經(jīng)驗(yàn)介紹：混凝土防滲墻在大悲水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用
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作者：張毅
大悲水庫興建于1958年，均質(zhì)土壩，壩基設(shè)置截水槽，截水槽局部清基不徹底殘留厚層強(qiáng)透水性卵礫石，致使壩基滲漏嚴(yán)重，壩體曾產(chǎn)生裂縫及塌坑，壩后地面出現(xiàn)沼澤化現(xiàn)象，危及水庫安全。
1工程概況
大悲水庫位于保定市順平縣大悲村北約lkm唐河支流上。該區(qū)地處構(gòu)造侵蝕丘陵區(qū)邊緣，向東逐漸過渡到平原區(qū)。該水庫控制流域面積15. 2km2，總庫容562.4萬m3，興利庫容308萬m3，是一座以防洪、灌溉為主的小(1)型水庫。水庫大壩為均質(zhì)土壩，壩長250m，壩頂高程50. 6m，最大壩高26. 4m，壩頂寬4. 2m，設(shè)防浪墻，墻頂高程51. 4m。壩基防滲形式為黏土截水槽。如圖1所示。
水庫運(yùn)用至今在防洪、灌溉等方面發(fā)揮了較大作用，保護(hù)著順神公路及下游5個(gè)村、近萬人的生命及財(cái)產(chǎn)安全。
2 工程地質(zhì)條件
壩址區(qū)河床寬約150rn，兩岸山丘基巖裸露，原河床高程24. 2m，地層結(jié)構(gòu)上部為第四系沖積卵礫石( aIQ4)覆蓋層，卵石含量約63. 0%，粒徑以4- 15cm居多，最大厚度約10. 2m；下部為古生界奧陶系灰?guī)r地層(O1y)，中厚層夾薄層狀，巖層傾向上游，強(qiáng)風(fēng)化層厚度1.6 -2.0m。河床段壩基淺部1.0m以內(nèi)巖體小型溶蝕溝槽及風(fēng)化裂隙發(fā)育，壓水試驗(yàn)透水率值10.1 -89. 1Lu，具中等透水性；1.0m以下巖體完整性普遍較好，存在輕微溶蝕現(xiàn)象，壓水試驗(yàn)透水率值3.1 -4. 6Lu，具弱透水性。壓水試驗(yàn)表明壩基巖體隨埋深增大其透水性旱減小趨勢。
鉆探揭露原河床樁號0 +050 -0+100段近50m范圍內(nèi)截水槽未清基至基巖，殘留卵礫石最大厚度2. 1m，與上下游卵礫石層連通形成大范圍滲漏通道。
3 混凝土防滲墻方案選定及布置
3.1方案選定
由于壩基淺層強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r具中等透水性，且存在清基不徹底現(xiàn)象，經(jīng)滲透穩(wěn)定計(jì)算不滿足規(guī)范要求。為了解決壩基滲漏及滲透破壞的問題，本次除險(xiǎn)加固沒計(jì)依據(jù)地質(zhì)條件，提出了兩種壩基防滲方案進(jìn)行比選。
方案I：在上游壩坡坡腳明挖截水槽，開挖至壩基巖石，鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲。
方案Ⅱ：在上游壩坡設(shè)置施工平臺，修筑導(dǎo)墻，抓斗成槽，采用混凝土防滲墻防滲。
上述兩個(gè)方案均能解決壩基存在的滲透穩(wěn)定問題，從投資方面防滲墻防滲方案雖略高于土工膜防滲方案18.3萬元，但防滲墻方案卻具有以下優(yōu)點(diǎn)：
a．從施工角度比較，混凝土防滲墻垂直防滲方案施工簡單，耗用人力資源少。
b．從運(yùn)行可靠性方面比較，混凝土防滲墻方案可靠性較高。
c．在使用壽命和耐久性方面，防滲墻防滲方案的使用壽命取決于}昆凝土的抗融蝕年限，經(jīng)混凝土強(qiáng)度降低50%的抗融蝕年限經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，混凝土的抗融蝕年限超過80年，遠(yuǎn)大于復(fù)合土工膜30 - 50年的使用壽命。
通過綜合分析比較，壩基防滲選定為混凝土防滲墻方案。
3.2方案布置
