低弹模混凝土防渗墙在水库大坝防渗中的应用和施工要点.pdf

一水利建设与管理 2 0 1 2 年 第 9 期 低弹模混凝土防渗墙在水库大坝 防渗中的应用和施工要点 任 宇祥 ( 福建省水利管理 中心 福州3 5 0 0 0 1 ) 【 摘要】 本文针对长乐市三溪水库大坝除险加固工程， 总结了低弹模混凝土防渗墙施S - 应掌握的要点， 对低弹 模混凝土防渗墙施工过程中的一些影响防渗墙质量的问题提出了处理办法， 以供相似工程参考。 【 关键词】 土坝 除险加固 低弹模混凝土防渗墙 三溪水库 1 水 库概 况 三溪水库位 于长乐市 江 田镇 三溪村 ， 水库 坝址 以 上集雨面积 4 0 0 0 k in ， 主河道长度 1 1 7 0 k m， 河道 比降 2 2 c 。水库工程 于 1 9 5 8年 4月 动工 兴建 ， 1 9 5 9年 1 0 月竣 工 ， 1 9 7 91 9 8 1年 完成 保坝 加 固， 是 一 座 以灌 溉 为主 ， 结合 防洪 、 发 电、 供水等功能的重要 中型水库 。 三溪水库枢纽 工程 由主坝 、 副坝 、 正 常溢洪 道 、 非 常溢洪道 、 输 水涵洞 等建筑物 组成 。水库 主坝是 黏土 心墙 土 石t 昆 合 坝 ， 最 大坝 高 3 4 0 0 m， 坝顶 长度 2 2 0 m， 坝顶宽度 8 6 0 m。副 坝为黏 土心墙 多种 土质 坝 ， 最大 坝高 2 4 0 0 m， 坝顶 长度 1 5 0 m， 坝顶 宽度 5 1 0 m。溢洪 道 由正常 、 非 常溢洪 道 组成 ， 正 常溢 洪道 位 于主 坝左 岸 ， 堰 型为宽顶 堰 ， 溢 洪 道 闸室段 安装 两 扇 弧形 钢 闸 门 ， 宽 高 =1 0 m5 5 m， 闸室净宽 2 0 m， 洪 水经 泄洪 陡坡段后汇入下游河道 ； 非常溢洪道位 于主坝左岸 ， 型 式 为宽顶堰 自溃式 ， 宽 1 6 0 0 m， 非 常溢 洪道 泄洪后 汇 入正常溢洪道泄洪 陡槽段 内。输水涵洞为坝下右侧埋 管式输水涵洞 ， 1 9 8 2年输水 涵洞 套直径 1 0 m 的有压 圆形钢管。 经过 4 0多年的运行 ， 水库主 、 副坝存 在渗漏 、 黏土 心墙 渗透 系数不满足 规范要求 ， 坝体防渗性 能差等安 全 隐患 ， 2 0 0 8年 3月 2 5 日， 福建 省水利厅 组织 专家对 三溪水库大坝进行安全鉴定 ， 评定水库 大坝为三类坝 ， 需对 主 、 副坝进行防渗加 固处理。 2 低弹模混凝土防渗墙设计 根据 三溪水库 地质勘察 资料显 示 ， 现有 主 坝的黏 土中 ， 碎砾石及砂含 量多达 4 5 。根 据注水试 验成果 1 6 表 明： 主坝心墙黏 土渗透 系数 为 5 9 41 0 6 0 4 1 0 e m s ， 介 于 中等 强 透 水性 之 问。从 Z K 4Z K 5 揭示代替料区平均 渗透 系数 K =4 4 61 0e m s ， 也 属 中等透水 ， 因此坝 体填 土总体达 中等透 水性 。副 坝 心墙黏土渗透系 数 为 5 0 51 07 7 8l 0e m s ， 介于 中等 强透水性之 间。主副坝黏土心墙垂直方 向 平均的渗透 系数为 2 0 51 0e m s ， 水平 方 向平均 的 渗透系数为 2 2 41 0 e m s 。