薄壁抓斗混凝土防渗墙在洋后水库大坝加固中的防渗效果分析.pdf

2 0 1 5年第 3期 薄 壁 抓 斗 混 凝 土 防 渗 墙 在 洋 后 水 库 大 坝 加 固 中 的 防 渗 效 果 分 析 游 立 荣 ( 建瓯市洋后水库管理处 ，福建 建瓯3 5 3 1 0 0 ) 摘要：该文通过对洋后水库大坝薄壁抓斗混凝土防渗墙的质量检测、防渗效果理论计算及加 固 后的大坝渗流观测资料分析，评价薄壁抓斗混凝土防渗墙在洋后水库加固应用中的防渗效果。 关键词：洋后水库；薄壁抓斗混凝土防渗墙；粘土心墙土石混合坝；防渗效果 中图分类号 ： T V 6 9 8 2 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 2 3 0 1 1 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 5 3 0 3 1 水库工程概况 洋后水库位于福建省建瓯市玉山镇洋后村，是 建溪支流小桥溪 流域 的龙头水库 ，总库容 4 6 8 5万 m 。 ，是一座集防洪 、灌溉、供水 、发 电、养殖等综 合利用于一体 的 中型水库 ，工 程于 1 9 8 7年 3月竣 工 。大坝为粘土心墙土石混合坝 ，坝顶 高程 4 4 5 2 m，最大坝高 3 9 5 m，坝长 1 9 7 m；防渗粘土 心墙 至坝顶 ，顶宽 5 m，心墙上下游坡度均为 1 ： 0 5 ；坝 体上游坝壳采用级配块石 ，下游坝壳采用代替料和 石碴 ，坝体不同填筑料间铺设砂砾石反滤层 ；大坝 基础高程 4 0 5 0 m，心墙底部设置混凝土截水墙一 道及帷幕灌浆一排。 2 加固前大坝渗流和稳定分析成果 通过地质勘查、分析，大坝心墙填筑土的干密 度平均值 1 4 9 g c m ，大坝填筑土的总体压密状态 尚可 ，大坝反滤层分层级配较好 ，运行 以来 未有失 效表征 。加 固前 ，经渗流计算 ，通过坝体 的渗流坡 降在正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位工况下 分别 为 2 9 0 、3 0 9 、3 2 6 ，均 小 于 ， =46 ( 取设 反滤 层后 的粘 性 土和壤 土 的允 许 水力 坡 降 值 ) ，满足规范要求 。经坝坡稳定计算 ，除工况 为 设计洪水时 ( 上游库水位 为设计洪水位 4 4 2 4 1 m， 下游水位为 4 1 0 5 5 m) ，大坝下游坝坡 的稳定不 能 满足要求外 ，其余工况坝坡稳定均能满足规范要求 。 大坝心墙 填筑 土约 5 0 的试验 渗透 系数大 于 1 1 0c m s ，不满足防渗标准 ，存在安全隐患。 为保障大坝工程 长期安全运行 ，大坝心墙需要 进行防渗加固处理。河床部分基 岩透水率较小 ，但 两岸坝基和坝肩的透水率大，左右岸原有防渗帷幕 效果较差 ，大坝两岸坝基和坝肩需要补充帷幕灌浆 ， 确保灌浆的范围和深度满足防渗要求。 各土层特性见表 1 。 表 1 大坝工程地质勘察综合成果 收稿 日期 ：2 0 1 5 0 91 0 5 3 2 0 1 5年第 3期 3 薄壁抓斗混凝土防渗墙设计 洋后水库坝体防渗设计采用薄壁抓斗混凝 土防 渗墙 ，大坝两岸坝基和坝肩进行帷幕灌浆 ，形成大 坝垂直防渗幕墙。 混凝土防渗墙布置在坝轴线上游 1 m处 ，全 长 1 9 9 5 0 m，左岸 至 C 1 5 昆凝 土刺 墙 止 ，桩 号 0+ 1 9 6 5 0，右岸至溢洪道钢筋混凝 土闸墙 ，桩号 0 0 0 3 O 0 。墙体厚 0 6 m，顶高程 4 4 2 0 0 m，河 床段 基岩面高程 4 0 5 0 0 m，防渗墙深入强风化基岩不小 于 0 5 m。