混凝土防滲墻在土壩加固中的應(yīng)用

孟杰

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

混凝土防滲墻在土壩加固中的應(yīng)用

孟杰

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

混凝土防滲墻加固技術(shù)應(yīng)用較廣，特別是水庫(kù)壩體工程改造及加固中，技術(shù)較為成熟。本文將以郭山西水庫(kù)加固工程為實(shí)例，探討混凝土防滲墻加固技術(shù)應(yīng)用，并提出針對(duì)性的改造方案。

土壩加固；混凝土防滲墻；實(shí)例應(yīng)用；改造方案

1 工程概況

郭山西水庫(kù)位于運(yùn)城市平陸縣境內(nèi)，屬于黃河流域五龍澗支流，其工程設(shè)計(jì)主要滿(mǎn)足防洪、灌溉、人畜用水等綜合性功能。該水庫(kù)壩體工程竣工至今已40多年，因設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇V等，樞紐建筑物為5級(jí)，總庫(kù)容33.8萬(wàn)m3，水庫(kù)控制流域面積4.2km2，主要有大壩、泄洪洞、放水涵洞三部分構(gòu)成。2011年經(jīng)山西省水利廳組織庫(kù)區(qū)工程鑒定為三類(lèi)壩，壩體問(wèn)題集中在三點(diǎn)：一是防洪標(biāo)準(zhǔn)較低，難以滿(mǎn)足200年一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn)要求；二是壩體抗滑穩(wěn)定性差，經(jīng)過(guò)穩(wěn)定性分析與計(jì)算，壩體滲透穩(wěn)定性，以及下游壩體抗滑穩(wěn)定性不達(dá)標(biāo)，且問(wèn)題較多。如壩體碾壓填筑質(zhì)量不夠，壩體存在較多的孔隙，與建設(shè)時(shí)碾壓不均勻有關(guān)。下游含碎石較多，與建設(shè)時(shí)選用土料缺乏勘測(cè)試驗(yàn)有關(guān)，導(dǎo)致壩體總體質(zhì)量較差；三是放水涵洞砌體存在損毀現(xiàn)象，局部損毀嚴(yán)重；四是泄洪洞進(jìn)口有坍塌現(xiàn)象，洞內(nèi)未采取襯砌措施，導(dǎo)致泄洪安全性差。通過(guò)對(duì)該土壩進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘查發(fā)現(xiàn)，該水庫(kù)壩基主要是由粉質(zhì)黏土、積砂壤土、粗粒云母花崗巖組成。在副壩壩基組成上，主要有人工填土、粉質(zhì)黏土、砂土、花崗巖等。從安全性評(píng)價(jià)分析可知，對(duì)于該壩體容易滲漏問(wèn)題，需要對(duì)壩基和壩體進(jìn)行防滲加固處理。

2 混凝土防滲墻施工工藝

混凝土防滲墻技術(shù)主要通過(guò)造槽孔進(jìn)行混凝土灌注，利用混凝土置換槽孔泥漿來(lái)獲得防滲墻體。在施工工藝上有多種方法，如在挖掘方式上有沖擊法、抓斗法、反轉(zhuǎn)法，在出渣方式上有正循環(huán)、抓斗、反循環(huán)等。應(yīng)用較為廣泛的施工方法是利用沖擊鉆機(jī)來(lái)進(jìn)行防滲墻修筑。其方法主要分為3道工序，即鑿孔、清孔換漿，澆筑混凝土。在鑿孔之前，需要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行預(yù)準(zhǔn)備，特別是修筑導(dǎo)墻設(shè)施，便于挖掘機(jī)進(jìn)行施工操作。另外，還可以利用導(dǎo)墻來(lái)儲(chǔ)存泥漿。在鉆孔施工時(shí)，由于需要泥漿來(lái)輔助，對(duì)泥漿的含砂量要進(jìn)行控制，避免砂礫過(guò)大影響鉆孔靜切力和觸變性，只有這樣才能對(duì)孔底的鉆屑進(jìn)行清理，保障后期泥漿的多次使用。鉆孔作業(yè)完成后，需要對(duì)鉆孔條件進(jìn)行驗(yàn)收，確保工程符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)入下一道工序，清孔換漿。清孔換漿一般是對(duì)槽孔口壓入新制泥漿，并用抽筒抽取槽底泥漿，孔底泥漿清理干凈后再注入新的泥漿。最后一道工序是進(jìn)行混凝土防滲墻澆筑，也是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在進(jìn)行混凝土澆筑過(guò)程中，需要采用泥漿直下升導(dǎo)管的方法保障施工的連續(xù)性。細(xì)化作業(yè)流程為開(kāi)澆混凝土、正常澆筑、終澆完成三階段。其中，正常澆筑與終澆環(huán)節(jié)沒(méi)有什么差異，終澆作業(yè)時(shí)需要降低混凝土的強(qiáng)度，減少入倉(cāng)停滯時(shí)間。另外，對(duì)于混凝土澆筑過(guò)程中的混凝土質(zhì)量要進(jìn)行嚴(yán)格控制和檢驗(yàn)，并做好工程施工應(yīng)急預(yù)處理工作。

3 對(duì)于主壩壩體進(jìn)行防滲加固施工

從工程防滲墻施工要求來(lái)看，由于壩體本身質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，且存在裂縫、滲漏問(wèn)題。選擇混凝土防滲墻施工工藝，對(duì)于壩體具有良好的加固效果。如利用高噴漿方式對(duì)均質(zhì)土壩進(jìn)行澆筑，其造價(jià)相對(duì)較高，因此，以混凝土防滲墻技術(shù)來(lái)施工具有較高的經(jīng)濟(jì)性、可行性。

