混凝土防滲墻在大悲水庫除險加固工程中的應用

劉 偉

(保定市江河水利咨詢監理有限公司,河北 保定 071051)

混凝土防滲墻在大悲水庫除險加固工程中的應用

劉 偉

(保定市江河水利咨詢監理有限公司,河北 保定 071051)

混凝土防滲墻技術目前廣泛應用于病險水庫除險加固工程，是一種有效的壩基防滲方法。大悲水庫是保定地區20世紀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計原則、施工主要過程及關鍵點，旨在為其他類似工程設計和施工提供借鑒。

大悲水庫；壩基防滲；混凝土防滲墻；除險加固

保定地區小型水庫多修建于20世紀五六十年代，壩型種類繁多，以均質土壩為例，主要分布于平原區及丘陵向平原過渡區，筑壩土料多就地取材。因歷史原因，土壩壩體填筑質量普遍較差；加之部分水庫大壩壩基清基不徹底，甚至少數未清基，直接在河床上填筑土料，最終成為病險水庫。大悲水庫興建于1958年，均質土壩，壩基設置截水槽，截水槽局部清基不徹底殘留厚層強透水性卵礫石，致使壩基滲漏嚴重，壩體曾產生裂縫及塌坑，壩后地面出現沼澤化現象，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1km唐河支流上。該區地處構造侵蝕丘陵區邊緣，向東逐漸過渡到平原區。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。水庫大壩為均質土壩，壩長250m，壩頂高程50.6m，最大壩高26.4m，壩頂寬4.2m，設防浪墻，墻頂高程51.4m。壩基防滲形式為黏土截水槽。如圖1所示。

圖1 大悲水庫大壩橫剖面

水庫運用至今在防洪、灌溉等方面發揮了較大作用，保護著順神公路及下游5個村、近萬人的生命及財產安全。

2 工程地質條件

壩址區河床寬約150m，兩岸山丘基巖裸露，原河床高程24.2m，地層結構上部為第四系沖積卵礫石(alQ4)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巖地層(O1y)，中厚層夾薄層狀，巖層傾向上游，強風化層厚度1.6～2.0m。河床段壩基淺部1.0m以內巖體小型溶蝕溝槽及風化裂隙發育，壓水試驗透水率值10.1～89.1Lu，具中等透水性；1.0m以下巖體完整性普遍較好，存在輕微溶蝕現象，壓水試驗透水率值3.1～4.6Lu，具弱透水性。壓水試驗表明壩基巖體隨埋深增大其透水性呈減小趨勢。

鉆探揭露原河床樁號0+050～0+100段近50m范圍內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

由于壩基淺層強風化灰巖具中等透水性，且存在清基不徹底現象，經滲透穩定計算不滿足規范要求。為了解決壩基滲漏及滲透破壞的問題，本次除險加固設計依據地質條件，提出了兩種壩基防滲方案進行比選。

方案Ⅰ：在上游壩坡坡腳明挖截水槽，開挖至壩基巖石，鋪設復合土工膜防滲。

方案Ⅱ：在上游壩坡設置施工平臺，修筑導墻，抓斗成槽，采用混凝土防滲墻防滲。

上述兩個方案均能解決壩基存在的滲透穩定問題，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點：

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混凝土的抗融蝕年限，經混凝土強度降低50%的抗融蝕年限經驗公式計算，混凝土的抗融蝕年限超過80年，遠大于復合土工膜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，依據規范要求，混凝土防滲墻施工平臺應高于地下水位2m。若水庫放空后，現狀庫底高程為31.3m，考慮到將不采取其他降低地下水位措施，并結合壩址區地質情況，確定施工平臺布置于壩軸線上游高程33.3m壩坡處。防滲墻頂設計高程為32.5m，防滲墻全長173m，防滲面積2684m2。

4 混凝土防滲墻設計

4.1 防滲墻設計深度

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，形成一個完整、封閉的防滲體系。

4.2 防滲墻體設計厚度

混凝土防滲墻體設計厚度應滿足墻體抗滲性、耐久性、墻體應力和變形的要求。本次設計根據防滲墻破壞時的水力坡降計算墻體厚度，計算公式如下：

式中 ΔHmax——作用在防滲墻上最大水頭差；

K——抗滲坡降安全系數；

Jmax——防滲墻滲透破壞坡降。

其中ΔHmax=26.4m、K=3、Jmax=300，計算得出防滲墻厚0.264m。綜合考慮地質情況、施工設備及工程投資等因素，借鑒類似工程經驗，墻體厚度最終確定為0.30m。

