混凝土防渗墙在资山水库大坝心墙防渗处理中的应用

摘要：资山水库位于枣阳市王城镇，是一座以灌溉为主，兼有防洪、水产养殖、城镇供水等综合效益的中型水库。水库大坝漏水严重，结合大坝防渗，简单的介绍了一下混凝土防渗墙的布置、施工工艺、质量检测及工程效果。

关键词：资山水库；除险加固；大坝；混凝土防渗墙；效果

根据湖北省第一次水利普查公报，湖北省已建水库6442座，其中大型77座，中型282座，小型6083座。这些水库大多数建于上世纪50年代，由于当时缺乏经验，建筑物的工程安全标准不高；建设质量较差、管理方式较为粗放、未建立良性运行管理机制等诸多问题，使大多数工程存在不同程度的病害，不能正常发挥效益，有的成为病险堤坝，有的滑坡甚至发生垮坝事故，给全国人民带来严重危害和损失。

根据我国土石坝失事情况分析，其病害主要归纳为以下几个方面：（1）设计洪水计算不准确；（2）土石坝裂缝；（3）土石坝渗漏；（4）土石坝滑坡；（5）护坡老化破坏；（6）动物破坏。

1 混凝土防渗墙在资山水库大坝心墙防渗处理中的应用

资山水库位于枣阳市王城镇，距枣阳市城区51km，水库拦截汉江支流滚河支流艾家河，水库承雨面积16.0km2，设计灌溉面积2.5万亩，总库容1654.7万m3。是一座以灌溉为主，兼有防洪、水产养殖、城镇供水等综合效益的中型水库。水库枢纽主要由主、副坝、溢洪道和输水涵管等建筑物组成。2010年10月被湖北省水利厅及水利部大坝安全管理中心确定为三类坝。

为了查清坝体填筑土的颗粒组成、物理力学性质及其透水性，为了研究坝体填筑土的透水性，在钻孔中做了现场注水试验，主坝心墙的填筑土料为粘土或粉质粘土，其渗透系数为5.46×10-5～3.67×10-4cm/s，属中等透水性～弱透水性，其平均值为1.35×10-4cm/s，大于1×10-5 cm/s，不满足规范要求。

副坝心墙的填筑土料为粉质粘土，其渗透系数为1.36×10-4～2.14×10-4cm/s，属中等透水性，其平均值为1.75×10-4cm/s，大于1×10-5 cm/s，也不满足规范要求。大坝心墙内部浸润线居高不下，心墙出逸点较高，水力坡降较大，心墙存在渗透破坏可能，严重威胁大坝整体稳定及安全运行，所以要对大坝心墙进行加固处理。

通过多方案技术与经济综合比较，确定资山水库主、副坝采用C15混凝土防渗墙加固方案。

1.1混凝土防渗墙加固范围

主、副坝坝体采用混凝土防渗墙，墙厚0.4m，墙体进去强风化底部，主坝右岸、副坝左岸帷幕灌浆延伸至正常水位与相对不透水层（10Lu）相交处，主坝左岸、副坝右岸与溢洪道帷幕灌浆相连接。

1.2混凝土防渗墙基本要求

资山水库混凝土防渗墙采用抓斗依次造孔，形成完整的孔槽，在孔槽中浇筑混凝土，为槽板式成墙方式。所谓槽板式成墙是在泥浆固壁情况下，采用造孔机械开挖条型槽孔，回填C15混凝土形成单元槽段，由若干连续槽段构成一道防渗墙，本水库槽孔长度为7m。

1.3墙体材料

（1）混凝土防渗墙采用C15普通混凝土，墙体为刚性，且保证有足够抗渗性和耐久性。为了防止、减少混凝土墙体裂缝或使墙体微小裂缝自愈，增强其抗渗性能，水泥中参加水泥用量为10%的REA外加剂。

（2）C15塑性混凝土各项指标要求

抗压强度R28：2.0 Mpa（保证率80%）

扩散度：34～40cm

弹性模量E28=500～1000 Mpa

渗透系数K不超过2×10-7 cm/s

（3）C15塑性混凝土配比：

坍落度为18～20cm，每立方米混凝土材料用量：水250kg、水泥375kg、粉煤灰125kg、砂735kg、石935kg、外加剂10kg。

（4）对粘土要求

粘土中粘粒含量在50%以上，塑性指标在30左右，含砂量小于5%，二氧化硅与三氧化铝的比值为3～4倍粘土。

（5）膨润土泥浆要求

浓度：大于4.5%；密度：小于1.1g/cm3；漏斗粘度：30～90S；塑性粘度：小于20GP；10min静切力：1.4～10N/m2；pH值：9.5～12.

