混凝土防渗墙在大悲水库除险加固工程中的应用.pdf

水利建设与管理 2 0 1 5 年 第9 期 D OI ： 1 0 1 6 6 1 6 j c n k i 1 1 - 4 4 4 6 T V 2 0 1 5 0 9 0 2 3 混凝土防渗墙在大悲水库除险加固 工程中的应用 刘 伟 ( 保定市江河水利咨询监理有 限公司，河北 保定0 7 1 0 5 1 ) 【 摘要】 混凝土防渗墙技术目前广泛应用于病险水库除险加固工程， 是一种有效的坝基防渗方法 、大悲水唪是 保定地 区 2 0世纪 五六十年代修建 的一座小型水库 ， 本 文通过介 绍大悲水库 混凝土 防渗墙设计原 则 、 施工 主要过程 及 关键 点， 旨在为其他类似工程设计和施工提供借 鉴。 【 关键词】 大悲水库； 坝基防渗； 混凝土防渗墙； 除险加固 中图分类号 ： T V 6 2 文献标志码 ： B 文章编号： 1 0 0 5 - 4 7 7 4 ( 2 0 1 5 ) 0 9 0 0 7 2 - 0 4 Ap p l i c a t i o n o f c o n c r e t e c u t -o ff wa l l i n Da b e i Re s e r v o i r Ri s k Re mo v a l a n d Co n s o l i d a t i o n P r o j e c t L I U W e i ( B a o d i n g R i v e r W a t e r C o n s e r v a n c y C o u n s e l i n g S u p e r v i s i o n C o ， L t d ， B a o d i n g 0 7 1 0 5 1 ，C h i n a ) A b s t r a c t ： C o n c r e t e c u t o ff w a l l t e c h n o l o g y h a s b e e n w i d e l y u s e d f o r r i s k r e m o v a l a n d c o n s o l i d a t i o n p r o j e c t o f r i s k y r e s e r v o i r s c ur r e nt l yI t b e l o n g s t ( )an e f f e c t i v e d a m fou n da t i o n a nt i s e e p a g e me t ho d Da b e i Re s e t v o i r b e l o n g s t o a s ma l l r e s e r v o i r whi c h wa s bu i l t i n 1 95 0s t o 1 96 0s i n Ba o di ng I n t he pa pe r，d e s i g n pr i n c i p l e，ma i n c o ns t r u c t i o n p r ( K ,e s s a n d k e y s o f c o n c r e t e c u t o ff wa l l i n D a b e i R e s e r v o i r a r e i n t r o d u c e d，a n d r e f e r e n c e i s p r o v i d e d f o r d e s i g n i n g a n d e o n s t t u c t i n g o t h e r s i m i l a