淺談水利工程塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)

Word版本，下載可自由編輯淺談水利工程塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)塑性混凝土防滲墻具有低強(qiáng)度、低彈模和適應(yīng)性等特性，因此被廣泛應(yīng)用在水利工程防滲加固中。本文結(jié)合汕頭某水利防滲工程實(shí)例，利用分析其滲透緣由，對(duì)塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)舉行了分析。

1工程概況

某水電工程是一項(xiàng)中型跨流域調(diào)水發(fā)電工程，其水庫(kù)樞紐通過自然?地形條件，封堵暗河以山體作壩建庫(kù)。副壩基礎(chǔ)古河道防滲與暗河拱堵頭、山體防滲灌漿帷幕共同組成樞紐擋水建造物。該工程為Ⅲ等中型工程，擋水建造物為3級(jí)。

副壩位于暗河右側(cè)的古河道，通過古河道的原狀沖洪積層和兩岸的崩坡積體作為壩體材料，經(jīng)開挖和局部回填形成副壩，副壩壩頂高程1185m，壩頂長(zhǎng)度210m，壩頂寬13m，最大壩高7m。古河道底基巖呈開敞“u”型。最低基巖面高程1137m。副壩防滲體采納塑性混凝土防滲墻，墻頂高程1181.5m，墻長(zhǎng)193.2m。墻厚0.8m，墻底最低高程1135.8m，平均墻深31.1m，最大墻深達(dá)45.7m。

2防滲體設(shè)計(jì)

2.1防滲體的型式及布置

防滲體采納塑性混凝土防滲墻，墻頂高程按水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位l180.68m加平安超高確定為1181.5m。墻底要求嵌入兩岸及河床基巖內(nèi)1.0m，墻底最低高程1135.8m。

2.2有限元計(jì)算

2.2.1基本數(shù)據(jù)

1)水庫(kù)特征水位

校核洪水位：1185.2m(P=0.2%)

設(shè)計(jì)洪水位：1180.68m(P=2%)

正常蓄水位：1180m

汛限水位：1177m

死水位：1140m

2)塑性混凝土物理力學(xué)指標(biāo)

容重：2.0～2.3t/m3

浮容量：1.0～1.3t/m3

抗壓強(qiáng)度：2～3MPa

彈性模量：500～800MPa

水力梯度：60

抗?jié)B：W6

平安系數(shù)：K=6

塑性混凝土非線彈性指標(biāo)見表1。

表1防滲墻塑性混凝±非線性彈性參數(shù)

2.2.2計(jì)算工況及荷栽組合

計(jì)算工況為水庫(kù)正常蓄水狀況，并考慮壩體開挖施工過程。計(jì)算選用副壩0+118.5m樁號(hào)斷面。

荷載組合為：施工過程荷載+墻體自重力+正常蓄水后的水作用力。

2.2.3應(yīng)力、應(yīng)變分析

1)塑性混凝土的力學(xué)模型

計(jì)算選用鄧肯一張模型舉行靜力作用下的強(qiáng)度分析：強(qiáng)度準(zhǔn)則采納莫爾一庫(kù)侖強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。

2)數(shù)值分析

計(jì)算采納大型巖土工程數(shù)值分析軟件系統(tǒng)FINAL源程序，容納了非線性彈性，彈塑性，粘彈塑性、損傷斷裂等巖土材料的多種本構(gòu)模型.對(duì)巖土工程的施工辦法和施工步驟可舉行跟蹤模擬分析。

①有限元模型及邊界條件

在墻上游取100m，下游取45m，囫圇分成953個(gè)三角形6節(jié)點(diǎn)高精度等參元。89個(gè)高精度節(jié)理元，節(jié)點(diǎn)總數(shù)4120。

②節(jié)理單元參數(shù)

實(shí)際計(jì)算中節(jié)理單元參數(shù)如表2所示。

表2節(jié)理單元參數(shù)

③計(jì)算結(jié)果

考慮基巖為全風(fēng)化狀況，墻體彈模分離選500、800、1200MPa幾種類型，依據(jù)前述參數(shù)及理論，計(jì)算正常蓄水時(shí)防滲墻的應(yīng)力和變形。

