病險水庫土壩防滲加固設(shè)計

1、病險水庫土壩防滲加固設(shè)計    摘要:防滲加固工程是病險水庫土壩常見的工程之一，若土壩防滲加固效果不佳，很可能會影響到水庫整體的質(zhì)量安全。本文結(jié)合工程實例，闡述了水庫土壩防滲方案的選擇，圍繞防滲體布置、性能指標及防滲墻厚度計算等方面分析了土壩防滲設(shè)計工作，并總結(jié)了混凝土防滲墻施工工序，以供實踐參考。 關(guān)鍵詞:病險水庫；方案選擇；防滲設(shè)計；混凝土防滲墻 中圖分類號： S611 文獻標識碼： A 文章編號： 隨著我國社會經(jīng)濟建設(shè)步伐的加快，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)得到進一步的發(fā)展，水庫作為水利基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，擔負著防洪、灌溉、供水和養(yǎng)殖等重任，在促進城市經(jīng)濟

2、發(fā)展和改善生態(tài)環(huán)境方面具有重要的作用。但我國大多數(shù)水庫使用年限過長，加上受到地質(zhì)水文條件、施工及人員操作等因素的影響，導致許多水庫土壩出現(xiàn)了滲漏、裂縫等質(zhì)量通病，若不及時進行處理，不僅會影響到水庫的正常運作，而且對水庫的整體質(zhì)量構(gòu)成極大的威脅。因此，水庫管理人員應對出現(xiàn)病險的土壩進行防滲加固處理，確保水庫功能的發(fā)揮。本工程水庫防滲加固處理后，水庫并未出現(xiàn)任何質(zhì)量問題，取得了良好的防滲效果。 1 工程概況 某水庫是一座集防洪、灌溉、供水、養(yǎng)殖為一體的小型水庫，水庫原設(shè)計總庫容161.36萬m3，水庫大壩為黏土心墻壩，壩頂高程31.60m，最大壩高13.40m，壩長570m，本次除險加固水庫設(shè)計洪

3、水按50年一遇，校核洪水按1000年一遇確定。 2大壩地址條件 2.1 地層巖性 根據(jù)本次鉆探揭露，壩址范圍內(nèi)發(fā)育的地層有人工填土Qs、第三期似斑狀黑云母花崗巖（r25（3）?，F(xiàn)自上而下分述如下：（1）填土Qs人工填土（層序號為1）：褐黃色、褐紅色，為壩體填土，主要由花崗巖風化殘積的礫質(zhì)粘性土及花崗巖全風化土填筑而成。（2）第三期似斑狀黑云母花崗巖（r25（3），似斑狀花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育程度為中等裂隙性，裂隙面有鐵銹色渲染，局部裂隙間有細顆粒填充膠結(jié)。 根據(jù)壩址現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查及鉆探結(jié)果，壩址范圍內(nèi)無明顯斷裂通過，裂隙發(fā)育程度為中等裂隙性。 2.2水文地質(zhì) 壩址區(qū)地下水主要為第四系孔隙水

4、和基巖裂隙水。壩址區(qū)無儲水量大的沖洪積砂層，也無明顯的相對隔水層，故地下水大多為潛水類型?？紫端x存于第四系殘積礫質(zhì)粘性土層中，透水性及富水性均較差。 2 防滲方案選擇 2.1 壩基防滲 根據(jù)壩基覆蓋層的土工試驗成果，分析了溝槽混凝土防滲墻、高壓旋噴灌漿、帷幕灌漿等各種防滲措施的適應性，確定采用溝槽混凝土防滲墻方案。該方法技術(shù)比較成熟，對地層變化的適應能力更強，墻體連續(xù)，可靠性高，防滲性能較好。 溝槽混凝土防滲墻是利用專門機械以泥漿固壁法造槽，然后在泥漿保護下灌注混凝土，使之成為一道地下連續(xù)墻，達到防滲目的。傳統(tǒng)的溝槽混凝土防滲墻采用沖擊鉆造槽，受造槽施工工藝控制，墻厚均大于0.6m，造價在8

5、50950元/m2之間，一般的中小型水庫防滲并不需要這么厚的防滲墻。 近年來，逐步采用抓斗成槽，大大提高了工作效率，墻體厚度也隨之變薄，可以降至0.4m，節(jié)省了材料，大大降低了工程造價，其單價在400500元/m2，非常適用于中小型水庫防滲處理。因此，壩基防滲方案采用墻厚0.4m的薄墻。對于深入強風化巖層部分，可根據(jù)施工時的實際需要，采用沖擊劈打成槽方法。 2.2 壩體防滲 壩體防滲與壩基防滲方案結(jié)合考慮，可以采用溝槽混凝土防滲墻，即在壩頂設(shè)施工平臺從壩頂至壩基成槽澆筑混凝土防滲墻，壩體和壩基形成完整連續(xù)的混凝土防滲墻。另外可以在上游壩坡設(shè)施工平臺進行死水位以下壩體和壩基的溝槽混凝土防滲墻施工

6、，死水位以上壩體采用復合土工膜防滲。由于水庫壩體和壩基滲漏嚴重，一直低水位運行，而且施工期沒有供水要求，因此具備放水空庫施工的條件，并且除險加固工程中包括上游護坡石翻建，也為復合土工膜的鋪設(shè)提供了方便條件。在兩個防滲方案均合理可行的前提下，通過投資比較，復合土工膜方案節(jié)省投資約100萬元，因此壩體防滲采用復合土工膜。 3 防滲體設(shè)計 3.1 防滲體布置 水庫大壩壩基混凝土防滲墻中心線位于壩踵20.50m高程處，距壩頂防浪墻30m。防滲墻厚0.4m，墻底坐落在弱風化巖上?；炷练罎B墻建成后在頂端導向槽內(nèi)澆筑二期混凝土，將復合土工膜埋入與混凝土防滲墻連接，復合土工膜上端埋入混凝土防浪墻，由此形成完

