塑性混凝土防渗墙在土坝防渗加固中的有效运用分析.pdf

理 论研 究 水利技术监督 2 0 1 5年第 6期 D OI ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 8 1 3 0 5 2 0 1 5 0 6 0 2 4 塑性混凝 土防渗墙在 土坝 防渗加 固中的有效运用分析 崔 丽娜 ( 山西朔州 市水 务局 ，山西 朔州 0 3 6 0 0 2 ) 摘要 ：塑性混凝土 防渗墙在 水利 工程 中的使 用非常普遍 ，文章结合 目前塑性混凝土 防渗墙 的特 点和 土坝易渗漏 的 原 因，对其在 中型 土坝 中的施 工工艺进行 分析 和探 讨。 关键 词 ：塑性混凝土 ；防渗墙 ；土坝 防渗加 固 中图分类号 ：T V 5 4 3 8 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 8 1 3 0 5 ( 2 0 1 5 ) 0 6 0 0 6 3 0 3 经 过多 年 的实践 证 实 ，塑 性混 凝 土 防渗 墙作 为 一 种防渗结构 ，具有既经济又安全 的特性。因为在 塑性混凝土防渗墙施工中，由膨润土和粘土取代 了 其他防渗墙体中的普通混凝土 ，保证工程质量的同 时有效地降低了成本 ，所以在水库土坝中的运用较 为广泛。在施工过程中，结合塑性混凝土的优越性 能 ，利用先进 的工艺和技术 ，可以使防渗墙起到很 好的防渗加固作用 。 1 塑性混凝土 防渗墙 的特点 塑性混凝土防渗墙就是利用造槽机械设备生产 防渗工程中所需要的槽 ，在槽孔的中心实施混凝土 浇筑形成的防渗墙。它克服了刚性防水墙的部分缺 点 ，相对于普 通混凝土 防渗墙及其他 防渗墙来 说 ，有着 十分 明显 的特 点和 优点 。 ( 1 ) 墙体 极限应 变性能的加大 ( 大约是普通 混 凝土的 2 4倍) 可以减小正常荷载或者地震荷载中 的应力 ，防渗墙 的安全性能得到很大的提高。 ( 2 ) 塑性混凝土与普通混凝土相比，稳定性更高、 极 限应变更大 、抗渗性能更佳 ，方便工程 的施工。 ( 3 ) 塑性混凝土的弹性模量和土体本身相差不 大 ，能够适应土体的变形。( 4 ) 塑性混凝土 的耐久 性好 。其渗透系数在 1 0 一1 0 。 e m s ，破坏坡 降 能够 达 到 5 0 0 ，防渗 性能 十分 优越 。 ( 5 ) 塑 性 混 凝 土 在 实 际 运 用 中 水 泥 的 消 耗 量 少 ，能够很大程度地节约经济成本。 2土坝容 易渗 漏的原因 2 1 坝体原因 ( 1 ) 前期填筑时没有对坝体实施碾压或者没有 压 紧 ，土体 出现疏 松 ，致使 坝体 部分 土 区 的坡 降下 降 ，水量过剩导致坝体被侵蚀状况。 ( 2 ) 坝体受到老鼠等生物在其中筑巢 、打洞 的 侵害 ，致使坝体内部 出现集中渗流 ，部分坝体成为 渗流 区域 。 ( 3 ) 坝体土样过于或者容重低 ，坝体填筑土 的 渗透 系数过 高 ，不满 足相 关规 范 和要求 。 ( 4 ) 土坝设计及对洪水进行校核时 ，渗流量过 大 ，浸润线下游的逸出点偏高 ，安全系数变低 ，不 能 满足 相关 规范 的要 求 ，容易 发生 渗漏 。 2 2防渗措 施不 完善 ( 1 ) 坝基 位置 可 能存 在 天然 的断 层 破 碎带 ，或 者基岩节理裂隙呈现发育 ，但是没有进行灌浆和加 固处理 ，坝体与坝基之间的防渗体系不完整 ，使漏 水 通道 容易 被破 坏 。 ( 2 ) 大多数 的土坝坝基会存在天然覆盖层 ，本 身的透水性较强 ，没有对其进行防渗处理或者防渗 措施不完善。渗流水体经过透水层 ，再从下游坝脚 以及坝脚的薄弱位置逸 出，造成安全系数下降，甚 至出现坝体沼泽化 、流土的危 险状况。 ( 3 ) 穿坝涵 管连接坝体的地方 没有实施止水 ， 施工 回填土以及夯实处理较差 ，水 由裂隙沿着管壁 的薄弱位置渗漏 ，出现渗水通道。 3 塑性混凝土 防渗墙 的设计 大坝加 固防渗处理方案 ：坝体使用塑性混凝土 的防渗墙结构 ，坝基使用帷幕灌浆 的方式。帷幕灌 浆的深度需要深入到坝基岩体 5 L u线 以下。在河床 作者简介 ：崔丽娜( 1 9 8 2年一 ) ，女 ，工程 师。 6 3 2 0 1 5年第 6期 水利技术监督 理 论研 究 段使用悬挂式帷幕处理 ，深度采用最大坝高。帷幕 灌浆设置先导孔用于对灌浆的设计参数进行优化调 整 ，分三序孔进行灌浆 ，按照孑 L 距 由疏到密的顺序 进行 。 3 1 防渗墙的布置 在 中型土坝 的加 固除 险施工 中 ，根 据土 坝运 行 的实际施工工序和所处的环境 ，结合 防渗墙的施工 平台布置。其轴线一般布置在坝顶范围之内，且与 坝轴线平行。墙顶的高度必须保证不能低于校核的 洪水位置 ，高于设计洪水位0 3 0 6 m以上。防渗 墙墙底穿过坝基风化覆盖层 ，紧贴基岩界面，防止 漏水 和渗 流 的发生 。 3 2 墙顶 施工 平台 的布置 凿孔是土坝加固除险工程 中的必要工序 ，在防 渗墙的布置中，一般使用钻机实施这道工序 。由 于在中型土坝的建设中，所需槽孔的宽度较长 ，且 施工机械设备为大型设备 ，所 以为满足设备安放和 通行的施工需求 ，墙 顶需要设置上下 游的施工平 台 。施 工平 台的交 通组 织施 工 中设 备 机 械较 大 ，要 满足如冲击机、相关吊机等机械的通行 ，上下游平 台设置时应 大于 7 0 m，以满足挖掘设备和运输车 辆 的通 行 。平 台顶 面需 要设 置厚 度约 0 20 3 m 的 泥结砂砾承重层 ，以保护平台下的坝体 以及满足通 车需要。在上部坝体实施填筑之前 ，必须对该承重 层 予 以清除 。 3 3 确定 墙体 厚度 根据抗渗性和耐久性的需求不同，计算墙体厚 度有不同的方式。 ( 1 ) 抗 渗 性 。 塑 性 混 凝 土 的 抗 渗 性 能 在 n 1 0 n1 0 c m s 之 间发 生 变 化 ，其 中少数 昆凝 土抗渗性能达到 1 0 c m s 。在实际水利水 电工程 中，承压水头低 于 7 0 m时 ，渗漏 系数控制 在 n x 1 0 n x 1 0 。c m s之 间 ， 当 承 压 水 头 高 于 7 0 m 时，渗漏系数在 n1 0c m s 。 ( 2 ) 耐久 性 。防 渗墙 在 压 力 的不 断作 用 下 ，耐 久 性 的程度 取 决 于物 理 侵 蚀 和化 学 溶 蚀 的 程 度 。 其 中物理侵蚀主要是指机械力的侵蚀 。因为水力坡 降对侵蚀破坏的程度有重大影响，所 以防渗墙的厚 度计算需要根据水利坡降的水力梯度进行计算。防 渗墙的厚度计算公式 ： B=H J ( 1 ) J p=J M A x K ( 2 ) 式( 1 ) 、( 2 ) 中， 为 防渗墙允许 的水利梯度 ；H 6 4 为防渗墙承受最大水头 ；J 为防渗墙被破坏时水 利梯度最大值 ；K为安全系数 ，K= 5 。 由于塑性 混凝土 防渗墙 中水泥 的用 量相对较 少 ，导致 了极限水力梯度值变低。