（6）对水质要求。

应避免对泥浆产生不利影响。泥浆在使用过程中应避免水、水泥等污染。

1.4墙体厚度

墙体厚度主要由墙体允许水力梯度控制，另外要考虑施工机具与墙体寿命等因素。塑性混凝土允许水力梯度为50，资山水库主坝上下游最大水位差24.95m，仅按防渗计算，墙体计算厚度为11cm与9cm。考虑迟到水下浇筑混凝土难以避免的局部质量缺陷、墙段接头等诸多因素，并考虑到施工条件的约束，最终确定混凝土防渗墙的厚度取0.4m。

2 混凝土防渗墙施工工艺

本混凝土防渗墙采用泥浆固壁，液压抓斗与冲击钻机联合成槽，钻凿至坝基强风化底部后，用导管从泥浆底部向上浇筑混凝土，各槽段采用接头管法进行连接，最终形成一道连续的混凝土防渗墙。

2.1挖槽方法

选用液压抓斗和冲击钻相配合，首先采用冲击钻钻孔到设计底高程进行挖槽，然后用液压抓斗把两个钻孔之间的土地挖掉，槽底基岩部分采用冲击钻造槽。

2.2固壁泥浆

固壁泥浆对槽壁稳定、冲孔速度、混凝土质量等产生重要影响，泥浆的主要指标如下：比重1.1～1.3 g/cm3、粘度28～25s、含砂率不超过5%、胶体率95%（0～0.05）。

2.3施工平台及导槽

依据混凝土防渗强设计顶高程及施工机械、施工工艺的要求，施工平台高程为153.9m，总宽度11.0m，其中，导槽上游部分宽5.5m，导槽下游部分宽5.5m；导槽为“L”型钢筋混凝土结构，高1.0m，底宽为1.28m。导槽底部用塑性粘土夯实，影响深度不小于2.0m，以免在浇筑混凝土防渗墙时漏浆。

2.4钻孔定位与孔斜率

应严格按规范要求对混凝土防渗墙钻孔定位，孔位允许偏差不大于±3%，孔斜率不大于0.2%。套接孔的孔位中心在任一深度处偏差值不大于设计墙厚的1/3。

2.5清孔标准

槽孔终孔后，先用抽渣筒抽渣换浆，合格后进行清孔换浆。清孔采用气举反循环法。

3 混凝土防渗墙质量检查

检查墙身质量在成墙一个月后进行，检查的内容为墙体抗压强度、抗渗等级。

试验结果，主坝抽检的4组防渗墙混凝土芯样抗压强度平均值为15.8～16.9MPa，设计强度为C15，满足设计要求；主坝防渗墙抗渗等级抽检2组，其抗渗等级均≥W6，满足设计要求。副坝抽检的1组防渗墙混凝土芯样抗压强度平均值为16.6MPa，设计强度为C15，满足设计要求；副坝防渗墙抗渗等级抽检1组，其抗渗等级>W6，满足设计要求。试验结论：防渗墙抗压强度、弹性模量与抗渗均满足设计要求。

4 混凝土防渗墙实施后工程效果

混凝土防渗墙实施前，坝基承压水现象明显，坝后多处渗透变形，心墙软化严重，大坝的安全已受到严重威胁。混凝土防渗墙实施后，通过测压管对水位进行观测，结果表明：大坝下游水位明显降低，渗流明显减少，有效地保证了大坝在汛期的安全，减少了有效水源的浪费。混凝土防渗墙加固工程建成后，防渗效果显著，社会效益与经济效益十分明显。

5 结论

选定的混凝土防渗墙方案从根本上解决了心墙软化问题。通过防渗墙穿过坝基砂砾层与基岩相连接，截断了坝基承压水的水源补给，从根本上解决了承压水问题，有效降低了心墙中整体浸润线高度，减小了心墙土的空隙水压力，从而使软化心墙得以排水固结，也避免了心墙由于长期软化和浸润线出逸点过高而发生渗透破坏的可能。经检测，工作效果非常显著。

参考文献：

[1]中华人民共和国行业标准.碾压土石坝设计规范（SL274-2001）.

[2]张严明.全国病险水库与水闸除险加固专业技术论文集[M].北京：中国水利水电出版社，2001.

[3]白永年.中国堤坝防渗加固新技术[M].北京：中国水利水电出版社，2001.