作者:张毅
大悲水库兴建于1958年,均质土坝,坝基设置截水槽,截水槽局部清基不彻底残留厚层强透水性卵砾石,致使坝基渗漏严重,坝体曾产生裂缝及塌坑,坝后地面出现沼泽化现象,危及水库安全。
1工程概况
大悲水库位于保定市顺平县大悲村北约lkm唐河支流上。该区地处构造侵蚀丘陵区边缘,向东逐渐过渡到平原区。该水库控制流域面积15. 2km2,总库容562.4万m3,兴利库容308万m3,是一座以防洪、灌溉为主的小(1)型水库。水库大坝为均质土坝,坝长250m,坝顶高程50. 6m,最大坝高26. 4m,坝顶宽4. 2m,设防浪墙,墙顶高程51. 4m。坝基防渗形式为黏土截水槽。如图1所示。
水库运用至今在防洪、灌溉等方面发挥了较大作用,保护着顺神公路及下游5个村、近万人的生命及财产安全。
2 工程地质条件
坝址区河床宽约150rn,两岸山丘基岩裸露,原河床高程24. 2m,地层结构上部为第四系冲积卵砾石( aIQ4)覆盖层,卵石含量约63. 0%,粒径以4- 15cm居多,最大厚度约10. 2m;下部为古生界奥陶系灰岩地层(O1y),中厚层夹薄层状,岩层倾向上游,强风化层厚度1.6 -2.0m。河床段坝基浅部1.0m以内岩体小型溶蚀沟槽及风化裂隙发育,压水试验透水率值10.1 -89. 1Lu,具中等透水性;1.0m以下岩体完整性普遍较好,存在轻微溶蚀现象,压水试验透水率值3.1 -4. 6Lu,具弱透水性。压水试验表明坝基岩体随埋深增大其透水性旱减小趋势。
钻探揭露原河床桩号0 +050 -0+100段近50m范围内截水槽未清基至基岩,残留卵砾石最大厚度2. 1m,与上下游卵砾石层连通形成大范围渗漏通道。
3 混凝土防渗墙方案选定及布置
3.1方案选定
由于坝基浅层强风化灰岩具中等透水性,且存在清基不彻底现象,经渗透稳定计算不满足规范要求。为了解决坝基渗漏及渗透破坏的问题,本次除险加固没计依据地质条件,提出了两种坝基防渗方案进行比选。
方案I:在上游坝坡坡脚明挖截水槽,开挖至坝基岩石,铺设复合土工膜防渗。
方案Ⅱ:在上游坝坡设置施工平台,修筑导墙,抓斗成槽,采用混凝土防渗墙防渗。
上述两个方案均能解决坝基存在的渗透稳定问题,从投资方面防渗墙防渗方案虽略高于土工膜防渗方案18.3万元,但防渗墙方案却具有以下优点:
a.从施工角度比较,混凝土防渗墙垂直防渗方案施工简单,耗用人力资源少。
b.从运行可靠性方面比较,混凝土防渗墙方案可靠性较高。
c.在使用寿命和耐久性方面,防渗墙防渗方案的使用寿命取决于}昆凝土的抗融蚀年限,经混凝土强度降低50%的抗融蚀年限经验公式计算,混凝土的抗融蚀年限超过80年,远大于复合土工膜30 - 50年的使用寿命。
通过综合分析比较,坝基防渗选定为混凝土防渗墙方案。
3.2方案布置
工程选在枯水期施工,依据规范要求,混凝土防渗墙施工平台应高于地下水位2m。若水库放空后,现状库底高程为31. 3m,考虑到将不采取其他降低地下水位措施,并结合坝址区地质情况,确定施工平台布置于坝轴线上游高程33. 3m坝坡处。防渗墙顶设计高程为32. 5m,防渗墙全长173m,防渗面积2684m2。
4 混凝土防渗墙设计
4.1 防渗墙设计深度
防渗墙底端穿透砂卵石层,入基岩1. 0m以上,深入较完整基岩,防渗墙最大深度19. 4m。防渗墙顶端与坝坡土工膜采用锚栓锚固,形成一个完整、封闭的防渗体系。
4.2 防渗墙体设计厚度
混凝土防渗墙体设计厚度应满足墙体抗渗性、耐久性、墙体应力和变形的要求。本次设计根据防渗墙破坏时的水力坡降计算墙体厚度,计算公式如下:
4.3 防渗墙体材料
该工程采用C10普通混凝土。
a.满足抗压强度R28不小于5MPa、抗渗性能K小于i×l0-7cm/s(l <i<10)、弹性模量大于2000MPa、重度不小于2l00kg/m3等指标。
b.具有良好的施工性能、耐久性。符合防渗墙墙体材料的要求,可作为防渗墙墙体材料。
5 混凝土防渗墙施工
5.1施工工艺
混凝土防渗墙是连续造孔成槽,以泥浆固壁,在泥浆下浇筑混凝土而建成的。施工工艺流程如图2所示。
5.2主要施工过程
5.2.1 抓斗造槽