根据 碾 压土 石坝设 计 规范 ( s L 2 7 4 _2 0 0 1 ) 4 1 5规定 ， 心墙 土料 的渗透 系 数应不大于 11 0e m s ， 因此 不能 满 足现 行规 范 要 求 ， 说明坝体防渗性能差 ， 坝体存在渗漏。 主坝坝基未采取 防渗措施 。根据地 质勘 察报 告 ： 左岸坡 坝基位于强 风化花 岗岩上 ， 河床及 右岸坡坝 基 位于弱风化 花 岗岩 顶板 上。强 风化 层下 部 为弱 风 化 岩 ， 透水 率多数 在 51 0 L u ， 仅有 个别 点 大于规 范 值 ， 整体属弱透水层 ， 基本满足防渗要求 。 副坝建基 面表层 为强风 化花 岗岩 ， 渗透 系数 K= 2 4 81 0e m s ， 属 于 中等透水 层 ， 为主 要渗 漏地 段 。 强风化层 下部 为弱风化岩 ， 透水率在 2 3 03 5 0 L u， 属 弱透水层 ， 满足 防渗要求 。右岸坝肩 由于不均匀 风化 ， 覆盖层较 厚 ， 残积砂质黏土 中夹球形风化 的强风化 岩 ， 厚达 2 1 2 m， 强 风化 花 岗岩厚度 达 9 4 m， 以下 为弱 风 化花岗岩。 经多方案设计 比较 ， 并综 合分 析施 工质量 和 防渗 效果等 ， 主 、 副坝体 防渗采用薄型液压抓斗低 弹模 混凝 土防渗墙防渗方 案。采用低弹模混凝土在水库 土坝 中 造一道封闭的防渗墙 ， 切断坝体 的渗漏通道 ， 是一项 较 任宇祥 ,ft 弹模混凝土防渗墙在水库大坝防渗中的应用和施工要点 新 的技术 。根据三 溪水库 的地质 资料和 实际情 况 ， 本 次加 固低 弹模 防渗墙 轴线 布 置在 坝 顶全 坝段 偏 上游 侧 ， 具体位置为 ： 主坝防渗墙布 置桩号为 00 1 50+2 1 5( 主 坝桩 号左坝端为 0+0 0 0) ， 左 坝段往岸坡延伸 1 5 m。防渗墙 全长 2 3 0 m， 共分 2 9个槽段 ， 槽孔长度为 8 m， 宽 0 6 0 m。 混凝土防渗墙底部深入弱风化岩 以下 0 5 m， 最 大的防 渗墙高度为 3 0 6 0 m。 副 坝 防 渗 墙 右 岸 延 伸 到 右 岸 山 体 ， 总 长 为 1 7 0 0 0 m， 共分 2 2个槽段 ， 槽孔 长度 为 8 m， 宽 0 6 0 m， 副坝最大的防渗墙高度为 2 1 7 0 m， 其 中副坝基础 为弱 风化岩的防渗墙孔深至基岩面 以下 0 5 m， 基础 为残积 砂质黏土的坝段孔深 至残积砂质黏土层 内5 m位置 。 3 低弹模混凝土防渗墙施工 三溪水库 主 、 副坝现有 坝顶 宽度不 能满足 薄型 液 压抓斗机施工平 台的要求 ， 需要降低坝顶高度 ， 挖 除坝 顶土方 ， 将 坝顶宽度 拓宽至满 足施工条件 后再进行 防 渗墙的施工。 三溪水库低弹模 混凝土 防渗墙施工主要工序为 ： a 导 向槽 施工 ： 用 GB 3 0抓 斗机进 行 挖槽 。首 先 在设计防渗墙 两 边 ， 沿 防渗 墙轴 线方 向保持 6 0 c m间 距 ， 各设 一 条宽 0 3 m、 高 9 0 c m、 长 度为 防渗墙 总 长 的 钢筋混凝土施工导墙 。 