r p r o j e e l s Ke y wo r d s ：D a b e i Re s e r v o i r ；d a m f o u n d a t i o n s e e p a g e c o n t r o l ；c o n c r e t e c u t o ff w a l l ；r i s k r e mo v a l a n d c o n s o l i d a t i o n 保定地 区小型水库多修建于 2 0世 纪五六十年代 ， 坝型种类繁多 ， 以均质土坝为例 ， 主要分布于平原 区及 丘陵向平原过 渡 区。 筑 坝土料 多就地 取材 。因历 史原 因 ， 土坝坝体填筑质量普遍较差 ； 加之部分 水库大坝坝 基清基 不彻底 ， 甚至少数未清基 ， 直接在河床上填筑 土 料， 最终成为病险水库。大悲水库兴建于 1 9 5 8 年， 均质 土坝， 坝基设置截水槽， 截水槽局部清基不彻底残留厚 层强透水性卵砾石 ， 致使坝基渗漏严重 ， 坝体 曾产生裂 缝及塌坑 ， 坝后地面 出现沼泽化现象 ， 危及水库安全。 7 2 1工 程概况 大悲水库位 于保 定市 顺平 县大 悲村 北 约 1 k m唐 河支流上 。该区地处 构造侵 蚀丘 陵区边缘 ， 向东逐 渐 过渡到平原 区 。该水 库 控制 流域 面积 1 5 2 k in ， 总 库 容 5 6 2 4万 n l ， 兴利库容 3 0 8万 i n ， 是一座 以防洪 、 灌 溉为 主的小 ( 1 ) 型水 库。水库 大坝 为均 质土 坝 ， 坝长 2 5 0 m， 坝 顶 高 程 5 0 6 m， 最 大 坝 高 2 6 4 m， 坝 顶 宽 4 2 m， 设防浪墙 ， 墙顶 高程 5 1 4 m。坝基 防渗形式 为黏 土截 水槽 。如 图 l 所示。 刘 伟 混凝 土防渗墙在大 悲水 库除险加 固工程 中的应 用 图 例 曰 案 篡 蓄 团 团 人 工 堆 积 国 图 1 大 悲水库大坝横 剖面 水库运用至今在防洪 、 灌溉等方面发挥了较大作 用 ， 保 护着顺 神公路 及下游 5个村 、 近万人 的生命 及财 产安全 。 2 工程地质条件 坝址区河床宽约 1 5 0 m， 两岸山丘基岩裸露， 原河 床高程 2 4 2 m， 地层结构上部 为第 四系 冲积 卯砾石 ( a l Q ) 覆盖层 ， 卵石含量约 6 3 0 ， 粒径 以41 5 e ra居 多 ， 最 大厚度约 l O 2 m； 下 部为古 生界奥 陶系灰岩地 层 ( 0 ) ， 中厚层夹薄层状 ， 岩层倾 向上 游 ， 强风化层厚 度 1 62 0 m。河 床段 坝基 浅部 1 0 m以 内岩体 小 型溶 蚀沟槽及 风 化 裂 隙发 育 ， 压 水 试 验 透水 率 值 1 0 1 8 9 1 L u ， 具中等透水性； 1 O m以下岩体完整性普遍较 好 ， 存在 轻 微 溶 蚀 现 象 ， 压 水 试 验 透 水 率 值 3 1 4 6 L u ， 具弱透水性 。压水试验表 明坝基岩 体随埋深增 大其透 水性呈 减小趋势 。 钻探揭露 原河床桩 号 0+ 0 5 0 0+1 0 0段 近 5 0 m 范围内截 水 槽 未 清 基 至基 岩 ， 残 留卵 砾 石 最 大 厚 度 2 1 m， 与 卜 下游 卵砾 石层连通形成大范 围渗漏通道 。 3 混凝土防渗墙方案选定及布置 3 1 方 案选定 由于坝基浅层强 风化 灰岩具 中等 透水 性 ， 且存 在 清基不彻底现象， 经渗透稳定计算不满足规范要求。 为 了解决 坝基渗 漏及渗透 破坏 的问题 ， 本 次除 险加 固 设计依据地质 条件， 提出了两种坝基 防渗方案进行 比选 。 