低弹模混凝土防渗墙技术在安溪村内水库大坝除险加固工程中的应用.pdf

2 0 1 4年第 3期 低弹模混凝土防渗墙技术 在安溪村内水库大坝除险加固工程中的应用 苏炳 煌 ( 安溪县水利局工管站 ，福建 安溪3 6 2 4 0 0 ) 摘要 ：该文针对安溪村 内水库 大坝存在的渗漏问题 ，通过分析比较防渗处理方案优缺点 ，大坝 坝体防渗加固最终采用薄型抓斗混凝土防渗墙方案，薄型液压抓斗成槽机械施工，防渗墙采用 低 弹模混凝 土，施工快 ，耐久性好 ，防渗效果好 ，可供类似 中小型水库除险加 固参考。 关键词 ：低 弹模混凝 土防渗墙 ；除险加 固；村 内水库 中图分类号 ： T V 6 9 8 ． 2 3 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 2— 3 0 1 1 ( 2 0 1 4) 0 3—0 0 5 0— 0 2 1 工程概况 安溪村 内水库位于晋江西溪支流龙 门溪 上游 ， 坝址以上集 雨 面积 1 8 ． 4 k m ，主河道 长 7 ． 1 5 k m， 比降 1 3 ． 0 8 ％ o 。水库加 固设计洪水标准 为 1 0 0年 一 遇 ，校核洪 水 标 准为 1 0 0 0年 一遇 ，正 常 蓄水 位 5 2 8 ． 4 8 m，设 计 洪 水 位 5 2 8 ． 4 8 m，校 核 洪 水 位 5 2 8 ． 5 1 m，死水位 5 0 4 ． 4 8 m。工程于 1 9 7 3年 6月动 工 ，1 9 8 1 年 8月竣工 ，是一座以灌溉为主 ，结合防 洪 、发电、养殖等综合利用 的中型水库 ，保护下游 人 口约 5万人 ，灌溉 2 ． 2 5万亩 。坝后有三级 电站 ， 总装机 5 1 0 0 k W。 大坝为粘土心墙堆石坝 ，坝 顶高程 5 3 0 ． 0 2 m， 防浪墙顶高程 5 3 0 ． 7 1 m。最大坝高 4 2 ． 5 0 m，坝顶 长 1 4 0 m，宽 6 ． 0 m，粘土心墙顶宽 3 ． 0 m。大坝迎 水坡设两级宽 1 ． 5 0 m平 台，背水坡设三级平台，分 别宽 1 ． 3 0 m、1 ． 8 3 m、7 ． 2 0 m，上下游坡面均为干 砌块石。 2 工程地质条件 水库区内属剥蚀低山丘陵地貌 ，地表植被发育 ， 库周地形坡度在 1 5 。～ 5 0 。 。 坝址地质构造以断裂为主 ，褶皱不发育。坝址 主要发育 3条断层 F 1 1 、F 1 2 、F 1 3 。F 1 1断层宽 2 ． 5 ～ 3 ． 5 m，发 育于坝址右 岸溢洪 道 中。F 1 2断层宽 收稿 日期 ：2 0 1 4— 0 2—1 7 5 0 0 ． 3— 0 ． 5 m，发育于坝址左岸。F 1 3断层宽 1 ～ 2 m， 发育于坝址河 中靠左侧。坝址 区节理较发 育，主要 有三组 ，走 向 分 别 为 N 6 5—8 5 。 W、N I O～3 0 。 E、 N 5 0～ 7 0 。 E 。受断裂密集 发育的影响 ，坝址 区岩体 破碎 。 3 大坝渗漏基本情况 经多年运行 ，村 内水库 大坝不均匀沉陷造成 坝 顶防浪墙断裂和迎水坡表面局部沉陷。由于部分干 砌块石风化 ，坝面呈中间凹的弧状 ，整体轻微沉陷。 