7、整的防滲體。復合土工膜上回填0.3m厚砂礫料、0.15m厚碎石、0.3m厚塊石作為上保護層。防滲體的布置見圖1。 圖1 防滲體布置 3.2 性能指標 混凝土防滲墻采用摻膨潤土的塑性混凝土，混凝土抗壓強度R28=715MPa，彈性模量5001000MPa，滲透系數(shù)不大于1×10-7cm/s，抗?jié)B等級為S4。 復合土工膜采用兩布一膜，單位質(zhì)量500g/m2，膜厚不小于0.5mm，拉伸強度不小于10MPa，斷裂伸長率不小于200%，滲透系數(shù)5×10-10cm/s。 3.3 防滲墻厚度驗算 (1)根據(jù)抗?jié)B性要求驗算墻厚: 式中:tj計算厚度，m； t實際厚度，m； Ja允許的水力坡

8、降，一般為6080，取70； H防滲墻上下游水位差，m，H=8.58m。 經(jīng)計算，tj=0。12m，t=0。4m，tjt，滿足抗?jié)B性要求。 (2)根據(jù)耐久性要求驗算墻厚。防滲墻的混凝土在滲透水流的作用下，將產(chǎn)生溶蝕作用，使混凝土結(jié)構(gòu)逐漸疏松，喪失強度和防滲能力。如按喪失50%強度時所需時間考慮，則防滲墻的厚度計算如下: 式中:tj計算墻厚，m； t實際墻厚，m； K混凝土防滲墻的滲透系數(shù)，取0.032m/a； T混凝土防滲墻的耐久性要求年限，取50年； H防滲墻上下游水頭，H=8.58m； a混凝土強度降低50%時，防滲墻每千克水泥滲水量，取1.6m3/kg； c每立方米混凝土水泥用量，取28

9、0kg/m3。 經(jīng)計算，tj=0.18m，t=0.4m，tjt，滿足耐久性要求。 4 混凝土防滲墻施工 (1)施工平臺。施工平臺由壩體拆除的塊石或砂礫拋填而成，經(jīng)平整碾壓后高程為20.50m施工平臺寬度12m，導向槽采用矩形混凝土結(jié)構(gòu)，導墻斷面為0.5m×0.4m，采用C10混凝土澆筑，導向槽寬度為0.5m。 (2)成槽。根據(jù)墻厚要求和地質(zhì)條件，采用BSD400型液壓抓斗和鑿巖重錘配合進行造孔施工。上部覆蓋層和部分強風化基巖利用液壓抓斗直接抓取，底部較硬的基巖用重錘鑿碎后用抓斗抓取。造孔分兩序進行，一序槽孔長度為10.8m，二序槽孔長度為9.0m。重錘沖擊方式是將重錘提離孔底23m后

10、自由下落沖擊，每個槽孔選擇3個沖擊點進行，每個點沖擊510次，使基巖破碎成較大的塊體便于抓斗抓取。 (3)槽段連接。槽段的連接采用接頭管法，接頭管法使槽段的連接完整性能較好，在水庫加固工程中采用的接頭管為直徑400的無縫鋼管；下設(shè)前在管壁上涂滿脫模劑，下設(shè)時保證接頭管的垂直度，下設(shè)完畢后，將接頭管固定，在混凝土初凝后用起拔設(shè)備(拔管機、千斤頂或吊車等)進行松動，每隔0.5h向上頂起50100mm后卸載，使其自由回落，使接頭管保持活動性，待混凝土終凝后將接頭管全部提出。 (4)固壁泥漿。泥漿質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到成孔質(zhì)量、成孔進度，為確保混凝土防滲墻的施工質(zhì)量和施工進度，保證孔壁穩(wěn)定性，必須要有優(yōu)

11、質(zhì)的泥漿供應，因此，采用遼寧黑山生產(chǎn)的Ò級鈣基膨潤土作為攪拌原材料，其出漿量為1014m3/，t加入Na2CO3作為分散劑，必要時加入增黏劑CMC。 槽孔抓取成槽驗收合格后，即進行清孔換漿，以保證混凝土澆筑質(zhì)量。清孔換漿結(jié)束標準，孔底淤積不大于10cm，泥漿比重不大于1.1g/cm3，黏度不大于30s，含砂量不大于10%。 (5)混凝土澆筑成墻。墻體材料為塑性混凝土，水泥為礦渣水泥425號，膨潤土為二級鈣基膨潤土，碎石為525mm人工碎石，砂為中粗砂，外加劑為緩凝減水劑YNH)1?；炷梁鸵仔灾笜?坍落度1822cm，擴散度3438cm。 根據(jù)設(shè)計要求的性能指標，進行試驗后確定的材料用量配合比見表1。 表1 每立方米材料用量配合比單位:kg 5 工程總結(jié) 水庫混凝土防滲墻施工工期66天，成墻長度515.95m，成墻面積5858m2，平均深度11.2m，最大深度13.6m，嵌入基巖平均深度1.6m，嵌入基巖最大深度3.1m，第四系覆蓋層平均深度9.60m?；炷练罎B墻建成后，采用GZ鉆機鉆孔取樣，混凝土質(zhì)地均勻、無蜂窩、無麻面、無夾泥、墻體連續(xù)性好。原基巖滲水最大處透水率為41.4Lu，施工后壓水試驗值為0.51Lu，滿足設(shè)計要求。 6 結(jié)語 水庫主壩壩體的防滲加固質(zhì)量的好壞直接影響到水庫的正