方案 I： 在上游坝坡坡脚 明挖截水槽 ， 开挖 至坝基 岩石 ， 铺设复合土工膜 防渗 。 方案 ： 在 上游 坝坡设 置施 工平 台 ， 修 筑导墙 ， 抓 r F1 r1r 。 F一 灰 岩 l： ： ： ： l 卵 石 l： ： ： ： ： I L L L _ d 牡 L J 斗成槽 ， 采用混凝土防渗墙防渗。 上述 两个 方 案均 能解 决 坝基 存在 的渗 透 稳定 问 题， 从投资方面防渗墙防渗方案虽略高于土工膜防渗 方案 l 8 3万元 ， 但防渗墙方案却具有以下优点 ： a 从施工角 度 比较 ， 混凝土 防渗墙垂 直防渗方案 施工 简单 ， 耗用人力 资源少 。 b 从运行可靠性方 面 比较 ， 混凝 土 防渗墙 方案 可 靠性较 高。 c 在使用 寿命 和耐久性方 面 ， 防渗墙 防渗 方案 的 使用寿命 取决 于混凝土 的抗融蚀 年限 ， 经混凝 土强 度 降低 5 0 的抗融 蚀年 限经验公式计算 ， 混 凝土 的抗 融 蚀年限超过 8 0年 ， 远大于复合土工膜 3 0 5 0年的使 用寿命 。 通过综合分析 比较 ， 坝 基 防渗 选定 为混凝 土 防渗 墙方案 。 3 2 方案布置 工程选在 枯水期 施工 ， 依据规 范要求 ， ? 昆 凝土 防渗 墙施工平台应高于地下水位2 m。若水库放空后， 现状 库底高程为 3 1 3 m， 考虑 到将 不采取 其他 降低地 下 水 位措施 ， 并结合坝址区地质情况 ， 确定施 工平 台布置于 坝轴线上游高程 3 3 3 m坝坡处 。防渗墙顶设计高程为 3 2 5 m， 防渗墙全长 1 7 3 m， 防渗 面积 2 6 8 4 m 。 4 混凝防渗墙设计 4 1 防渗墙设计 深度 防渗墙底端穿透砂 卵石层 ， 入基 岩 1 O v a以上 ， 深 入较完整基 岩 ， 防渗墙 最 大深度 1 9 4 m 。防渗 墙 顶端 与坝坡土工膜采用锚栓锚 固， 形成一个完 整 、 封闭的 防 渗体 系。 7 3 水利建设与管理 2 0 1 5 年 第 9 期 4 2 防渗墙 体设计厚度 混凝土防渗墙体 设计厚度 应满 足墙体 抗渗 性 、 耐 久性 、 墙体应力和变形的要求。本次设计根据防渗墙 破坏时的水力坡降计算墙体厚度 ， 计算公式如下： 6 ： m a 式 中 H 作用在防渗墙 上最大水 头差 ； 抗渗坡降安全系数； ， 防渗墙渗透破坏坡降。 其 中 日 = 2 6 4 m、 K= 3 、 J = 3 0 0 ， 计算得 出 防 渗墙厚 0 2 6 4 m。综 合考虑地质情 况 、 施 工设 备及 工程 投资等因素， 借鉴类似工程经验 ， 墙体厚度最终确定 为 0 3 0 m。 4 3 防渗墙体材料 该工程采用 E l 0普通混凝土。 a 满足抗压强度 不小于 5 M P a 、 抗渗性能 K小 于 i 1 0 。c r n s ( 1 i 1 0 ) 、 弹性模 量大 于 2 0 0 0 MP a 、 重度不小于 2 1 0 0 k g m 等指标 。 b 具有 良好 的施工性 能 、 耐久性 。符 合防渗墙墙 体材料的要求 ， 可作为防渗墙墙体材料。 5混凝土防渗墙施工 5 1 施工工艺 混凝土防渗墙是 连续造孔成槽 ， 以泥浆 固壁 ， 在泥 浆下浇 筑 混 凝 土 而 建 成 的。施 工 工 艺 流 程 如 图 2 所示 。 5 2主要施工过程 5 2 1 抓斗造槽 本工程坝基覆盖层 主要 为砂卵石 ， 防渗 墙成槽 选 用抓斗造槽法 ， 使用 斗宽 为 3 0 e m 的 B S D型液 压 钢绳 式抓斗进行施工 。 