经检测 ，坝体填筑土压实度为 8 0 ％ ～ 9 0 ％ ，低于规 范要求 ( 9 6 ％) ，渗透系数超过规范允许值 ( 1 ． 0 1 0 c m ／ s ) 。大坝观测 渗漏量约为 4 ． 5 l ／ ／ s ，渗漏量 较大 。受断层及节理密集带影响 ，坝址区岩体破碎 ， 裂隙发育 ，高程 5 1 0 m以上坝基岩体基本为强风化 状 ，透水率 2 0 ． 6 L u ，大坝存在坝基渗漏和两坝肩绕 坝渗漏问题。 4 大坝防渗处理方案选择 根据村 内水 库大坝实际情况 ，经初步分析 ，坝 基渗漏采用帷幕灌浆处理 ，即在 F 1 1 、F 1 2 、F 1 3断 层处采用双排孔进行帷幕灌浆 ；坝体防渗拟定薄 型 抓斗混凝土防渗墙 、高喷防渗板墙 、劈裂灌浆等三 个方案进行 比选 。 方案一：薄型抓斗混凝 土防渗墙方案。设计混 凝土防渗墙厚 0 ． 6 m，中心线长 1 4 0 m，塑性混凝土 渗透系数 1 O 。 。 ～1 0～ c m ／ s ，2 8天抗 压强 度 1～5 2 0 1 4年第 3期 MP a ，墙底插入坝基强风化基岩 2 ． 0 m。双坝肩渗漏 采用高压旋喷灌浆和帷幕灌浆进行 防渗处理 ，旋喷 桩桩径 0 ． 8 m，孔距 0 ． 6 5 m，灌浆孔深 1 0 ． 0～3 5 ． 0 m，钻孔深入坝基岩体 0 ． 5 m，喷浆压力 ≥2 0 MP a 。 高压旋喷灌浆与坝体混凝土防渗墙衔接 ，形成封闭 的防渗体系。 方案二 ：高喷防渗板墙方案。该方 案为坝体全 断面灌浆 、坝顶单管高压旋喷灌浆构筑垂直防渗墙。 旋喷桩单排 ，孔距 0 ． 6 5 m，灌浆深 1 0 ． 0～4 3 ． 0 m， 钻孔深 入坝基岩体 0 ． 5 m，喷浆压力 ≥2 0 MP a 。双 坝肩渗漏 问题采用 高压旋 喷灌 浆 防渗 墙进行 防渗 处理 。 方案三 ：劈裂灌 浆 方案。灌浆 范 围长 1 4 0 m， 沿坝顶布置双排孔 ，排距 1 ． 5 m，第一排劈裂灌浆 孔布置在距坝顶上游面 2 ． 2 m处 ；河床段桩号坝 0 + 0 4 7 ． 0一坝 0+1 1 7 ． 0，孔 间距 5 ． 0 m；岸坡段桩号 坝 0+ 0 0 0 ． 0 0～坝 0+ 0 4 7 ． 0及坝 0+1 1 7 ． 0～坝 0+ 1 4 0 ． 0 0 ，孔间距 3 ． 0 m；灌浆孔深为坝顶至坝底 面， 灌注材料为粘土浆。双坝肩渗漏问题采用高压旋喷 灌浆防渗墙进行防渗处理。 根据水库地形地质条件 和大坝漏水情况 ，综合 考虑工程加固、施工质量及 防渗效果等因素 ，大坝 坝体 防渗加固最终采用薄型抓斗混凝土防渗墙方案。 该方案施工方法较成熟，工程质量可靠，耐久性好 ， 防渗效果可靠。 5 低弹模混凝土防渗墙试验研究 在混凝土防渗墙发展过程中 ，普通混凝 土由于 强度较 低 ，弹模较 大，不 能和基 础的变形相 协调 ， 承受荷载时易产生应力集 中而破坏 ，因此 ，降低混 凝土的弹性模量成为解决该问题的关键 。为避免混 凝土防渗墙破坏 ，改进 防渗墙混凝 土材料性能 ，研 制适应不同工程条件的低 弹模新型混凝 土防渗墙材 料极为必要。 5 ． 