依据多年 的实际 经验和相关数据，塑性混凝土防渗墙的水力梯度建 议以 5 O 6 0的值为参考 。综合计算过后 ，由这 两种性能计算 出来的墙体厚度是最小的 ，是在土坝 加 固施 工 中的初选 厚度 。 ( 3 ) 防渗墙结构计算 。在根据水力梯度计算墙 厚之后 ，对于高度较大的坝体，需要再次根据应力 应变结构进行 计算，检验 防渗墙是 否满足相关 要 求。这是因为坝体越高，所承受的压力就越大，不 计算便无法明确得知其所承受的压力。对 由抗渗性 和耐久性计算得出的初选厚度数据进行结构计算 ， 核算墙体的压力 、拉应力和剪应力等结果 。如果其 应变值未超过允许值 ，则初选厚度是可行 的，如果 超过了允许值 ，需要继续加大墙体厚度数据进行计 算 ，以满足允许值 。 3 4槽段 划分布 置 混凝土 防渗墙是 由一定数量 的段板墙套 接的 ， 所以墙段以及套接 的接缝越 少 ，墙体 的防渗性能 随之越高 。槽孔段的长度划分首先要保证 造孔及 坝体的安全性 ，其次要满 足挖掘机等设备进 行凿 孔施工 的相关要求 、混凝土搅拌设备 的施 工条件 及保证相关设备 的可通行 。塑性混凝 土防渗墙槽 孔段的长度控制在相关 范围之 内，一次成槽 的宽 度是 3 m，布置时以 2序槽孔划分相隔布置 ，如 图 1所示 。 序 槽 r 卜 - ； i i 巾 序 槽 T 吾 _ _ f+ 1 序 槽 图 1槽 段 划 分 布 置 图 3 5 坝底基岩帷幕灌浆管布置 目前 ，我国有一部分 水库土坝 坝底都没有 实 行 过 帷幕 灌 浆 防渗 处 理 。 为 了 避 免 对 混 凝 土 防 渗墙结构 的破坏 ，需要在防渗墙中间埋设灌浆管 ， 管道可 以采用 内径 为 1 3 0 mm的塑 料管 道 或者 钢 管 。当采用塑料管道 时 ，为保证定位 准确和埋 管 的垂直 度 ，在其 内部 在 套上 外径 为 1 1 0 ram 的钢 管 ，后 期需 要 拔 除 ，钻 孔 机 的 破 坏 性 较 大 ，注 意 避免使用。灌浆 管埋设 在防渗墙 的中心线上 ，孔 之间的距离 与灌浆设计孔距离相 同。墙体厚 度 理 论研 究 水利技术监督 2 0 1 5年第 6期 0 8 m时 ，不超 过 3 0 m高 的防 渗墙 ，可 以采用 先 埋 钢 管 的 方 式 ，在 混 凝 土 凝 结 后 拔 出 ， 以节 约 钢 管的使用量。 4塑性混凝土防渗墙 的施工工艺 施工程序 ：施工准备 、测量放样 、对施工平 台 和 导墙 施工 、成 槽施 工 、清孔 、预埋 管下 放 、浇筑 导 管 、塑性 混凝 土浇 筑 。这里 对关 键 程序 和 工 艺进 行 说 明 。 4 1 施 工 平 台的施 工工 艺 防渗墙墙顶平台应该保证坚 固、平整的特性 ， 以满足相关运输车辆和设备的通行 。施工平 台需要 满足排水、排污的顺畅 ，其高度应该高出地下水位 1 5 m 以 上 。 4 2成 槽施 工 的工 艺 槽孔施工时需要按照先 1序槽孔 、再 2序槽孔 施工的顺序 进行 。主要 成槽方 式有 钻抓法 、抓取 法 、钻劈法等。其中抓取法是较新 的成槽工艺 ，功 效高。但是仅适应于细颗粒地层的施工 ，且成槽 的 精度不高。槽孔长度一般为 7 m，槽孔线在 防渗墙 的轴线上 ，保持壁面的垂直 ，孔斜率 4 0 。 4 3塑性混凝土的浇筑 塑性混凝土中水泥掺和料与水组合成混凝土的 基本浆材 ，是塑性混凝土的重要成分 。掺 和过多的 粘土和膨润土会导 致强度低 ，防渗墙 的抗 渗性变 弱 ，所 以塑性混凝土需要严格 的配合 比。