b 低弹模混凝 土槽孔施 工 ： 在 已完 成 的导墙 内逐 孔 间隔开挖 ， 防渗墙分 一 、 二期施 工 ， 每孔 槽 长 8 0 m， 开挖过程 中， 不断地在槽 中加入泥浆进行 固壁 ， 槽 孔开 挖 51 0 m深进行一次孔深及 泥浆指标检测 ， 挖至设计 深度后清孔 ， 并 进行一 次严格 的终孔检测 。 c 成槽后低 弹模混 凝土灌注 ： 水 下低 弹模混凝 土 浇筑是防渗墙施 工的关键 工序 ， 在 经过终 孔 、 清孔 、 凿 岩深度和泥浆指标等检测合格后 ， 可下设 昆凝 土导管 ， 采用直升 导管 法进 行水 下混 凝 土浇 筑 。导 管直 径 为 3 0 0 mm， 壁厚 3 mm， 每 节长 22 5 m； 导管 试验 前要 检 查是否渗漏和变形 ， 接头是否 牢靠 ， 并丈量 导管组装后 的实 际长度 ， 导管间连接要安放密封 圈 ， 并进 行水密性 试验 ； 导管依次下放 ， 并详细记 录导 管根数 、 下设顺序 、 每根长度 。低弹模混凝 土 防渗墙 主要控制 指标 为 ： 墙 厚 0 6 0 m，弹模 3 0 0 0 MP aE 2 85 0 0 0 MP a ， 抗 压强 度 R 2 8 5 M P a ； 渗透系 数 k 2 8 1 X 1 0 c m s ； 经 试验 ， 低 弹模 混 凝 土 配 合 比 如 下 ： 水 3 1 5 k g m ， 水 泥 1 5 0 2 1 8k g 1T I 。 ，优质 膨润土 8 0 k g m ， 砂 8 6 8 k g m ， 小 石子 ( 52 0 mm) 6 2 9 k g m ， 夕 加齐 0 ( B D一 9) 5 3 6 k g m 。 d 一 、 二期 槽段 连接 ： 槽 段 连接 是低 弹模 混凝 土 防渗墙施工 中的另一道关键工序 。三溪水库 防渗墙施 工分一 、 二期间隔施 工 ， 防渗 墙一 、 二 期槽段 采用接 头 管法连接 ， 在一期槽段 端部安装 直径 0 6 0 m 的套 管至 槽底 ， 后浇一期槽段混凝土 ， 待一期槽段混凝 土具有一 定强度后 ， 利用千 斤顶拔 出套管 ， 形 成接 头孔 ； 二 期槽 段施 工时 ， 利 用专用机具 清除一期槽 段混凝土 接头管 侧 面上 附着 的泥土等残 留物 ， 清孔换浆 ， 浇筑混 凝土 ， 行成连续 的混凝土 防渗墙 。 e 与原 防浪墙 连接 ： 防渗墙顶设 置 C 2 0钢筋混凝 土盖 帽 ， 与 防 浪 墙 有 效 连 接 ， 以 达 到 防渗 体 闭 合 的 目的 。 4 低弹模混凝土防渗墙施工中应注意的事项 采 用低 弹模 混凝 土 防渗施 工 技术及 控 制至关 重 要 ， 如把握不到位 ， 将造成墙 体 内部空洞 或裂 隙 ， 不能 形成封 闭的 防渗体 。因此 在低 弹模 防渗墙 施 工 过程 中 ， 除采取有力 的质量保 证措施 ， 按施工 程序施 工外 ， 还应该注意以下事项 ： 4 1 开槽垂直度 开挖过 程中应 采取措施 保证 成孔 的垂直 度 ， 垂直 偏差不超过 1 0 ， 孔 位 偏差 不超 过 1 0 m m， 按施 工要 求的施工参 数进行施 工 ， 认真记 录成孔过程 中 的各种 参数 ， 适 时调整挖进速度 ， 确保开挖质量。 4 2 泥浆制作 泥浆制作用制浆机在泥浆池制作 ， 制作流程 为 ： 新 制泥浆 泥浆池槽孔 泥浆分离净 化泥 浆池。