水库坝体防渗漏施工技术研究

【摘要】我国许多水库堤坝由于使用年限的增加，以及本身的施工质量问题，病险问题日益突出，尤以漏渗破坏现象较为严重。随着我国科学技术的高速发展，尽快解决水库堤坝的防渗加固问题，已成...

摘要：本文主要根据实际水库坝体存在的渗漏问题，根据工程地质条件通过方案比选，采用塑性混凝土防渗墙防渗技术。主要介绍了塑性混凝土防渗施工技术与施工方法。

关键词：坝体渗漏;塑性混凝土防渗墙;施工技术

Abstract: this paper mainly based on the actual reservoir dam seepage problems, according to the engineering geological conditions through scheme comparison, USES the plastic concrete cut-off wall seepage control technology. Mainly introduced the plastic concrete anti-seepage construction technology and construction methods.

Key words: dam leakage; Plastic concrete cut-off wall; The construction technology

中图分类号：TV52文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

我国许多水库堤坝由于使用年限的增加，以及本身的施工质量问题，病险问题日益突出，尤以漏渗破坏现象较为严重。随着我国科学技术的高速发展，尽快解决水库堤坝的防渗加固问题，已成为当务之急。水库堤坝坝体的防渗加固技术应根据不同工程的情况和条件，经过充分的比较和论证以后择优选择。

一、工程概况

某水库位于某县西北部某河支流上游，该水库始建于1962年7月，水库集雨面积45.9km2；是一座以灌溉为主，防洪、发电、供水、养殖等综合利用的水库。现枢纽工程由堤坝、溢洪道、输水涵管和坝后电站、尾水灌渠等组成。

二、土坝现存主要问题及坝体工程地质分析

1、坝体存在的问题

大坝坝体浸润线偏高，下游坝坡散浸，出逸比降大于允许渗透比降，坝后排水棱体顶部高程不满足规范要求，坝基、坝肩存在渗漏带，大坝渗流性态不安全。

2、坝体工程地质

①高程195m～185m为粉质粘土，高含水，可塑状为主，风化碎（块）石，该层土压实度为0.89，平均值K=1.63×10-4cm/s，坝体弱透水性为主，局部存在微透水性。

②高程185m～175m为碎石土。该层土压实度为0.89，平均渗透系数k=4.07×10-4cm/s；为中等透水性。

③高程175m以下，浅黄和棕黄色粉质粘土，局部为灰色含碎石粘土，饱和状，该层土压实度为0.87，渗透系数平均值K=2.01×10-4cm/s；为弱透水性。

三、坝体防渗加固方案设计

1、防渗方案比选

随着坝工建设的发展，新的土石坝防渗加固技术不断出现。坝体防渗处理技术主要包括：塑性混凝土防渗墙技术、高压喷射灌浆防渗技术、劈裂帷幕灌浆技术、振动沉模防渗板墙技术、土工膜防渗技术、套孔冲抓法防渗墙技术和倒挂井法防渗墙技术等等。而振动沉模防渗板墙技术造墙深度目前只能达到20m左右；土工膜防渗技术采用的土工膜容易破裂、脆裂和老化，可靠程度较低；套孔冲抓法防渗墙技术主要适用水上施工，对水下或浸润线以下施工比较困难，对填筑比较松散的坝体容易塌孔，下孔检查安全性差；倒挂井法安全性差，工期长，且需库水位降低。因此，对于土坝防渗处理技术，目前国内采用较多且技术比较成熟的主要有：塑性混凝土防渗墙技术、高压喷射灌浆防渗技术和劈裂帷幕灌浆技术。但劈裂帷幕灌浆技术适用于坝高较低，土坝坝体疏松或存在裂缝、涸湿、漏水及渗透变形等问题，由于本坝坝高较高，劈裂灌浆处理不适合。

塑性混凝土防渗墙技术和高压喷射灌浆防渗技术可在坝体内形成一道渗透系数可达10-6~10-7cm/s的防渗体，本工程主要对此两种方案进行比较。

两方案均具可操作性，施工技术均较为成熟、安全、可靠，工程经验较丰富。从投资方面看，方两方案投资相差较小。但就本工程而言，根据大坝钻孔资料，175m～185m高程区段粗粒径含量明显大于上、下相临区段，坝体中粒径8cm～20cm含量为10-30%.采用高喷技术施工要求较高，施工质量较难控制，防渗效果较难达到预期效果。参考目前国内外土坝防渗处理经验，采用塑性混凝土防渗墙防渗的土坝，多数工程运行效果较为理想。因此，坝体采用塑性混凝土防渗墙防渗，对于坝基采用帷幕灌浆相结合的方案。