防渗墙顶部浇筑 C 2 0钢筋混凝土盖帽梁 至坝顶路面，以满足防渗体顶部不低于校核洪水位 的要求。防渗墙与左岸坝肩的结合采用 常规 C 1 5混 凝土刺墙 ，即槽挖浇筑常规 C 1 5混凝土刺墙伸人左 岸山体后覆盖 回填 ，墙厚 1 0 m，深入强风化基岩 1 0 m，长 1 0 0 m。原溢洪道闸墙设有钢筋混凝 土 刺墙伸人大坝 ，结合处未 出现渗漏现象 ，因此混凝 土防渗墙 可与右岸 溢洪道 原有钢筋 混凝土 刺墙相 结合 。 为形成连续的整体防渗幕墙 ，帷幕灌浆沿坝轴 线布置 ，左岸从桩号 0+1 1 6 0 0延伸至 C 1 5混凝 土 刺墙底部 ，桩号 0+ 2 0 6 5 0，右岸从桩号 0+ 0 2 5 0 0 延伸至正常蓄水位与相对 隔水层线相交处 ，桩号 0 0 4 2 0 0 。帷幕灌浆 为单排 布孔 ，孔距 2 0 m，深 入相对不透水层 3 5 m，灌浆深度 3 2 3 m，灌浆 压力 0 51 0 MP a 。墙体材料采用 C 1 5低弹模塑性 混凝土 ，二级配 ，抗压强度 5 M P a ，弹性模量 3 0 0 0 M P a ，抗拉强度 0 7 MP a ，渗透 系数小 于 1 X 1 0 c ms 。 4 薄壁抓斗混凝土防渗墙施工 洋后水库防渗墙设计厚 0 6 m，成墙最大深 3 8 m，施工采用薄壁抓斗成墙工艺。根据设备施工要 求及现场施工条件，施工主要步骤如下： ( 1 )施工平 台准备。水库坝顶宽 6 m，不满足 施工要求 ，需开挖高程至 4 4 2 O 0 m，形成宽 1 5 m 的施工平台，以满足设备布置及交通要求。 ( 2 )导墙 施工及 槽段划 分。本工 程采 用 “ 倒 L ”形断面 C 2 0钢筋混凝土施工导墙 ，高 1 2 1 1 1 ，上 底宽 0 8 m，下底宽 0 3 m，两导墙间距 0 6 m。导 墙形成后即进行槽孔划分 ，每槽段标准长 6 m。 ( 3 )造孔 。采用 B H 一1 2型液压抓 斗机 、Y J B 一 1 2 0 0液压拔管机造孔。施工时，将防渗墙划分为 5 4 I 、I I 期槽段 ，分两期挖槽浇筑混凝土 ，采用跳孑 L 法 施工 ，即先进行 I 期槽孔的造孔和混凝土浇筑 ，然 后进行 I I 期槽孔的造孔和混凝土浇筑 。抓斗抓挖作 业时 ，采用膨润土护壁 ，抓斗抓挖的弃料直接装入 自卸汽车运至指定弃料场。 ( 4 )混凝土浇筑 。防渗墙材料采用掺人膨润土 的普通混凝土 ，水泥选用 P 0 3 2 5普通硅酸盐水泥 ， 膨润土采用 1 级优质钠基膨润土 ，骨料采用河砂及 人工碎石 ，最大粒径不大于 2 0 m m，外加剂为 C S P 一 2减水剂。防渗墙采用直升式导管法进行 泥浆 下 昆 凝土浇筑，导管的连接和密封必须可靠。浇筑时 导管埋人混凝土深度不小于 1 0 m，保持混凝土均 匀上升 ，上升速度不小于 2 m h 。浇筑过程 中，应 保证连续供料，不得间断。 ( 5 )墙 段连 接。为保 证墙段 连 接质量 ，采用 “ 接头管法 ”进行墙段连接施工 。即在 一期槽孑 L 浇 筑前 ，于槽两端下设 6 0 0 m m钢管 ，待混凝土初凝 后 ，按一定速度将其拔起 ，形成接头孔。二期槽孔 浇筑混凝土时 ，接头孔靠一期槽孔的侧壁形成圆弧 形接头，墙段形成有效连接 。 5 防渗墙质量检测及防渗效果分析 5 1 防渗墙施工质量检测 防渗墙施工完成后进行质量检测 ，结果如下 ： ( 1 )现场挖坑检查 ，坑深 3 m，长约 3 4 m。 经观察认为 ，该处混凝 土墙体成型较好 ，墙面基本 平顺 ，混凝土本身胶结密实 ，混凝土作业段问墙 体 结合平顺 ，混凝土与坝土胶结 良好。 ( 2 )防渗墙 钻 3个孔取 芯，所取 岩 邕 ： 呈长柱 状 ，少量为短柱状 ，岩芯断 口新鲜 ，基本属于钻探 时的机械破碎。