泥浆制作配合 比如下 ： 水： 膨润土： 纯碱： 基纤维 素 =1 0 0 0 ： 6 08 0 ： 2 54 0 ： 00 6 ( 重量 比) ； 优质泥 浆性 能指标 如下 ： 相 对密度 1 0 31 1 ， 黏度 1 82 2 s ， 含砂 率小 于 2 ， P H值 大于 81 0， 胶体率大于 9 8 。 4 3 清孔换浆 槽孔挖 至设计 深度后 清孔要 严格进 行 ， 在 清孔换 浆结束 1 h后 ， 达 到 以下标 准 ： 孔 底 淤 积 厚 度 不 大 于 0 1 0 m， 槽 内泥浆 比重不 大于 3 0 0 k g i n ， 黏度 不大 于 3 0 s ， 含砂量不大于 1 0 。各项指标合格 后进行水 下混 凝土浇筑。在终 孔清孔 换浆超 过 4 h还 未浇筑 混凝 土 时 ， 需 重新检 N：f L 内沉淤值等指标 ， 超出范 围的需作二 次清底 ， 直到合格后才能浇筑混凝土 。 4 4导管放置及混凝土浇捣 混凝 土开浇前 ， 导管应下放至槽底 ， 并在导管 内放 1 7 水利建设与管理 2 0 1 2 年 第 9 期 置一个胶球作为导管塞 ， 以便将泥浆和混凝 土隔离 ， 并 备足混凝土。混凝土一旦开始浇筑 ， 必须连续进行 ， 不 得 中断 ， 每隔 1 0 mi n测量一次槽 内混凝 土面深度 ， 槽 内 浇筑 的混凝土方 量应与混凝 土顶 面位 置相符 ， 如不 相 符 ， 则要找出原因所在 ， 及 时处理 。 严格按试验配 比进 行混凝 土 的拌 和 ， 不符合 质 量 要求 的混凝土严 禁浇人导 管 内， 并应 防止 入管 的混凝 土将 空气压入导 管 内； 槽 口设 置盖板避免 混凝土洒 落 槽 内 ； 混凝土上升速度 2 n Ch以上 ； 事故 中断处理应 快 速 ， 不应超过相应混凝土初凝 时间； 混凝土置换 出的泥 浆应通过泥浆排污沟排到其他正在施工 的槽段或 沉淀 池 中 ， 以防止泥浆溢出污染环境 。 4 5一 、 二期槽段接头清理 一 、二期槽段混凝 土接头清理非常关键 ， 如清 理不 干净 ， 则会形成混凝土分缝 和孑 L 隙， 使混凝土 防渗墙 不 能闭合 ， 影 响防渗效果 。要利 用专用 机具反 复清 除一 期槽 段混凝 土接头管侧 面上附着 的泥土等残 留物 ， 清 孑 L 换浆 ， 浇筑混凝土 ， 形成连续的混凝土 防渗墙 。 4 6弱风化岩坝段孔底嵌槽开挖 本次加 固大坝坝 基为弱 风化花 岗岩 的 ， 混凝 土防 渗墙底部要深 入弱 风化花 岗岩下 0 5 m。此孑 L 底嵌 槽 开挖 在施工 中难度非常 大 ， 需用凿岩 机反复开凿 才能 形成 ， 嵌槽能使混凝土防渗墙插 入弱 风化岩 中 ， 形 成有 效 的 、 密闭的防渗体 ， 还 能使少量 的孔底沉 淀物 ( 不超 过 1 0 c m厚 ) 沉入嵌槽底部 ， 避免形成混凝 土与弱 风化 岩 之间 的夹层 ， 这对低 弹模混凝土 防渗墙 的质 量来说 是 至关重要 的。 5 施工中的事故处理 5 1 堵管事故 在灌 注混凝土过程 中， 由于混凝 土配合 比不 当， 其 流动性 过小 ， 严 重离析 ， 骨料超径 ； 浇筑混 凝土方 法不 当 ， 浇筑时间过 慢或 中断时 间过长 ； 导管 内径 过小 ， 或 同一根导 管采用 了不 同内径的导管等原因造成浇筑导 管堵塞 。 