碾壓式土石壩塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)方案探討

□何清舉（河南省水利第二工程局）

碾壓式土石壩塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)方案探討

□何清舉（河南省水利第二工程局）

文章以河南省出山店水庫(kù)工程為例對(duì)碾壓式土石壩兩種不同的塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比，分析研究如何對(duì)碾壓式土石壩工程中的塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，不但確保工程質(zhì)量，同時(shí)又便于施工，減少投資。經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)對(duì)比分析不難發(fā)現(xiàn)，采用先筑壩至防滲墻頂高程后用液壓抓斗開(kāi)槽一次完成塑性混凝土墻體澆筑方案更為科學(xué)，應(yīng)在其他類似工程中推廣應(yīng)用。

碾壓式土石壩；塑性混凝土防滲墻；設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

1 序言

隨著施工技術(shù)的逐步發(fā)展，當(dāng)前設(shè)計(jì)的碾壓式土石壩大多都采用塑性混凝土防滲墻解決砂礫石壩基滲漏問(wèn)題。塑性混凝土防滲墻的主要優(yōu)點(diǎn)在于其對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)性較強(qiáng)，施工效率較高，防滲效果好。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，塑性混凝土防滲墻伸入粘土心墻的深度應(yīng)≥2 m，且墻頂應(yīng)做成光滑的楔形。鑒于此，在以往的工程設(shè)計(jì)中，防滲墻伸入粘土心墻部分大多都設(shè)計(jì)成剛性混凝土，要求與壩基內(nèi)部分分開(kāi)施工。即先施工建基面以下部分，然后施工建基面以上部分。但筆者以為，為了保證防滲墻的防滲效果，確保土石壩施工質(zhì)量和安全，應(yīng)考慮將防滲墻伸入粘土心墻部分設(shè)計(jì)成塑性混凝土，這樣既便于施工，又能保證施工質(zhì)量。文章以出山店水庫(kù)工程施工1標(biāo)段為例試進(jìn)行分析探討。

2 工程概述

2.1 地層巖性描述

本標(biāo)段壩址區(qū)地層有新生界古近系吳城群毛家坡組、新近系尹莊組，第四系中、上更新統(tǒng)及全新統(tǒng)松散層。

2.2 壩基滲漏及滲透變形問(wèn)題

壩基下部存在Q3、Q4的級(jí)配不良砂及級(jí)配良好礫，蓄水后在水頭差壓力作用下，庫(kù)水將通過(guò)壩基向壩下游滲漏，超過(guò)允許比降則造成滲透變形破壞，危及壩基安全。因此存在堤基滲漏及滲透穩(wěn)定問(wèn)題。根據(jù)顆粒分析資料綜合工程經(jīng)驗(yàn)，提出級(jí)配不良砂允許滲透比降J允許=0.25，提出級(jí)配良好礫允許滲透比降J允許=0.20。

壩基滲漏及滲透變形問(wèn)題必須進(jìn)行防滲處理，其方式有二：一是垂直防滲：沿壩軸線做防滲帷幕，截?cái)嘀饕杆畬?，進(jìn)入下伏相對(duì)隔水層（基巖），處理范圍為Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地段，徹底截?cái)嗟叵滤臐B透途徑，效果好。二是利用階地上部的低液限粘土做為天然鋪蓋，增加地下水的滲徑，達(dá)到防滲目的，這層低液限粘土，厚2～17 m，但其厚度變化大，薄處僅2 m，而且階地上坑塘較多，作為天然鋪蓋，就存在一部分鋪蓋厚度不夠的問(wèn)題。此外，還要解決好混凝土壩段與土壩段的接頭防滲問(wèn)題。采用水平鋪蓋防滲，增加滲徑、減少壩基滲漏量和降低壩后水頭，但還是有水從壩基滲出，使壩后地下水位增高，帶來(lái)浸沒(méi)等問(wèn)題。

綜上所述，建議采用垂直防滲，以天然水平鋪蓋作為安全儲(chǔ)備，防滲體深度應(yīng)進(jìn)入下部相對(duì)隔水層（基巖），處理范圍為Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地段，以天然水平鋪蓋作為安全儲(chǔ)備。

2.3 原設(shè)計(jì)方案

由于壩基存在約10 m厚的砂礫石層，為了解決壩基滲漏問(wèn)題，出山店水庫(kù)工程土壩段壩軸線上游5 m處設(shè)混凝土防滲墻，墻厚0.40 m。建基面以下防滲墻采用塑性混凝土澆筑，下部深入基巖1 m；建基面以上防滲墻原設(shè)計(jì)采用C15現(xiàn)澆混凝土，伸入粘土心墻內(nèi)2.60 m，頂部0.50 m澆筑成楔形墻帽?，F(xiàn)澆混凝土墻與塑性混凝土墻之間采用插筋連接。主要設(shè)計(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