建造槽孔前应修筑导墙 ， 导墙采 用钢板形式 ， 可周 转使用 ， 该工程设计导墙长8 0 m， 深2 0 m， 净宽0 4 m。 防渗墙 的中心 线及 高 程 ， 根 据 测量 基准 点 进行 控 制。 经综合考 虑地基 的工程地质及水 文地质条 件 、 施工部 位 、 机具性 能 、 造孔 历 时 、 混凝 土 供应 强度 等 因素 ， 每 8 0 m划分一槽 段。合拢段 的槽孔 长度 以短槽孔 为宜 ， 尽量安排在槽深较浅 、 条件较好 的地方 。 造孔 中， 拌制泥浆 的黏土 ， 应 进行 物理试 验 、 化 学 7 4 场地平整 泥浆站布置 l l 筑施工平台及导墙 制备贮存泥浆 l I 抓斗就位 造孔泥浆 清孔泥浆 泥浆净化l 旦 l 收 一 期防渗墙槽孔施工 清孔换浆 下没接头管预埋灌浆管 废渣排弃 l l 浇筑混凝土 拔出接头 二期防渗墙槽孔施工 图 2 混凝土 防渗墙施工流程 分析 和矿物 鉴定 ， 以选 择黏 粒含 量大 于 5 0 、 塑性 指 数大 于 2 0 、 含砂量小于 5 、 二氧化硅与 三氧化二铝 含 量 的比值为 3 4的黏 土为宜 。孔 内泥浆 面保持 在导 墙顶 面以下 3 0 5 0 c m， 漏失地 层采取预 防措施 。发现 泥浆漏 失 ， 立 即堵漏和补浆 。施 工现场设置排水沟 ， 及 时排 除槽孔周 围的废水 、 废浆 、 废渣。 槽孔孑 L 壁平整垂直 ， 孑 L 位允许偏 差不得大 于 3 c m； 孔斜 率不得 大于 0 4 。一 、 二 期槽 孔接 头 套接 孔 的 两次孔位 中心在任一 深度 的偏 差值 ， 不得 大于墙厚 的 1 3 ， 并采取措施保证设计 墙厚。 造孔结 束后 ， 应 对造孔 质量 进行 全面检 查 。经 检 查合格 ， 方可进行清 孔换浆 。二 期槽孔 清孔换 浆结 束 前 ， 应清除接头混凝 土孔壁 上 的泥皮。宜用钢 丝刷 子 钻头进行分段刷洗 ， 刷洗 的合格标准是 ： 刷子钻 头上基 本不带泥屑 ， 孔 底 淤积 不再增 加 。清 孑 L 合 格后 ， 于 4 h 内开浇混凝土 。 5 2 2 混凝 土防渗墙浇筑 防渗墙 昆 凝土是在泥浆下利用直升管浇筑 的。混 凝土浇筑 必须连续进行 ， 均匀上升不能 中断 ， 上升速度 不低 于 2 0 l h ， 槽 孔 内混 凝 土 面 高差 不 小 于 0 5 m 刘 伟 混凝土 防渗墙在大 悲水 库除险加 固工程 中的应 用 浇筑 时 ， 导管埋 入混凝土内的深度控制在 1 2 m， 不得 脱空 。 混凝土施工程序 ： a 配置导管 。根据 槽孔 长 度和 混凝 土扩 散 范 围 等条件确定 每 2 0 3 O m设 一导管 。所选配 的导管要 圆整顺直 ， 无严重磨损 。 b 安设导管 。清孔 合格后 ， 立即下设 导管 ， 之 后 ， 再将导管提升离孔底约 1 01 5 c m， 把导管固定在槽孔 口。将 隔离球放人导管 内， 装上漏斗。 c 混凝土浇筑。 先把砂浆分别灌入导管 ， 相继灌入混凝 土 ， 将 隔离 球压至孔底 ， 将 混凝 土 充满 导 管 ， 即可 按计 划 顺序 浇 筑。开浇时将导管提离孑 L 底 2 0 3 0 e ra， 放出隔离球 ， 随 即补充混凝 土并将 导管再下 至开 浇前 的位 置 ， 使管 底埋入混凝土 。 在 整个浇筑过程 中 ， 要定 时定点测 量 混凝土 浇筑 面高度 ， 控制混 凝土 均匀 上升 。一 般每 3 0 m i n 测 量 一 次。要 随着 昆 凝土 浇筑 面的上 升逐渐拆 除导 管 ， 但 要 注意 导 管 应 始 终 埋 入 混 凝 土 内， 其 深 度 不 得 小 于 1 O m。