汉江王甫洲 坝堤复合 土工膜防渗 工程原 型观测 J 水 电 自动化 与大坝监测 ， 2 0 0 3 ， ( 6 ) 出 矫 ! 不 ! ： ! 矫 出 ； 带 尔 乖出 ( 上接 第 2 7页) 采用直立挡墙+ 斜坡式复式断面形式 的地段 ，下断面按 顺畅渲泄 2 0 年 一遇 ( 尸 ： 5 ) 常遇洪水控制 ， 断面形式为半重 力式 C 2 0混凝土挡墙结构， 河底 以上高度 2 0 i n ， 沿河堤方 向每 1 0 m设置一道永久变形缝 ，缝宽 2 c m，缝 内填 2 e m 厚聚乙烯闭孑 L 泡沫板 ； 上断面形式与斜坡复式断面一致。 3 3 防洪建筑物安全超高确定 根据河道堤防建筑物级别为 2级， 堤防的安全加高值 A 按不允许越浪的堤防工程考虑。 防洪建筑物的安全加高值见 表 4 。 表 4 河道堤 防的安全 加高值统计 堤防工程级别 2 安全加高值 A， m 0 8 O 4 防洪堤安全超高为防洪堤安全加高值加上设计波浪爬 高和设计风涌增水高度， 利用西宁市汛期历年最大风速平均 值的 1 5 倍和修堤后河道各控制断面的水力特性 ， 根据 堤 防工程设计规范 ( G B 5 0 2 8 6 9 8 )进行堤顶超高和波浪计 3 2 算 。公式如下 ： Y= R+e +A 式中 ： y 堤顶超高( m) ； 尺 设计波浪爬 高( m) ； e 设计风涌增水高度 ( m) ； A 安全加高值( m) 。 经计算， 堤顶安全超 高为 1 7 1 n l ； 根据规范相关 规定 ， 2 级堤防的堤顶超高值不应小于2 0 m， 计算值小于规范规定 值， 设计堤顶安全超高值取 2 0 m。 4结语 通过以上各项计算论证， 西宁市： l J l l 河河道堤防工程设 计是满足防洪要求， 合理、 稳定、 安全的。 参考文献 ： 1 G B 5 0 2 8 6 9 8 ， 堤防工程设计规 范 S 2 C J J 5 0 9 2 ， 城市防洪工程设计规范 s 3 汪建军 2 0 0 4年版水利工程建设标准强制性条文实施手册 M 北京 ： 光 明 日报 出版社， 2 0 0 4 4 G B 5 0 2 0 1 9 4 ， 防洪标准I s 5 李炜 水力计算手册 M 北京 ： 中国水利水电出版社， 2 0 0 6