从 岩芯断面看 ，混凝土防渗墙含砾 石约 1 0 2 0 ，其余为砂及水泥 ；两个 钻孔所取 岩芯外表完整光滑 ，基本未见空洞及麻面。钻探过 程 中未发生孔 内漏水或钻探 回水异常。表 明混凝土 防渗墙连续性 良好 ，无破碎带及软弱带 。 ( 3 )所取的三个岩芯分别检测抗压强度、渗透 系数、弹性模量 ，成果见表 2 。查 阅设计规范要求 ， 洋后水库坝体混凝 土防渗墙抗 压强度 、渗透系数及 抗压弹模均满足设计要求 。 5 2 大坝渗流稳定分析 根据坝体防渗处理后 的实际情况 ，采用河海大 学工程力学研究所研制的水工结构有限元 分 析 系 统 2 0 1 5年第 3期 表2 混凝土芯样试件检测成果 础。 取样部位 骊亏 ( 取样深度) 抗压强 渗透系数 弹性模 M P a ( 1 0 c m s ) 量 M P a 单值 代表值 单值 平均值 单值 平均值 表 3 大坝加固后渗流稳定计算成果 A u t o B A N K v 7 0 7 对大坝渗流稳定进行计算分 析 ，计算断面采用大坝最大断面。最大断面坝基 以 弱风化基岩为主 ，且经过帷幕灌浆处理 ，因此渗流 计算按不透水地基进行 ，结果 见表 3 。可见 ，加 固 后大坝渗流稳定满足要求 ，坝体单宽渗流量、粘土 设反滤层 ，排水棱体基本运行正常，防渗墙 内部最 大坡降小于允许坡降 8 O一 1 0 0 ，在反滤有效的情况 下 ，大坝理论计算不会发生渗透破坏。 6 实测渗流观测资料分析 6 1 渗流观测设施 洋后水库渗流观测设施量水堰及测压管除险加 固前 已失修多年。加固新建大坝渗流观测设备 ，选 取 4处位置 ，分别在坝上 0+0 0 8 0 0 ( 防渗墙前 ) 、 坝下 0+0 0 2 5 0 ( 防渗 墙 后 ) 、坝 下 0+0 0 3 0 5 0 ( 下游坡面 4 3 0 0 m平 台)和坝下 0+0 0 6 0 0 0 ( 下 游坡面 4 1 5 0 m平台)4个纵断面处钻孔埋设测压 管 ，其中坝上 0+ 0 0 8 0 0和坝下 0+0 0 2 5 0分别 布 置 4根测压管 ，坝下 0+0 0 3 0 5 0布置 3根测压管 ， 坝下 0+ 0 0 6 0 0 0布置 2根测压管 ，总共 1 3根测压 管 ，以监测坝体浸润线位置。测压管 内水位用 电测 水位仪进行 自动化监测。 6 2 渗流观测资料分析 洋后水 库为年调节水 库 ，全年水 位变化较 大。 相对全年 ，水库在汛末时库水位较稳定 ，故选 9月 观测资料进行分析 ，测压管所测水位平均值与浸润 心墙最大渗透比降明显减小。大坝不同材料区块间 线理论值的比较见表4 、图1 。 表4 大坝测压管水位观测值与浸润线理论值对比 注：防渗墙前后水位差为坝上0+ 0 0 8 0 0与坝下0+0 0 2 5 0-e _ N的水位差，库水位4 3 8 2 0 m。 Y 工 工 438 ) 一润 。 图1 桩号0 + 0 8 0 0 0 渗流断面大坝浸润线实测值与理论值对比 根据以上实测数据分析可知 ：坝体 内浸润线 与 理论计算浸润线基本一致 ，实际浸润线 略偏高。主 要原 因是 ：室 内试验所得到的渗透系数并不能完全 反映各断面及断面上各点 的真实渗透 系数 ；库水位 处于下降过程，测压管水位对库水位的滞后影响。 防渗墙前后水头差实测值接近理论计算值 ，说 明防 渗墙 防渗效果较好 。 7 结语 通过对洋后水库薄壁抓斗混凝土 防渗墙 的质量 检测分析及 防渗效果理论计算 、实测数据分析认为 ， 本次防渗墙防渗效果 良好 ，防渗措施 可行 。自除险 加固后 ，洋后水库大坝未发现渗漏 现象 ，防渗效果 明显 。 作者 简介 ：游 立荣 ( 1 9 7 6一) ，男，福建 建 瓯 人，工程师，从事水利工程管理工作。 5 5