水庫除險加固工程中低彈模混凝土防滲墻的應用

萬建平

(江西省南昌縣中洲聯圩河道堤防管理站，江西 南昌 330201)

水庫的主要功能在于管控水體，再與其他渠道相互連接實現水資源供給，水庫運作狀態如果出現問題，那么勢必會導致水資源供給出現不足，因此滲漏現象作為水庫質量常見的影響因素，被現代水庫工程高度重視，其多數會定期進行水庫除險加固工程，以此來消除滲漏對水庫質量的影響，此項工程中最為常見的技術為建立低彈模混凝土防滲墻。

1 工程概況

某小型水庫工程位于河段上游，距離人口居住地8.0 km，根據該工程統計，其在擴建之后水庫壩體上方的集雨面積為18.4 km2。該工程河段總長7.15 km，河道比降13.03%。該工程因為運行時間較長，所以需要進行除險加固施工，工程設計的洪水重現期為100 a一遇，洪水位估算值為532.54 m，結合洪水位的水庫容水量為1081萬m3。該工程主要由大壩、溢洪道、輸水隧洞組成，其中大壩類型為土石壩，主要采用黏土材質構成，壩頂高程530.11 m，防浪墻頂高程為530.82 m，最大壩高42.11 m，壩頂長度138.00 m[1]。

2 工程地質條件與滲漏問題

為了保障除險加固工程的全面性，該工程首先對水庫大壩周邊的地質環境進行勘察，確認是否存在不利地質條件，因為此類因素也可能造成壩體滲漏。勘察結果顯示，水庫內部屬于剝蝕低山丘陵環境，地表被植被覆蓋，水庫周邊地形坡度范圍在15°～50°；庫區外露的地表巖性為侏羅系南園組第四段流紋質凝灰熔巖、凝灰巖，并且還含有少量的花崗斑巖脈；庫區內的水文地質條件相對簡單，主要包含兩種地下水，即孔隙水與基巖裂隙水，其中孔隙水主要分布在第四系松散堆積物和坡殘積層中，根據其長期的表現來看，孔隙水的水量會隨著季節變換而發生較大的落差；基巖裂隙水主要分布在基巖裂隙帶當中，主要依靠降雨補給[2]。

該工程在多年運行之下，因為地質環境的影響發生了幅度較大的不規則沉降，此時導致壩體防浪墻出現斷裂，導致迎水坡表面存在小范圍下陷，在此兩種表現之下說明該水庫壩體存在較大的滲漏現象。具體檢測來看該工程水庫壩體迎水面表層存在散浸現象，表面存在滲漏的可能性，而水庫左側的壩體存在大面積滲漏。此外，因為該壩體為土石壩，所以該工程還對其整體進行了土石壓實系數檢測，結果顯示壩體壓實度存在不足，整體綜合系數均要低于合理數值區間，所以說明該水庫的滲漏問題較為嚴重。

3 實例水庫除險加固工程方案設計

根據上述分析結果，該工程需要進行相應的除險加固施工，但為了保障此項施工的針對性，該工程先進行了方案設計工作，根據設計工作的結果來看，其一共擬定了3個方案，即薄型抓斗混凝土防滲墻方案、高噴防滲板墻方案、劈裂灌漿方案，下文將對這3個方案進行逐一分析，確認其各自優劣。

3.1 薄型抓斗混凝土防滲墻方案

主要采用塑性混凝土在壩體全斷面上構建防滲墻，施工設備為薄型抓斗主機，該設備的最小作業面寬度為9 m左右。結合實際條件來看，該工程能夠提供的寬度只有6 m，所以不滿足薄型抓斗主機的作業需求，因此為了能夠使該方案運作，需要進行壩頂拓寬作業，此項作業需要將壩體兩端拓寬1.5 m。在滿足薄型抓斗主機作業需求的前提下，即可開始構建防滲墻。構建當中首先根據該工程防滲要求，防滲墻的厚度需要達到0.6 m，中心長度不可以低于140 m，塑性混凝土滲透系數為10-7～10-9cm/s，抗壓強度需要達到5 MPa，介于混凝土的養護期，抗壓強度形成周期為20 d。防滲墻的墻底需要插入壩基強風化基巖2 m以下。其次，針對上述壩體迎水面表層的滲漏問題，需要采用高壓旋噴灌漿進行處理，處理要求旋噴灌漿樁基樁徑為0.8 m；孔距為0.65 m，灌漿深度為27 m，噴漿壓力不可低于20 MPa，不可高于25 MPa。針對上述左側大面積滲漏現象，主要采用帷幕灌漿進行處理，帷幕灌漿的施工工序為：先通過高壓旋噴灌漿進行防滲墻構建，之后再對壩基采用帷幕灌漿施工，該施工成本預算為664.91萬元[3]。高壓旋噴灌漿示意圖如圖1所示。