水泥的使 用量一般在 8 01 7 0 k g m ，最少不能低于 8 0 k g的 量，胶凝材料 的总量不少 于 2 4 0 k g m ，膨润 土不 少 于 4 0 k g m 。 同时 ，以 满 足 材 料 的 流 动 性 为 准 ， 避免出现用水过多的情况。塑性混凝土的配合 比例 具体应按照当地的砂石骨料以及水泥 品种的不 同进 行 室 内配 比实 验 。 混凝 土浇 筑之 前 ，必须 确定 好 浇筑 方 案 。包 括 绘制槽孔的纵深剖面图、设定浇筑所需的方量和高 程 、布置导管等浇筑机具与埋设件 、确定 浇筑 的方 式 、顺序以及相关技术保障措施 。对于泥浆下 的混 凝土浇筑应该采用 内径 2 0 0 2 5 0 ra m长的导管，实 施直升导管法 ，确认导管 的连接牢 固、完全密封， 避免出现导管堵塞及其他质量事故 。 混凝土浇筑过程 中需要满 足相关 条件 ，首先 是导管深度在 1 06 O m之间 ；其次 混凝土面均 匀上升 ，高差 不大于 5 0 0 ram，速度不小 于 2 m h ； 另 外 浇 筑 中每 0 5 h需 要 对 槽 孔 内 的 混 凝 土 面 深 度 进 行 测 量 ，每 2 h对 导 管 内 的 混 凝 土 面 深 度 进 行一次 测 量。要 注 意保 证 混 凝 土 的质 量 ，质 量 不 过 关 的 不 得 浇 筑 ， 防 止 混 凝 土 压 人 空 气 进 入 导 管 。 5 塑性混凝土 防渗墙 的有效性 工程中经过先后 3次的培厚加固，对坝体和坝 基进行充填灌浆加 固的处理 ，坝基稳 固和防渗性能 得到 了很 好 的保 障 。在 防渗 墙施 工 的 同时 ，对 下游 河道的护岸进行加 固以及抗排处理 ，可以明显地发 现来水量变少 ，在防渗墙落成之后 ，基坑 的来水量 达到最低值。这表明塑性混凝土防渗墙的加 固处理 到位 ，防渗效果明显加强。 6 结 语 塑性混凝土防渗墙是一种柔性墙体 ，相对于刚 性墙体以及其他墙体结构来说 ，具有 防渗性能好 、 经济可靠 的优点。塑性混凝土防渗墙的施工，必须 根据 当地 环境 、土质等 特点 优化 方 案 ，采用 先 进可 靠的施工技术和工艺 ，建立连续的 、完整的防渗体 系 ，最大限度地保障坝体的质量安全，实现塑性混 凝土防渗墙的有效运用 。 参 考文 献 1 袁荣库塑性混凝土 防渗墙在吉林 市丰满区二道水库 除险加 固 工程 中应用 J 科技创新导报 ， 2 0 1 2 ( 3 3 ) 2 黄荣峰 ，周江沭塑性混凝土防渗墙 在土坝 防渗加 固中的应用 与探索 J 城市建筑 ， 2 0 1 2 ( 1 7 ) 3 岳景哲塑性 混凝 土防 渗墙在 土坝 防渗 加 固中 的应 用与 探索 J 中国西部科技 ， 2 0 1 0 ， 2 2 ( 0 9 ) 4 陈锦秋塑性混凝 土防渗墙在水库土坝防渗加 固中的应用 J 城市建设理论研究 ( 电子版 ) ， 2 0 1 3 ( 1 1 ) 5 宋宪武 ，叶青 ， 宋振 刚大河水库 除险加 固工 程中土 坝防渗设 计与施工 J 水利规划与设计 ， 2 0 1 0 ( 0 2 ) ( 上接 第 3 5页 ) 5 刘伟 忠加快天津市农村水利建设 的对策建议 J 水利发展研 究 ，2 0 0 5 ( 1 1 ) 6王秉玉杨明水利 渠道工程 的 渗漏及处 理 J 水 利技 术监 督 ， 2 0 1 2 ( 0 8 ) 7 邓燕 水利工程渠道防渗措施分析 J 水利规划与设计， 2 0 1 3 ( 1 0 ) 6 5