3.1 主壩壩體防滲設(shè)計(jì)方案

針對(duì)現(xiàn)有主壩壩體結(jié)構(gòu)及勘測(cè)數(shù)據(jù)，壩頂采用C25混凝土路面，增厚20cm；原有1.2m砂漿混凝土防浪墻進(jìn)行增高0.6m，選用C25混凝土進(jìn)行壓頂處理；大壩壩體采用塑性混凝土防滲墻技術(shù)，對(duì)原有設(shè)計(jì)高程124.5m、總長(zhǎng)度204.82m的防滲墻，結(jié)合勘測(cè)數(shù)據(jù)和防滲要求，防滲墻厚度、防滲墻墻體應(yīng)力，以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工多方面因素進(jìn)行考慮。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)防滲墻厚度多為0.6~0.8m，有些地方對(duì)土壩的防滲墻墻體厚度控制在1.0m。參照相關(guān)工程防滲墻厚度標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)本壩壩體進(jìn)行機(jī)械力、化學(xué)溶蝕破壞試驗(yàn)檢驗(yàn)其耐久性，得出防滲墻破壞時(shí)的水力梯度，初步得出防滲墻厚度選擇為0.8m。在防滲墻施工過(guò)程中，根據(jù)鉆抓法造孔工藝，結(jié)合防滲墻施工實(shí)際進(jìn)行分槽段施工，每個(gè)單元槽為6m，壩頂導(dǎo)墻深度為1.5m，導(dǎo)墻軸線與防滲墻軸線偏差控制在±15mm，高程偏差控制在±20mm。在工程施工中水泥、膨潤(rùn)土設(shè)計(jì)為165kg/m，含砂率控制在40%~50%，水灰比由現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行專(zhuān)門(mén)試驗(yàn)確定。清孔換漿作業(yè)后1h進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，確?？椎子俜e厚度低于100mm，清孔換漿合格后進(jìn)行混凝土澆筑施工。

3.2 副壩壩體防滲設(shè)計(jì)方案

針對(duì)本壩副壩壩體防滲設(shè)計(jì)，對(duì)原有壩體進(jìn)行新增1.2mC25混凝土防浪墻，采用帷幕灌漿工藝進(jìn)行壩基澆筑。在技術(shù)指標(biāo)上，帷幕灌漿技術(shù)需要深入壩基巖土層，河床段利用懸掛式帷幕施工方法，帷幕深度為壩高的1/2。另外，在帷幕灌漿方式上采用單排布孔，帷幕軸線與防滲墻重合。

3.3 泄洪洞改造設(shè)計(jì)方案

針對(duì)泄洪洞坍塌及現(xiàn)場(chǎng)勘察報(bào)告，坍塌部位無(wú)法滿(mǎn)足泄洪要求，洞內(nèi)無(wú)襯砌，存在不穩(wěn)定性。因此，在改造泄洪洞方案中，首先對(duì)進(jìn)口坍塌進(jìn)行改造，對(duì)洞內(nèi)段進(jìn)行襯砌并在出口修建八字墻。具體設(shè)計(jì)包括泄洪洞口進(jìn)水段，進(jìn)口底高程為22.0m，進(jìn)口段長(zhǎng)度為6m，底寬為4m。進(jìn)口段設(shè)計(jì)洞臉，一方面起到洞口擋土作用，另一方面促進(jìn)設(shè)計(jì)美觀。側(cè)墻及底板采用C25混凝土澆筑，側(cè)墻高為3.5m，厚度為0.4m，底板采用C25混凝土結(jié)構(gòu)，厚度為0.4m。對(duì)泄洪洞洞身設(shè)計(jì)方案，保持原來(lái)的城門(mén)洞型斷面，斷面寬3.4m，高4.2m，直墻高2.5m，拱圈半徑1.8m，對(duì)洞身段選用C25鋼筋混凝土進(jìn)行全斷面襯砌，厚度達(dá)到0.4m。出口段修筑八字墻，對(duì)側(cè)墻及底板采用C25混凝土澆筑混凝土，并對(duì)側(cè)墻進(jìn)行增高0.5m，厚度達(dá)到0.3m，對(duì)出口底板采用C25混凝土結(jié)構(gòu)澆筑，厚度達(dá)到0.3m。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)本工程壩體、副壩及泄洪洞進(jìn)行混凝土防滲墻加固，增強(qiáng)了壩體墻體的穩(wěn)固性，更能夠適應(yīng)土壩工程的變形要求，有效協(xié)同了防滲墻與壩體彈性模量的差異性，具有較高的防滲性能和耐久性。在選用塑性混凝土防滲墻、帷幕灌漿技術(shù)上，灌漿帷幕施工與塑性混凝土防滲墻施工，在先后順序搭接上，應(yīng)先考慮灌漿帷幕，由此可以提升灌漿質(zhì)量，并對(duì)塑性混凝土防滲墻施工提供穩(wěn)定施工環(huán)境。

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1004-7042（2017）05-0039-02

孟杰（1986-），男，2012年畢業(yè)于河海大學(xué)水利水電工程專(zhuān)業(yè)，助理工程師。

2017-03-21；

2017-04-27