由些可見，在墻體彈模為500MPa、墻體最大壓應(yīng)力σmax為2.778MPa，其值小于抗壓強(qiáng)度指標(biāo)3MPa;當(dāng)墻體彈模為800MPa，σmax為3.399MPa，比抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)高13.3%：當(dāng)墻體彈模為1200MPa時(shí)，σmax比抗壓強(qiáng)度指標(biāo)高32.3%;囫圇墻體均受壓，不浮現(xiàn)拉應(yīng)力。墻體位移：彈模愈小，變形愈大，且最大水平位移為216.4mm，浮現(xiàn)在淤泥層處。

2.3墻體材料設(shè)計(jì)

防滲墻深?yuàn)A于古河道籠罩層中，其后有延長(zhǎng)達(dá)3km的濃厚籠罩層作支承，下部為巖石基礎(chǔ)，不存在整體破壞問題。為適應(yīng)壩體和壩基不勻稱沉陷引起的變形，并避開因強(qiáng)度不夠發(fā)生局部開裂而影響防滲效果，參考國(guó)內(nèi)外已成工程閱歷，確定墻體材料采納低彈、高強(qiáng)的塑性混凝土。

2.3.1塑性混凝土的設(shè)計(jì)指標(biāo)

1)設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度R90=4.0～5.0MPa抗折強(qiáng)度T1.5MPa

2)初始切線彈模：E=800～1000MPa

3)抗?jié)B標(biāo)號(hào)：W6

4)強(qiáng)度保證率：P=90%

5)強(qiáng)度離差系數(shù)：Cv=0.15

6)澆筑地點(diǎn)坍落度：18～22cm(塌落度保持16cm以上的時(shí)光應(yīng)大于1h)。

7)蔓延度：34～40cm

8)凝聚時(shí)光：初凝6h，終凝24h

9)混凝土密度：2.1t/m3

2.3.2配比實(shí)驗(yàn)采納的原材料

結(jié)合工地實(shí)際狀況，實(shí)驗(yàn)所用的各種材料就近選用以降低工程造價(jià)。

1)水泥采納勉縣水泥廠所產(chǎn)425號(hào)一般硅酸鹽水泥.質(zhì)量應(yīng)符合國(guó)標(biāo)(GB2938—862)的各項(xiàng)技術(shù)要求。

2)砂料采納勉縣黃沙河砂場(chǎng)所采黃砂。細(xì)度模數(shù)2.4～2.8，含泥量1%。

3)粘土采納工地附近土料場(chǎng)的粘土。含粘粒量50%、塑性指數(shù)20、含砂量5%。

4)膨潤(rùn)土采納洋縣產(chǎn)的膨潤(rùn)土，質(zhì)量應(yīng)符合石油工業(yè)部部頒標(biāo)準(zhǔn)《鉆進(jìn)液用膨潤(rùn)土》(SY5060—85)Ⅱ膨潤(rùn)土的要求。

5)骨料采納工地現(xiàn)場(chǎng)加工而成的骨料，粒徑5～20mm，含泥量0.4%。

6)用水應(yīng)符合水工混凝土拌制用水質(zhì)量要求。

7)為滿足混凝土的各項(xiàng)技術(shù)要求，可使用緩凝劑高效減水劑、引氣劑等混凝土外加劑，但應(yīng)符合混凝土外加劑應(yīng)用的有關(guān)技術(shù)規(guī)范，同時(shí)力求操作容易，易于控制施工質(zhì)量。

2.3.3選定施工用協(xié)作比

混凝土防滲墻因?yàn)樯舷掠螢檐浕?，為適應(yīng)變形，原設(shè)計(jì)為粘土水泥塑性材料并舉行了有限元計(jì)算。因?yàn)楫?dāng)?shù)卣惩敛缓细瘢挠门驖?rùn)土塑性混凝土防滲墻，施工單位托付西北水科所舉行實(shí)驗(yàn)，終于確定的配比是：水泥180kg/m3，碎石837kg/m3，砂707kg/m3，膨潤(rùn)土180kg/m3，水274kg/m3，混凝土性能R28=4.05MPa，抗?jié)B≥S6。

3防滲墻施工的2個(gè)突破

混凝土防滲墻要穿透的古河道濃厚籠罩層下基巖起伏變化大，特殊是崩坡積層及湖積層砂卵石層塊石含量大(最高70%)，石質(zhì)堅(jiān)硬，加之水下開挖爆破，難度極大。監(jiān)理、設(shè)計(jì)和施工單位克服重重困難.不斷修正設(shè)計(jì).取得了勝利，并實(shí)現(xiàn)了2個(gè)突破：