4.3 防滲墻體材料

該工程采用C10普通混凝土。

a.滿足抗壓強度R28不小于5MPa、抗滲性能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。

圖2 混凝土防滲墻施工流程

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行施工。

建造槽孔前應修筑導墻，導墻采用鋼板形式，可周轉使用，該工程設計導墻長8.0m，深2.0m，凈寬0.4m。防滲墻的中心線及高程，根據測量基準點進行控制。經綜合考慮地基的工程地質及水文地質條件、施工部位、機具性能、造孔歷時、混凝土供應強度等因素，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，應進行物理試驗、化學分析和礦物鑒定，以選擇黏粒含量大于50%、塑性指數大于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。孔內泥漿面保持在導墻頂面以下30～50cm，漏失地層采取預防措施。發現泥漿漏失，立即堵漏和補漿。施工現場設置排水溝，及時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，并采取措施保證設計墻厚。

造孔結束后，應對造孔質量進行全面檢查。經檢查合格，方可進行清孔換漿。二期槽孔清孔換漿結束前，應清除接頭混凝土孔壁上的泥皮。宜用鋼絲刷子鉆頭進行分段刷洗，刷洗的合格標準是：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。混凝土澆筑必須連續進行，均勻上升不能中斷，上升速度不低于2.0m/h，槽孔內混凝土面高差不小于0.5m。澆筑時，導管埋入混凝土內的深度控制在1～2m，不得脫空。

混凝土施工程序：

a.配置導管。根據槽孔長度和混凝土擴散范圍等條件確定每2.0～3.0m設一導管。所選配的導管要圓整順直，無嚴重磨損。

b.安設導管。清孔合格后，立即下設導管，之后，再將導管提升離孔底約10～15cm，把導管固定在槽孔口。將隔離球放入導管內，裝上漏斗。

c.混凝土澆筑。

先把砂漿分別灌入導管，相繼灌入混凝土，將隔離球壓至孔底，將混凝土充滿導管，即可按計劃順序澆筑。開澆時將導管提離孔底20～30cm，放出隔離球，隨即補充混凝土并將導管再下至開澆前的位置，使管底埋入混凝土。

在整個澆筑過程中，要定時定點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管，但要注意導管應始終埋入混凝土內，其深度不得小于1.0m。另要定時測量導管內混凝土面深度。

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，以便澆筑順利進行。

混凝土防滲墻澆筑結束后，由于泥漿下澆筑的混凝土表面混有較多的泥漿和沉渣；因此要求將防滲墻頂部0.5m質量較差的混凝土鑿除，以埋設復合土工膜，使復合土工膜與防滲墻連接。

5.3 施工要點

a.造孔質量。防滲墻施工中，造孔質量是保證防滲墻質量的首要環節；同時，造孔時間約占總工期的2/3，也是制約工程進度的關鍵環節。因此，施工中應采取預防偏孔措施，有效防止或減少偏孔，嚴格按照設計及規范要求保證造孔質量。

b.泥漿護壁。保證防滲墻施工質量和速度的關鍵因素在于開槽的連續性、澆筑的及時性。本工程河床砂卵石覆蓋層較厚，造孔時一旦出現塌孔，將導致施工中斷，嚴重影響施工進度；并且斷開段的處理相當困難，處理不當勢必影響工程質量。因此泥漿護壁應作為重要環節，確保連續作業。

6 結 語

混凝土防滲墻修建之后，大悲水庫壩后沼澤化現象消失；經多年的蓄水運行及觀測，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。實踐表明混凝土防滲墻技術有效解決了大悲水庫壩基滲漏問題，且具有造價低、可靠性高、施工速度快等諸多優點。隨著科技進步、施工機具的創新以及經濟效益的不斷提高，混凝土防滲墻技術必將日趨完善，其用途亦會更加廣泛。

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