1 低弹模混凝 土防渗墙物理 力学指标 防渗墙墙体采用二级级配掺膨润土 ，以降低混 凝土的强度和弹性模量 ，但掺量不能大于 3 0 ％ ，同 时可大量掺入粉煤灰 和适量引气剂与减水剂。低 弹 模混凝土防渗墙主要设计参数如下 ：2 8 d龄期试块 的抗压强度／>5 MP a ，抗拉强度 >t0 ． 5 MP a ，抗压弹 性模量 3 0 0 0～ 5 0 0 0 MP a ，极限水力坡降 ／>4 0 0 ，墙 身渗透系数≤1 X 1 0 ～e m ／ s ，拌和物性能扩散度 3 4 0 ～ 4 0 0 mm。 5 ． 2 试配原材料 ( 1 )水 泥 ：采 用红狮 牌复 合硅酸 盐 3 2 ． 5 R水 泥 ，其物理性能检测结果符合 《 通用硅酸盐水泥》 ( G B 1 7 5— 2 0 0 7 )标准要求。 ( 2 )膨润土 ：采用 “ 冠豸山”牌优质纳基膨润 土粉 ( I I ) ，其 性 能 指 标 检 测 结 果 如 下 ：含 水 率 1 3 ． 1 ％ ，液 限 4 0 0 ． 5 ％ ，塑 限 1 1 6 ． 7 ，塑 性 指 数 2 8 3 ． 8 ，粘粒含量 9 3 ． 7 ％ ，达到优质要求。 ( 3 )骨料 ：河砂及碎石 。二者性能指标检测结 果均符合 《 水工混凝 土施工规范》 ( D L ／ T 5 1 4 4— 2 0 0 1 )中混凝土用细 、粗骨料技术指标要求 。 ( 4 )外加剂 ：采用福州君安建材有 限公司生产 的Y S 型聚羧酸缓凝高效减水剂，其性能指标检测 结果符合 《 聚羧酸系高性能减水剂 》 ( J G ／ T 2 2 3— 2 0 0 7 )中缓凝型合格品的技术指标要求。 5 ． 3 低 弹模 混凝土试配试验结果 根据低弹模混凝土设计指标和 《 水利水 电工程 混凝土防渗墙施工规范》 ( D L ／ T 5 1 9 9—2 0 0 4 )有关 要求 ，本配合 比 2 8 d室 内试配强 度按 不小 于 7 ． 4 MP a 设计 ( 设计 2 8 d混凝 土实际强度标准值取 5 ． 0 MP a ，施工混凝土强度保证率取 8 0 ％ ，因水下浇筑 对混凝土实际强度的不利影响 ，提高室 内试配强度 1 5 ％) 。从表 1 看 ，三种 配合 比的各项指标 符合设 计要求 。 表 1 低 弹模混凝土试配性能指标试验结果 ( 下转第 5 4页) 51 2 0 1 4年第 3期 合的防腐技术 。 ( 1 )砂浆保护层加厚。根据 《 预应力钢筒混凝 土管》 ( G B ／ T 1 9 6 8 5—2 0 0 5 ) ，P C C P管砂浆保护层 厚 2 0 mm。莆 田金钟水利枢纽引水配套工程 P C C P— E管道外砂浆保护层在国标基础上加厚 5 m m。加厚 砂浆实施质量标准与检测要求与原砂浆质量一致， 确保管材质量标准不下降 ，耐久性得到提高。 ( 2 )防腐涂层。P C C P—E管外壁设计 防腐涂料 先采用环氧封闭漆一道 ，后采用厚浆型环氧沥青涂 表 1 P C C P—E外防腐涂层设计指标 项目 环氧沥青涂料 试验方法 体积 固体含量／ ％ ≥8 5 G B ／ T 1 7 2 5—2 0 0 7 比重 ( 基料 ) ／ ( g ／ m 1 ) 1 ． 3～1 ． 5 G B ／ T 6 7 5 0—2 0 0 7 表 干／ h ≤3 ． 