2、坝体砼防渗墙布置

防渗墙总长202.0m，防渗墙右端与溢洪道控制段混凝土边墙连接，防渗墙轴线位于坝轴线上游侧0.5m。

3、坝体混凝土防渗墙设计

3．1防渗墙厚度确定

防渗墙的厚度应满足墙体抗渗性、耐久性、满足墙体应力和变形的要求，同时还应考虑到地质情况及施工设备等因素。

由于国内防渗墙设计无规范，防渗墙的渗透计算和渗透稳定分析以及强度、变形计算尚无规范的计算方法和理论。在设计时，根据防渗墙破坏时的水力坡降确定墙体厚度(δ)，计算公式如下：

式中：δhmax 为作用在防渗墙上的最大水头差（m）；k 为抗渗坡降安全系数，一般取3～5；jmax为防渗墙渗透破坏坡降，取300；jp为防渗墙渗透允许坡降。

该水库大坝塑性混凝土防渗墙墙厚初拟为0.6m，对其复核计算如下：

①按水力梯度要求复核防渗墙厚度：b=H/i.式中：b为墙体厚度；i为墙体混凝土允许的水力梯度；H为作用于连续墙的水头；算得b=0.23m

②按墙体垂直度因素复核防渗墙厚度。槽孔孔斜率不得大于0.4%，墙体最深约35m；b=2×35×4/1000=0.28m；b为两幅连续墙接头处偏移宽度的极端最大值。墙体厚0.6m，则墙底部可能最薄处为：B=0.6-b=0.32m>b=0.23m，满足要求。

3．2防渗墙混凝土主要设计指标

本工程选用土石围堰防渗墙材料的设计配合比为参考类型。采用工程类比法确定塑性混凝土防渗墙的配合比。塑性混凝土防渗墙混凝土的主要技术指标为：

①混凝土入孔坍落度(18～22)cm，扩散度(34～40)cm。坍落度保持在15cm以上的时间不小于1.5h；

②初凝时间不小于6h，终凝时间不大于24h；

③抗压强度r28=(4.0～5.0)mpa，墙高大于40m，r28以5.mpa控制

④抗折强度t28≥1.mpa

⑤弹性模量：初始模量e0=(500～700)mpa、e28≤1500mpa；

⑥渗透系数k20≤1.0×lo-7cm/s；允许渗透比降50；最大骨料粒径不大于40mm,防渗墙头墙采用c20混凝土。

4 塑性混凝土防渗墙施工设计

成墙的施工工序：修筑导墙和施工平台划分槽段一期槽孔开挖浇筑混凝土二期槽孔开挖浇筑混凝土。

4.1、导墙设置与施工

在深槽开挖前，沿防渗墙纵轴线位开挖导沟，在两侧浇筑梯形钢筋混凝土导墙。导墙基底和土面应紧密接触，墙侧回填应用粘性土夯实，不使槽内泥浆渗入导墙外。导墙和防渗墙中心线应平行，竖向面必须保持垂直，这是保证防渗墙垂直精度的重要环节。导墙与纵轴线允许偏差为10 mm，内外导墙净距允许偏差为5 mm，导墙上表面应水平，全长范围内高差应小于10 mm，单幅高差应小于5 mm。

4.2、槽段划分

工程共按两期槽段分期施工法，先施工i期槽，后施工ⅱ期槽。槽段长度根据墙体深度、厚度、地质水文情况、泥浆护壁能力及混凝土浇筑速度等确定为(6.0～8.o)m。混凝土防渗墙轴线170m，共划分为28个槽段，单序号为i期槽段，双序号为ⅱ期槽段，其中1号槽段长8.0m，其余槽段长6.0m。在同一槽内又分为7-9个孔，单序号为主孔，双序号为副孔。

4.3、护壁泥浆

膨润土泥浆具有良好的悬浮性、触变性、滤失量小、含砂量低、造浆率高造壁性能好、现场配置方便等优点，是较为理想的优质护壁泥浆。因砂卵石地层的稳定是本工程的关键，所以采用膨润土拌制护壁浆液。施工中要保证泥浆质量，要加强原材料质量检测、配合比调试、泥浆回收管理等各项工作。

4.4、成槽工艺

成槽质量标准不低于如下设计要求：孔位偏差不大于3cm；孔斜率不大于4‰，遇有含孤石、漂石的地层及基岩面倾斜度较大等特殊情况时，孔斜率应控制在6‰以内，孔深符合设计要求。

本工程主要采用“钻劈法”进行成槽施工：即冲击钻进工艺钻进端孔至设计孔深，钻进端孔时特别要求孔位准确，垂直度符合规范要求（4‰以内），防渗墙深入基岩以下1.0m以上，如遇破碎带较深，各墙段底均深入强风化底部，且不小于1.0m。成槽过程中，接近基岩时开始采取地层样品，并由现场监理工程师进行鉴定，经监理工程师批准终孔。