圖1 高壓旋噴灌漿示意圖

3.2 高噴防滲板墻方案

首先對壩體全斷面140 m進行灌漿作業，灌漿方法主要采用單管高壓旋噴灌漿法，以此來形成相應的防滲墻，該方法的施工要求為：先構建孔距為0.65 m的旋噴樁，灌漿深度不可超出43 m，樁深不可低于0.5 m，噴漿時壓力不可低于20 MPa。其次再進行壩基帷幕灌漿作業，此方法可以統一在上述壩體兩個滲漏段上進行一致施工，該施工成本預算為645.71萬元[4]。

3.3 劈裂灌漿方案

同樣先對壩體全斷面140 m進行灌漿作業，作業當中在壩頂處布置雙排孔，排距為1.5 m，第一排孔主要分布在壩頂上游面2.2 m處，孔距為5 m，孔深需要直線貫穿壩頂與壩底，之后對第一排孔進行灌漿作業，灌裝需要保障漿液能夠達到孔底，漿液材料為黏土漿，需要分兩次進行灌注；第二排孔孔距5 m，針對第二排孔需要進行劈裂灌漿施工，施工中起劈壓力為0.3～0.6 MPa，劈裂之后需要進行灌漿，灌漿壓力為0.05～0.50 MPa，灌漿流量需要進行控制，不可超過50～140 L/min，之后再進行壩基帷幕灌漿作業。該工程的總體費用為667.41萬元。

3.4 施工方案綜合分析

出于方便考慮，上述3項方案在此處將以A、B、C作為代稱。在上述分析基礎上可見A類防滲方案的施工流程顯然較為復雜，在成本上與其他兩者相差不大，在效果上薄型抓斗混凝土防滲墻主要采用塑性混凝土，那么結合上述分析可以說明，這種混凝土的性能相對較高；B類防滲方案主要采用先進設備來完成施工，在分析上其體現出施工周期較短，防滲效果良好、成本低的特點，但是缺點在于技術要求較高，工藝相對復雜；C類防滲方案主要能夠提高壩體的壓實度，在效果上要弱于上述兩項，而且體現出較高的技術要求，優點在于施工周期較短。

通過上述綜合分析，實例工程選擇了A方案作為主要施工方案，但是介于現代低彈模混凝土的應用，該工程要求將其中的塑性混凝土替換為

低彈模混凝土。

3.5 低彈模混凝土配置

主要對低彈模混凝土的物理力學指標進行確認，根據該工程的計算成果，其要求采用二級配摻膨潤土來構建低彈模混凝土防滲墻，此舉可以降低塑性混凝土的強度與彈性模量，膨潤土的摻入量不可以超過30%。具體參數：28 d之內低彈模混凝土防滲墻的抗壓強度需要≥5 MPa，抗拉強度需要≥0.5 MPa，抗壓彈性模量為E=3000～5000 MPa。

依照上述物理指標進行低彈模混凝土的配置，配置原料包括水泥、膨潤土、骨料、外加劑，各原料的規格如下。

(1)水泥。采用復合硅酸鹽32.5R水泥，并對此水泥的物理性能進行檢驗，檢驗規范主要依照《通用硅酸鹽水泥》中的標準要求，檢驗結果達標。

(2)膨潤土。采用優質納基膨潤土粉作為膨潤土使用，此原料含水率為13.1%，液限400.5%，各方面性能表現良好，滿足實際施工需求。

(3)骨料。主要包括粗骨料以及細骨料，粗骨料為工程周邊原產碎石，細骨料為工程周邊原產河沙，為了保障骨料質量，該工程依照《水工混凝土施工規范》對兩者進行了檢驗，檢驗結果顯示達標。

(4)外加劑。為了提高低彈模混凝土防滲墻的性能，主要選用了YS型聚羧酸緩凝高效減水劑，以此可以提高低彈模混凝土的終凝速度，有助于工期縮短。YS型聚羧酸緩凝高效減水劑是一種常見的減水劑，其完全符合《聚羧酸系高性能減水劑》當中的各項技術指標，因此具有良好的應用價值。

4 實例低彈模混凝土防滲墻應用結果

在配置之后，實例工程對配置得出的低彈模混凝土防滲墻進行了實驗，實驗結果顯示防滲墻能夠在28 d之內達到5 MPa的抗壓強度，因此滿足了防滲工程的需求，具體強度為7.15 MPa，這種表現即使在實際應用當中出現偏差，也可以保障強度達標，所以說明該工程的低彈模混凝土防滲墻應用效果良好。實例低彈模混凝土防滲墻實驗詳情如表1所示。

表1 實例低彈模混凝土防滲墻實驗詳情