本工程坝基覆盖层主要为砂卵石,防渗墙成槽选用抓斗造槽法,使用斗宽为30cm的BSD型液压钢绳式抓斗进行施工。
建造槽孔前应修筑导墙,导墙采用钢板形式,可周转使用,该工程设计导墙长8. 0m,深2.0m,净宽0.4m。防渗墙的中心线及高程,根据测量基准点进行控制。经综合考虑地基的工程地质及水文地质条件、施工部位、机具性能、造孔历时、混凝土供应强度等因素,每
8. 0m划分一槽段。合拢段的槽孔长度以短槽孔为宜.尽量安排在槽深较浅、条件较好的地方。
造孔中,拌制泥浆的黏土,应进行物理试验、化学分析和矿物鉴定,以选择黏粒含量大于50%、塑性指数大于20、含砂量小于5%、二氧化硅与三氧化二铝含量的比值为3 -4的黏土为宜。孔内泥浆面保持在导墙顶面以下30 -50cm,漏失地层采取预防措施。发现泥浆漏失,立即堵漏和补浆。施工现场没置排水沟,及时排除槽孔周围的废水、废浆、废渣。
槽孔孔壁平整垂直,孔位允许偏差不得大于3cm;孔斜率不得大于0.4%。一、二期槽孔接头套接孔的两次孔位中心在任一深度的偏差值,不得大于墙厚的1/3,并采取措施保证设计墙厚。
造孔结束后,应对造孔质量进行全面检查。经检查合格,方可进行清孔换浆。二期槽孔清孔换浆结束前,应清除接头混凝土孔壁上的泥皮。宜用钢丝刷子钻头进行分段刷洗,刷洗的合格标准是:刷子钻头上基本不带泥屑,孔底淤积不再增加。清孔合格后,于4h内开浇混凝土。
5.2.2混凝土防渗墙浇筑
防渗墙混凝土是在泥浆下利用直升管浇筑的。混凝土浇筑必须连续进行,均匀上升不能中断,上升速度不低于2. 0m/h,槽孔内混凝土面高差不小于0.5m。浇筑时,导管埋入混凝土内的深度控制在l - 2m,不得脱空。
混凝土施工程序:
a.配置导管。根据槽孔长度和混凝土扩散范围等条件确定每2.0-3.0m设一导管。所选配的导管要圆整顺直,无严重磨损。
b.安设导管。清孔合格后,立即下设导管,之后,再将导管提升离孔底约10 - 15cm,把导管固定在槽孔口。将隔离球放人导管内,装上漏斗。
c.混凝土浇筑。
先把砂浆分别灌人导管,相继灌入混凝土,将隔离球压至孔底,将混凝土充满导管,即可按计划顺序浇筑。开浇时将导管提离孔底20 - 30cm,放出隔离球,随即补充混凝土并将导管再下至开浇前的位置,使管底埋入混凝土。
在整个浇筑过程中,要定时定点测量混凝土浇筑面高度,控制混凝土均匀上升。一般每30min测量一次。要随着混凝土浇筑面的上升逐渐拆除导管,但要注意导管应始终埋入混凝土内,其深度不得小于1. 0m。另要定时测量导管内混凝土面深度。
混凝土面上升至距槽孔2. 0m左右,可能因沉淀泥浆含砂量大,稠度增浓,压差减小,增加浇筑困难。利用空气吸泥器、砂泵等抽排浆,以便浇筑顺利进行。
混凝土防渗墙浇筑结束后,由于泥浆下浇筑的混凝土表而混有较多的泥浆和沉渣;因此要求将防渗墙顶部0. 5m质量较差的混凝土凿除,以埋设复合土工膜,使复合土工膜与防渗墙连接。
5.3施工要点
a.造孔质量。防渗墙施工中,造孔质量是保证防渗墙质量的首要环节;同时,造孔时问约占总工期的2/3,也是制约工程进度的关键环节。冈此,施工中应采取预防偏孔措施,有效防止或减少偏孔,严格按照设计及规范要求保证造孔质量。
b.泥浆护壁。保证防渗墙施工质量和速度的关键因素在于开槽的连续性、浇筑的及时性。本工程河床砂卵石覆盖层较厚,造孔时一旦出现塌孔,将导致施工中断,严重影响施工进度;并且断开段的处理相当困难,处理不当势必影响工程质量。因此泥浆护壁应作为重要环节,确保连续作业。
6结语
混凝土防渗墙修建之后,大悲水库坝后沼泽化现象消失;经多年的蓄水运行及观测,水库渗漏量明显减小。不但确保了水库大坝安全,而且水库兴利效益也得到提高。实践表明混凝土防渗墙技术有效解决了大悲水库坝基渗漏问题,且具有造价低、可靠性高、施工速度快等诸多优点。随着科技进步、施工机具的创新以及经济效益的不断提高,混凝土防渗墙技术必将日趋完善,其用途亦会更加广泛。
7摘要
混凝土防渗墙技术目前广泛应用于病险水库除险加固工程,是一种有效的坝基防渗方法。大悲水库是保定地区20世纪五六十年代修建的一座小型水库,本文通过介绍大悲水库混凝土防渗墙设计原则、施工主要过程及关键点,旨在为其他类似工程设计和施工提供借鉴。