3 可能存在的問(wèn)題

第一，由于建基面以上C15混凝土防滲墻高度達(dá)2.00 m，上部還有楔形墻帽，為了保證混凝土澆筑質(zhì)量，必須分兩次澆筑，這樣又人為增加了一道施工縫，對(duì)防滲不利。第二，由于塑性混凝土防滲墻強(qiáng)度較低，僅為1.50～5.00 MPa，在其上部連接2.60 m高的C15混凝土防滲墻將造成墻體根基不牢，容易出現(xiàn)安全隱患。第三，為了保證建基面以上防滲墻在黏土心墻填筑過(guò)程中不被碰撞，填筑施工用的大型機(jī)械在行進(jìn)時(shí)必須與防滲墻墻體留出一定的安全距離，如此一來(lái)，靠近墻體兩側(cè)的粘土心墻還需由人工或采用小型機(jī)械夯實(shí)，這部分土體的壓實(shí)度難以保證。第四，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，塑性混凝土防滲墻施工完成一個(gè)月后需進(jìn)行鉆芯取樣，檢查其滲透性能及均勻性，檢查合格后方可進(jìn)行上部C15現(xiàn)澆混凝土防滲墻的施工，這樣將大大延長(zhǎng)防滲墻的施工周期。另外，由于上部現(xiàn)澆墻體為薄板結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)度不足情況下受兩側(cè)土壓力作用可能會(huì)發(fā)生彎折破壞，故必須待現(xiàn)澆墻體抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)行其兩側(cè)土體的填筑，這樣將造成粘土心墻填筑施工進(jìn)度受到較大影響。第五，由于防滲墻與壩軸線平行布置，且距離很近，上部墻體施工完成后將對(duì)大壩上下游的交通造成較大影響。

4 解決問(wèn)題的措施

鑒于上述分析，為了有效解決上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)單位經(jīng)充分論證后將建基面以上現(xiàn)澆防滲墻體變更為塑性混凝土墻體，這樣就可以采用在粘土心墻填筑到防滲墻頂設(shè)計(jì)高程時(shí)一次性開(kāi)槽澆筑的施工工藝。

根據(jù)這一方案，施工單位河南省水利第二工程局將原定施工方案相應(yīng)做出調(diào)整。調(diào)整后的施工方案為：在塑性混凝土防滲墻施工前，首先將壩體粘土心墻填筑至建基面以上3.30 m高，作為塑性混凝土防滲墻的施工平臺(tái)?；炷翑嚢柽\(yùn)輸車行駛于心墻上游側(cè)，液壓抓斗置于心墻下游側(cè)，自卸汽車自下游側(cè)運(yùn)輸渣料至棄渣場(chǎng)。施工排出的泥漿通過(guò)管道瀉入主壩下游的泥漿池內(nèi)。

這樣做至少有以下五個(gè)方面的好處：第一，減少了墻體接縫，墻體整體性更好，提高了防滲性能。第二，建基面以上壩體填筑時(shí)不用擔(dān)心對(duì)塑性混凝土造成擠壓破壞，采用機(jī)械回填可確保墻體兩側(cè)回填土的密實(shí)度，同時(shí)還使防滲墻體與兩側(cè)土體實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫結(jié)合。第三，擠密砂樁施工完畢經(jīng)檢驗(yàn)合格后可直接填筑粘土心墻，這樣可及早開(kāi)始進(jìn)行粘土心墻填筑，為壩體沉降留出更充分的時(shí)間；同時(shí)，塑性混凝土防滲墻也可做到連續(xù)施工，縮短了基礎(chǔ)處理的施工周期。第四，由于建基面以上部分墻體是在大壩填筑到防滲墻頂高程以上時(shí)才開(kāi)始進(jìn)行施工的，故不會(huì)對(duì)大壩上下游交通造成任何影響。第五，可節(jié)約施工投資約9.50萬(wàn)元。詳見(jiàn)表2。

表2 防滲墻優(yōu)化前后投資對(duì)比表

5 結(jié)語(yǔ)

按照調(diào)整后的設(shè)計(jì)方案，出山店水庫(kù)工程順利完成了塑性混凝土防滲墻的施工。從施工過(guò)程來(lái)看，由于設(shè)計(jì)方案調(diào)整，大壩填筑施工得以提前開(kāi)展，防滲墻施工周期也明顯縮短。通過(guò)上述案例分析不難看出，對(duì)于碾壓式土石壩工程而言，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能把設(shè)計(jì)方案同可能采用的施工方案結(jié)合起來(lái)進(jìn)行研究。

［1］王先忠，張利濱，宋五朋等.河南省出山店水庫(kù)初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察報(bào)告［R］.鄭州：河南水利勘測(cè)有限公司，2014：57.

［2］王先忠，張利濱，宋五朋等.河南省出山店水庫(kù)初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察報(bào)告［R］.鄭州：河南水利勘測(cè)有限公司，2014：101-102.

TB2

B

1673-8853（2017）11-0039-02

何清舉（1975—），男，高級(jí)工程師，主要從事水利水電工程施工工作。

2017-8-23

編輯：劉長(zhǎng)垠