另要定 时测量导管内混 凝土面 深度 。 混凝土面上升至距槽孔 2 0 m左右 ， 可能 因沉淀泥 浆含砂量大 ， 稠度 增浓 ， 压差减 小 ， 增 加浇 筑 困难 。利 凝土表面混有较多的泥浆和沉渣； 因此要求将防渗墙 顶部 0 5 m质量 较 差 的混 凝 土凿除 ， 以埋 设 复合 土工 膜， 使复合土工膜与防渗墙连接。 5 3施工要点 a 造孔质量 。防渗墙施 工 中， 造 孔质量是 保证 防 渗墙 质量的 首要 环节 ； 同时 ， 造 孔 时 间约 占总工 期 的 2 3 ， 也是制约工 程进度 的关 键环 节。 因此 ， 施 工 中应 采取预防偏孔措施 。 有效防止或减少偏孔 ， 严格按 照设 计及规范要求保证造孔质量 。 b 泥浆护壁 。保 证 防渗墙 施 工质 量 和速 度 的关 键 因素在于开槽 的连 续性 、 浇筑 的及 时性 。本 工程 河 床砂卵石覆盖层较厚， 造孔时一旦出现塌孑 L ， 将导致施 工 中断 ， 严重影响施工进度 ； 并且断开段 的处理 相 当困 难 ， 处理不 当势 必影 响工程质 量 。因此 泥浆 护壁 应作 为重要环节， 确保连续作业。 6 结语 昆 凝土防渗墙修建之后， 大悲水库坝后沼泽化现 象消失 ； 经多年的蓄水运行 及观测 ， 水库 渗漏量 明显 减 小。不但 确保了水库 大坝安 全 ， 而且 水库 兴利 效益也 得到提高 。实践表明混凝土防渗墙技术 有效解决 了大 悲水库坝基渗漏问题， 且具有造价低 、 可靠性高、 施工 速度快等诸多优 点。随着科 技进 步 、 施工 机具 的创 新 用空气吸泥器 、 砂泵等抽排浆 ， 以便浇筑顺利进行。 以及经济效益的不断提高， 混凝土防渗墙技术必将 日 混凝土防渗墙浇筑结束后， 由于泥浆下浇筑的混 趋完善， 其用途亦会更加广泛。 。 ， _ ， ， - ， I 。 - 芒 I _ _ ， - 1 ， ( 上接 第 7 7页) e 排除 积水 ： 开 启 排 水 泵将 排水 井 内 的积 水 排 除 ， 如通过气囊仍然有水流 出说 明气囊封堵效果不 佳 ， 应继续向气囊内打气， 提高封堵压力； 反之没有水流出 说明气囊达到了封堵效果。 f _更换泄水 球 阀 ： 施 工 人员 进入 泄 水 阀井 内， 更 换泄水球 阀。 g 取出气囊 ： 更换完泄水球 阀后 ， 将阀 门开到全 开 位置， 施工人员入排水井内， 进入下游侧管道， 将气压胶 管安装在气囊泄气 阀上 ， 导 向管安装在气囊上。导 向绳 通过 固定锚栓 、 滑轮 2 、 滑轮 5 、 滑轮 4后引出到井 口。 施工 人员撤 出地 面后 ， 打开导流管上 阀门 ， 上游侧 水通过导 流管 进入到下 游侧管 道及排 水井 内， 待 达到 内 、 外 压力平衡 时 ， 通过气压胶管将气囊 内气体缓 慢放 出 ， 气囊 内气 压达 到悬浮压 力时 停止放 气 。拉动 导 向 绳将缩 小的气囊从 阀门的上 游侧缓慢拖动 到下游 侧安 全位置后关闭泄水球 阀。启动排水泵排 除排水井 内 水 ， 施 工人员 进入排水 井拆 除导向支架及 导向管 ， 取 出 气囊 ， 整个气囊 封堵 工程完 成。 4结语 在输水管线泄水球 阀进行检修更换过程 中采用 的 管道气囊封堵技术， 从实际应用的效果分析达到了预 期效果 ， 丰富了现场 经验 ， 提高 了工作效 率 ， 缩短 了检 修工作 的持续 时间。 同时 ， 大大 减少 了管道 内水量 的 流失， 避免了反复充水对输水管道的冲击和影响， 为保 障输水安全起到 了重要的作用 。 7 5