5、终孔及清孔验收

槽孔终孔后，报告现场监理工程师进行孔位、孔深及孔形全面检查验收，合格后进行清孔换浆。

清孔采用套桶配合泵吸反循环法。二期槽孔清孔换浆结束前，用刷子钻头分段洗刷一期槽孔端头的泥皮和地层残留物，以刷子钻头上基本不带泥屑，孔底淤积不再增加为合格标准。 槽孔清孔换浆结束后1h达到如下标准：槽底淤积厚度≤10cm，槽内泥浆密度＜1.10g/cm3，粘度＜35s，含砂量＜3%。 清孔验收合格，由现场监理工程师签发清孔验收合格证后，方可进行下道工序施工。

6、墙体材料及其浇筑

（1）混凝土控制指标及参考配比

混凝土主要指标应达到如下要求：28d抗压强度≥5MPa；抗渗等级≥W8；弹性模量小于2000MPa；渗透系数K ≤ i×10-7cm/s(1

（2）原材料质量标准：

① 水泥：采用普通硅酸盐 42.5 级水泥；

② 粗骨料：最大粒径应小于 40mm，含泥量应不大于 1.0%，泥块含量应不大于 0.5%；

③ 细骨料：应选用细度模数 2.4～3.0 范围的中细砂，其含泥量应不大于 3%，粘土含量应不大于 1.0%；

④ 膨润土：国标一级，质量标准采用符合石油工业部部颁标准《钻进液用膨润土》。

（3）混凝土浇筑

混凝土浇筑采用“泥浆下直升导管法”，导管埋入砼深度不宜小于1.5米，控制混凝土面上升速度不小于2m/h，导管下设及导管起拔均按设计要求控制。采用压球法开浇，以减小开浇时砼快速下落与泥浆的絮凝反应。拟采用快速接头法连接导管。导管的连接和下设均按规范要求进行。

（4）“钻凿法”墙段连接

钻凿法接头施工的速度因墙深和墙体的材料不同而异，鉴于本工程墙体材料强度不高，墙深不大，可以有效的发挥钻凿法墙段连接的优势，其基本方法是：在一期槽段浇注完毕，混凝土初凝以后，直接用钻机钻凿一期槽孔的端孔，以达到形成二期槽孔的目的。这种方法的优点是工艺简单，不需专门的设备，形成的接缝质量可靠。

（5）平台回填

坝前施工平台待垂直防渗墙与上部防渗斜墙连接的导墙施工结束后即进行回填，回填料利用原坝开挖堆料场原状土回填，采用1m3挖掘机装5t自卸汽车运输，74kW推土机推平，采用拖拉机碾压，边角部位用2.8kW蛙式夯实机压实。

四、特殊情况处理

1、预防漏浆和塌孔

由于本工程的地层在施工中可能造成大量的集中式浆液漏失，进而影响成槽过程中的孔壁稳定。为此，我们拟采取以下几种主要措施来处理：

①选用优质的固相膨润土泥浆；

②施工前备足大量的堵漏材料(如砂、石、粘土等) ；

③密切关注成槽过程中的地层变化，地层较为疏松时应控制挖槽速度，采取“反复式”回填堵漏材料、重凿挤密的方法来事先预防；

④慎重使用重凿及爆破等对地层扰动较大的施工方法；

⑤成槽施工时，保持槽内泥浆面的适当高度，及时补充泥浆以保持孔口稳定。

2、在防渗墙造孔成槽过程中，遇到孤石、大块砼及砖块、木头等，采用正常成槽手段难以快速成槽时，在考虑孔壁安全的前提下，可用重锤法、爆破法或其他方法处理。

3、如造孔成槽过程中出现塌孔、大坝裂缝现象，及时处理，对固壁泥浆配比及造孔手段进行调整，确保孔壁稳定，对施工过程中产生的裂缝，应采取加固措施进行处理。

4、在成槽过程中，应对固壁泥浆漏失量作详细测试和记录，当发现固壁泥浆漏失严重时，应及时堵漏和补浆，并查明原因，采取措施进行处理。根据实际施工情况，在固壁泥浆性能指标基本满足前述要求的前提下，适当调整泥浆配比，并适当放缓挖槽速度，待固壁泥浆漏失量正常后再恢复正常挖槽手段。

五、结束语

总之，坝体的防渗加固处理通常是水库除险加固工程中最为关键的部分，应根据水库堤坝的实际情况，选用合理可靠的防渗加固方案。实践表明，塑性混凝土防渗墙具有施工速度快，工程造价低，防渗效果好，可靠性高等特点，是水库堤坝防渗加固较好的措施。

参考文献

[1] 李晓丽，荆亮．水库土石坝渗漏控制措施分析[J]．科技咨询导报，2007．

[2] 汪炳生．塑性混凝土防渗墙技术在大同水库施工中的应用[J]．沿海企业与科技，2007．