工程選在枯水期施工，依據(jù)規(guī)范要求，混凝土防滲墻施工平臺應(yīng)高于地下水位2m。若水庫放空后，現(xiàn)狀庫底高程為31. 3m，考慮到將不采取其他降低地下水位措施，并結(jié)合壩址區(qū)地質(zhì)情況，確定施工平臺布置于壩軸線上游高程33. 3m壩坡處。防滲墻頂設(shè)計(jì)高程為32. 5m，防滲墻全長173m，防滲面積2684m2。
4 混凝土防滲墻設(shè)計(jì)
4.1 防滲墻設(shè)計(jì)深度
防滲墻底端穿透砂卵石層，入基巖1. 0m以上，深入較完整基巖，防滲墻最大深度19. 4m。防滲墻頂端與壩坡土工膜采用錨栓錨固，形成一個(gè)完整、封閉的防滲體系。
4.2 防滲墻體設(shè)計(jì)厚度
混凝土防滲墻體設(shè)計(jì)厚度應(yīng)滿足墻體抗?jié)B性、耐久性、墻體應(yīng)力和變形的要求。本次設(shè)計(jì)根據(jù)防滲墻破壞時(shí)的水力坡降計(jì)算墻體厚度，計(jì)算公式如下：
4.3 防滲墻體材料
該工程采用C10普通混凝土。
a．滿足抗壓強(qiáng)度R28不小于5MPa、抗?jié)B性能K小于i×l0-7cm/s(l <i<10)、彈性模量大于2000MPa、重度不小于2l00kg/m3等指標(biāo)。
b．具有良好的施工性能、耐久性。符合防滲墻墻體材料的要求，可作為防滲墻墻體材料。
5 混凝土防滲墻施工
5.1施工工藝
混凝土防滲墻是連續(xù)造孔成槽，以泥漿固壁，在泥漿下澆筑混凝土而建成的。施工工藝流程如圖2所示。
5.2主要施工過程
5.2.1 抓斗造槽
本工程壩基覆蓋層主要為砂卵石，防滲墻成槽選用抓斗造槽法，使用斗寬為30cm的BSD型液壓鋼繩式抓斗進(jìn)行施工。
建造槽孔前應(yīng)修筑導(dǎo)墻，導(dǎo)墻采用鋼板形式，可周轉(zhuǎn)使用，該工程設(shè)計(jì)導(dǎo)墻長8. 0m，深2.0m，凈寬0.4m。防滲墻的中心線及高程，根據(jù)測量基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行控制。經(jīng)綜合考慮地基的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、施工部位、機(jī)具性能、造孔歷時(shí)、混凝土供應(yīng)強(qiáng)度等因素，每
8. 0m劃分一槽段。合攏段的槽孔長度以短槽孔為宜．盡量安排在槽深較淺、條件較好的地方。
造孔中，拌制泥漿的黏土，應(yīng)進(jìn)行物理試驗(yàn)、化學(xué)分析和礦物鑒定，以選擇黏粒含量大于50%、塑性指數(shù)大于20、含砂量小于5%、二氧化硅與三氧化二鋁含量的比值為3 -4的黏土為宜�？變�(nèi)泥漿面保持在導(dǎo)墻頂面以下30 -50cm，漏失地層采取預(yù)防措施。發(fā)現(xiàn)泥漿漏失，立即堵漏和補(bǔ)漿。施工現(xiàn)場沒置排水溝，及時(shí)排除槽孔周圍的廢水、廢漿、廢渣。
槽孔孔壁平整垂直，孔位允許偏差不得大于3cm；孔斜率不得大于0.4%。一、二期槽孔接頭套接孔的兩次孔位中心在任一深度的偏差值，不得大于墻厚的1/3，并采取措施保證設(shè)計(jì)墻厚。
造孔結(jié)束后，應(yīng)對造孔質(zhì)量進(jìn)行全面檢查。經(jīng)檢查合格，方可進(jìn)行清孔換漿。二期槽孔清孔換漿結(jié)束前，應(yīng)清除接頭混凝土孔壁上的泥皮。宜用鋼絲刷子鉆頭進(jìn)行分段刷洗，刷洗的合格標(biāo)準(zhǔn)是：刷子鉆頭上基本不帶泥屑，孔底淤積不再增加。清孔合格后，于4h內(nèi)開澆混凝土。
5.2.2混凝土防滲墻澆筑
防滲墻混凝土是在泥漿下利用直升管澆筑的�；炷翝仓仨氝B續(xù)進(jìn)行，均勻上升不能中斷，上升速度不低于2. 0m/h，槽孔內(nèi)混凝土面高差不小于0.5m。澆筑時(shí)，導(dǎo)管埋入混凝土內(nèi)的深度控制在l - 2m，不得脫空。