处理措施 ： 分析堵 管原 因和部 位 ， 查 对记 录 ， 确认 管底位 置和埋深 ， 采取措施避免其他导管 同时堵管 ； 上 下 反复抖 动导管 ， 抖动无效时 ， 在导管埋深许可 的范 围 内提升导管 ， 以增加导 管内的压力 ； 在堵管部位不深 时 下钻杆捅 ， 较深时可用压缩空气顶推管 内混凝 土 ； 若 以 上所有措施均无效时 ， 则抓 紧时间起 出导管重新下 管 ， 重新开浇时 ， 管底应插入混凝土面 以下 0 51 0 m。 1 8 5 2导管破裂事故 在灌注混凝土过程 中， 由于孔深较 大 ， 管 内压力较 大 ； 导管强度不足 或制作质 量不好 ； 各导 管下料 不均 ， 造成导管严重倾斜时会发生导管破裂事 故。导管破裂 的位置一般 发生 在底 部 的一 、 二 节导 管 ， 不 易 及 时发 现 ， 往往会造成整槽混凝 土混浆全部报废 的严重后果 。 处理措施 ： 开浇混凝 土前应仔细检查 ， 排 除质量不 好 的导管 ； 开浇 阶段 拆卸导 管时 ， 严 密监视 管 内情 况 ， 发现 功能混凝土面过低 、 漏浆等异常情 况时 ， 应立 即下 放 导管增加埋 深 ， 并在 以后 的浇筑 中继续保持 较大 的 埋深 ， 防止泥浆进 入导管 ； 若 导管破 裂位置 较 高 ， 则应 起 出破裂导管 ， 更换后重新下管 。 5 3导管脱出事故 在灌注混凝土过程中 ， 由于导管 的埋 深误 判 ， 托卒 浇筑 ； 拆卸导管记录错误 ， 造成拆管时将导管 提 出混凝 土面 ； 混凝土 面测量错误等会造成导管脱 出事故 。 处理措施 ： 当发现导管 内混凝土面过低 ， 或有泥浆 进入管内时， 应立 即下放 导管 ， 增 加管底 插入 深度 ， 直 至管内恢复正常 ； 如果导管拔出导管混 凝土面 ， 发现及 时 ， 除管 内进入泥浆外 ， 无其他已浇筑混凝 土严重混浆 的迹 象 ， 可在下放导管的同时用小抽筒 抽 出管 内泥浆 ， 然后继续浇筑 ； 如果长时间处于脱管状态浇筑 ， 经查 ， 槽 内混 凝土已发生大范 围严重 昆浆 ， 则应立 即停止浇筑 ， 尽快清除全部已浇筑的混凝土， 重新清孔 ， 重新 浇筑。 6结语 三溪水 库低 弹模混凝 土 防渗 墙施 工从 2 0 0 9年 1 O 月开工至 2 0 1 0年 8月完 工 ， 总 工期 l 0个月 。经福 建 省水 利水 电勘测设计研究院试验 中心现场钻孔取样试 验 ， 其检测 结 果 为 弹模 3 2 8 0 MP aE 2 83 9 0 0 MP a ， 抗 压强度 R 2 85 15 6 MP a ， 渗 透 系 数 k 2 85 3 9 1 09 3 51 0一c m s ； 满足 设计 指标 的要 求 。经 过 一 年多 的现场观测 ， 没有发现 大坝存在 明显 的渗 漏等 现象 ， 防渗加 固取得预期效果 。实践表 明， 采用低 弹模 混凝土 防渗墙进行 土坝 防渗加 固是可 行的 ， 其工 程技 术成熟 、 施 工质量可靠 、 施工方法可操作 、 检测方 便 ， 具 有 防渗效果好 、 使用 寿命长等优点 ， 可在土坝 防渗加 固 中进行推广应用。 参考 文献 福建省宏禹水利水电咨询设计院 长乐市三溪水库除险加 固工 程初步设计报告 R