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 071051)

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 071051)

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。大悲水库是保定地区20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。

大悲水库；坝基防渗；混凝土防渗墙；除险加固

保定地区小型水库多修建于20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1958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。

1 工程概况

大悲水库位于保定市顺平县大悲村北约1km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15.2km2，总库容562.4万m3，兴利库容308万m3，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250m，坝顶高程50.6m，最大坝高26.4m，坝顶宽4.2m，设防浪墙，墙顶高程51.4m。坝基防渗形式为黏土截水槽。如图1所示。

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150m，两岸山丘基岩裸露，原河床高程24.2m，地层结构上部为第四系冲积卵砾石(alQ4)覆盖层，卵石含量约63.0%，粒径以4～15cm居多，最大厚度约10.2m；下部为古生界奥陶系灰岩地层(O1y)，中厚层夹薄层状，岩层倾向上游，强风化层厚度1.6～2.0m。河床段坝基浅部1.0m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10.1～89.1Lu，具中等透水性；1.0m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3.1～4.6Lu，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+050～0+100段近50m范围内截水槽未清基至基岩，残留卵砾石最大厚度2.1m，与上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Ⅱ：在上游坝坡设置施工平台，修筑导墙，抓斗成槽，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18.3万元，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50%的抗融蚀年限经验公式计算，混凝土的抗融蚀年限超过80年，远大于复合土工膜30～50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，混凝土防渗墙施工平台应高于地下水位2m。若水库放空后，现状库底高程为31.3m，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33.3m坝坡处。防渗墙顶设计高程为32.5m，防渗墙全长173m，防渗面积2684m2。

4 混凝土防渗墙设计

4.1 防渗墙设计深度

防渗墙底端穿透砂卵石层，入基岩1.0m以上，深入较完整基岩，防渗墙最大深度19.4m。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。

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：

式中 ΔHmax——作用在防渗墙上最大水头差；

K——抗渗坡降安全系数；

Jmax——防渗墙渗透破坏坡降。

其中ΔHmax=26.4m、K=3、Jmax=300，计算得出防渗墙厚0.264m。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0.30m。

4.3 防渗墙体材料

该工程采用C10普通混凝土。

a.满足抗压强度R28不小于5MPa、抗渗性能K小于i×10-7cm/s(1

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。

图2 混凝土防渗墙施工流程

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30cm的BSD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8.0m，深2.0m，净宽0.4m。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8.0m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、化学分析和矿物鉴定，以选择黏粒含量大于50%、塑性指数大于20、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30～50cm，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。

槽孔孔壁平整垂直，孔位允许偏差不得大于3cm；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。清孔合格后，于4h内开浇混凝土。

5.2.2 混凝土防渗墙浇筑

防渗墙混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2.0m/h，槽孔内混凝土面高差不小于0.5m。浇筑时，导管埋入混凝土内的深度控制在1～2m，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2.0～3.0m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10～15cm，把导管固定在槽孔口。将隔离球放入导管内，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。开浇时将导管提离孔底20～30cm，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30min测量一次。要随着混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1.0m。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2.0m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。利用空气吸泥器、砂泵等抽排浆，以便浇筑顺利进行。

混凝土防渗墙浇筑结束后，由于泥浆下浇筑的混凝土表面混有较多的泥浆和沉渣；因此要求将防渗墙顶部0.5m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，造孔时一旦出现塌孔，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

混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、施工机具的创新以及经济效益的不断提高，混凝土防渗墙技术必将日趋完善，其用途亦会更加广泛。

Application of concrete cut-off wall in Dabei Reservoir Risk Removal and Consolidation Project

LIU Wei

(BaodingRiverWaterConservancyCounselingSupervisionCo.,Ltd.,Baoding071051,China)

Concrete cut-off wall technology has been widely used for risk removal and consolidation project of risky reservoirs currently.It belongs to an effective dam foundation anti-seepage method.Dabei Reservoir belongs to a small reservoir which was built in 1950s to 1960s in Baoding.In the paper,design principle,main construction process and keys of concrete cut-off wall in Dabei Reservoir are introduced,and reference is provided for designing and constructing other similar projects.

Dabei Reservoir;dam foundation seepage control;concrete cut-off wall;risk removal and consolidation

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2015.09.023

TV62

B

1005-4774(2015)09-0072-04