混凝土施工程序：
a．配置導(dǎo)管。根據(jù)槽孔長度和混凝土擴(kuò)散范圍等條件確定每2.0-3.0m設(shè)一導(dǎo)管。所選配的導(dǎo)管要圓整順直，無嚴(yán)重磨損。
b．安設(shè)導(dǎo)管。清孔合格后，立即下設(shè)導(dǎo)管，之后，再將導(dǎo)管提升離孔底約10 - 15cm，把導(dǎo)管固定在槽孔口。將隔離球放人導(dǎo)管內(nèi)，裝上漏斗。
c．混凝土澆筑。
先把砂漿分別灌人導(dǎo)管，相繼灌入混凝土，將隔離球壓至孔底，將混凝土充滿導(dǎo)管，即可按計(jì)劃順序澆筑。開澆時(shí)將導(dǎo)管提離孔底20 - 30cm，放出隔離球，隨即補(bǔ)充混凝土并將導(dǎo)管再下至開澆前的位置，使管底埋入混凝土。
在整個(gè)澆筑過程中，要定時(shí)定點(diǎn)測量混凝土澆筑面高度，控制混凝土均勻上升。一般每30min測量一次。要隨著混凝土澆筑面的上升逐漸拆除導(dǎo)管，但要注意導(dǎo)管應(yīng)始終埋入混凝土內(nèi)，其深度不得小于1. 0m。另要定時(shí)測量導(dǎo)管內(nèi)混凝土面深度。
混凝土面上升至距槽孔2. 0m左右，可能因沉淀泥漿含砂量大，稠度增濃，壓差減小，增加澆筑困難。利用空氣吸泥器、砂泵等抽排漿，以便澆筑順利進(jìn)行。
混凝土防滲墻澆筑結(jié)束后，由于泥漿下澆筑的混凝土表而混有較多的泥漿和沉渣；因此要求將防滲墻頂部0. 5m質(zhì)量較差的混凝土鑿除，以埋設(shè)復(fù)合土工膜，使復(fù)合土工膜與防滲墻連接。
5.3施工要點(diǎn)
a．造孔質(zhì)量。防滲墻施工中，造孔質(zhì)量是保證防滲墻質(zhì)量的首要環(huán)節(jié)；同時(shí)，造孔時(shí)問約占總工期的2/3，也是制約工程進(jìn)度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。岡此，施工中應(yīng)采取預(yù)防偏孔措施，有效防止或減少偏孔，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求保證造孔質(zhì)量。
b．泥漿護(hù)壁。保證防滲墻施工質(zhì)量和速度的關(guān)鍵因素在于開槽的連續(xù)性、澆筑的及時(shí)性。本工程河床砂卵石覆蓋層較厚，造孔時(shí)一旦出現(xiàn)塌孔，將導(dǎo)致施工中斷，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度；并且斷開段的處理相當(dāng)困難，處理不當(dāng)勢必影響工程質(zhì)量。因此泥漿護(hù)壁應(yīng)作為重要環(huán)節(jié)，確保連續(xù)作業(yè)。
6結(jié)語
混凝土防滲墻修建之后，大悲水庫壩后沼澤化現(xiàn)象消失；經(jīng)多年的蓄水運(yùn)行及觀測，水庫滲漏量明顯減小。不但確保了水庫大壩安全，而且水庫興利效益也得到提高。實(shí)踐表明混凝土防滲墻技術(shù)有效解決了大悲水庫壩基滲漏問題，且具有造價(jià)低、可靠性高、施工速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)。隨著科技進(jìn)步、施工機(jī)具的創(chuàng)新以及經(jīng)濟(jì)效益的不斷提高，混凝土防滲墻技術(shù)必將日趨完善，其用途亦會更加廣泛。
7摘要
混凝土防滲墻技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固工程，是一種有效的壩基防滲方法。大悲水庫是保定地區(qū)20世紀(jì)五六十年代修建的一座小型水庫，本文通過介紹大悲水庫混凝土防滲墻設(shè)計(jì)原則、施工主要過程及關(guān)鍵點(diǎn)，旨在為其他類似工程設(shè)計(jì)和施工提供借鑒。