1)人工成槽和機(jī)械成槽同時(shí)并舉。修正后防滲墻全長(zhǎng)201.3m，厚度80cm，共分33個(gè)槽段。2023年6月沖擊鉆試鉆中，發(fā)覺抓斗成槽機(jī)在硬度高塊體大的石中無法發(fā)揮效能，沖擊鉆極易發(fā)生孔斜、夾鉆、掉鉆等事故，因此，打算在古河道左右兩岸崩坡積層中采納人工開挖護(hù)壁成槽，為削減塌孔并將槽段長(zhǎng)由8.4m、7.2m調(diào)節(jié)為以6m及6.8m為主

①機(jī)械成槽。中段18個(gè)槽段采納機(jī)械成槽。15～20號(hào)槽段用CZ一30沖擊鉆，10號(hào)、12～14號(hào)、21～28號(hào)槽段用CZ一22沖擊鉆，鉆頭采納2.5t，1.5t重的十字型沖擊錘，先主孔后副孔，主孔間距1m。成槽時(shí)以膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁，泥漿參數(shù)隨地層轉(zhuǎn)變準(zhǔn)時(shí)調(diào)節(jié)。槽內(nèi)孤石采納水下定向聚能爆破，施工中準(zhǔn)時(shí)測(cè)斜并糾偏。清孔采納抽渣桶抽漿、換漿的方法，二期槽段清孔前用刷子鉆頭刷壁，要求終于孔底沉淤厚度小于10cm。22～27號(hào)槽段最深達(dá)50m左右最高日平均進(jìn)尺10m(23號(hào))，因?yàn)樗资鹿侍幚砘蚬率看?，最小日平均進(jìn)尺僅0.76m(20號(hào))。

②人工成槽。15個(gè)槽段采納人工護(hù)壁開挖成槽施工，分離是2～9號(hào)，11，29～34號(hào)槽段。人工護(hù)壁采納30cm厚鋼筋(Φ12單層)混凝土護(hù)壁，護(hù)壁模板采納平面鋼模板，邊護(hù)壁邊支撐向下開挖。每循環(huán)進(jìn)尺普通為1.3m，支撐用直徑大于10cm的硬質(zhì)圓木，每單元槽段共設(shè)4列支撐，間距1m左右。一期槽段兩端設(shè)30cm厚的混凝土隔墻，隔墻在二期槽段開挖時(shí)拆除。在槽一端設(shè)鋼梯供施工人員上下，槽內(nèi)滲水由50m揚(yáng)程水泵抽出。槽內(nèi)孤石用防水乳膠炸藥解小，再用0.25m3吊土斗配1.5t卷?yè)P(yáng)機(jī)出渣。灌注混凝土?xí)r自下而上，逐步分段拆除支撐。槽段最深47m(29號(hào))，最高日平均進(jìn)尺2.45m/d(5號(hào))，最低1.3m/日(3號(hào))。

2)超深灌漿管的埋設(shè)。防滲墻下的基巖要舉行帷幕灌漿，若從中層灌漿洞向上打仰孔，難度大，質(zhì)量難保證。從防滲墻頂向下鉆孔，則孔斜可能打穿80cm厚的墻，高壓灌漿可能破壞墻體結(jié)構(gòu)。只能在墻體灌注混凝土過程中，預(yù)埋超高灌漿管。經(jīng)仔細(xì)研討，解決了這個(gè)問題。灌漿管直徑Φ108，單節(jié)長(zhǎng)6m，用法蘭銜接。管與管間距2m。在機(jī)械成槽段，同一單元槽段內(nèi)三根灌漿管并列相連，整體吊入.灌漿管上每隔3m設(shè)鋼筋定位架，為加強(qiáng)底部定位架剛度，底部3層定位架鋼筋加粗，同一高度的定位架用Φl2鋼筋相連，吊人前，管底用兩層5mmx5mm鐵絲網(wǎng)綁罩，并在每根管底分離嵌套2塊直徑40cm厚10cm的混凝土塊，以利管底穩(wěn)定，使灌漿管垂直，終端管VI用鐵板點(diǎn)焊。

該防滲墻自2023年5月1日開工，同年11月12日完工，共完成防滲墻造孔進(jìn)尺9408m，防滲墻澆筑7