0 干燥 时间 G B ／ T 1 7 2 8— 8 9 实干／ h ≤1 2 [~／ M P a ( 底 土) G B ／ T 5 2 1 0_ 2 0 0 6 柔韧性／ m m ≤2 G B ／ T 1 7 3 1 —1 9 9 3 耐冲击／ c m 5 0 G B ／ T 1 7 3 2— 1 9 9 3 耐磨性 ( 7 5 0 l O 0 0 r ) ／ g ≤0 ． 1 G B ／ T 1 7 6 8— 2 0 0 6 抗 鸯 子 遵 性 (、 d ) ≤ 5 1 0 ～ J Y J 2 7 5 — 2 0 0 0／ ( m g ／ ( c m d ) ) 耐盐雾 1 0 0 0 h 防腐层外观无变化 G B ／ T 1 7 7 1 —2 0 0 7 耐水性 l O 0 0 h 防腐层外观无变化 G B ／ T 1 7 3 3—1 9 9 3 料 两 道 ，干 膜 厚 度 各 2 0 0 ~ m，总 干膜 厚 度 大 于 4 0 0 ~ m。环氧沥青涂料技术要求见表 1 。 ( 3 ) 阴极保护 。P C C P—E管 阴极保护的牺牲 阳 极选用带状 高纯锌 阳极 。2条带状锌 阳极平行埋设 于 P C C P—E管两侧 ，保护管道内的钢筒和预应力钢 丝。锌 阳极选择 《 埋 地钢质 管道 阴极保 护技术 规 范》 ( G B ／ T 2 1 4 4 8—2 0 0 8 )标准中高纯锌型 ，开路 电位 一1 ． 1 0 V ( 相对 S C E ) ，理论 电容量 8 2 0 A h ／ ，发生 电容量 5 3 0 A h ／ k g ，电流效率≥6 5 ％。锌 阳极带截 面尺寸 2 5 ． 4 m m 3 1 ． 7 5 h i m，钢 芯直径 4 ． 7 0 mm，阳极带线质量 3 ． 5 7 k g ／ m，标准卷长 1 0 0 m，钢芯中心度偏差 2 m m。 5 结语 随着我 国经济 的发展 ，P C C P管 的应用将越来 越广泛 。受 自身因素及地理环境制约 ，P C C P—E管 如不采取有效的防护措施 ，随着使用 时间 的延长 ， 将导致钢丝及钢筒的腐蚀 ，进而发生穿孔渗透甚 至 爆管 ，影响管道 的安全运行 ，因此 ，了解 P C C P—E 管的腐蚀机理与防护措施非常重要 。P C C P—E管在 莆 田金钟水利枢纽配套 工程 中的应用 ，其 防腐措施 可供今后 P C C P— E工程参考。 作者简 介：王 喜凤 ( 1 9 7 4一) ，男，福 建 莆 田 人，工程师，从事水利工程建设与管理工作。 I、 靠 写 写＼! ＼ ! ． 、 石＼ - 、 ＼! ll 、 ＼ ； _l 、 I 、 ＼ ! - 、 - 、 I 、 石 、 l 石 ＼! l， ^＼ 、 蛤 ( 上接 第 5 1页) 6 防渗墙质量及运行情况评价 根据试验结果 ，最终采用混凝土配合 比 HP 0 9 3 6 — 2方案施工。2 0 0 9年 1 O月 5日，采用超声波检测 防渗墙 1 、2 、8 、1 0 ～1 2 槽段共 6个孔 的墙体 均质性和密实性 。检测结果如下 ：被检测段混凝土 均质性 、密实性较好 ；1 、2 槽段问 、1 0 ～1 2 槽段 间无明显泥夹层 ；孔 2和孔 3混 凝土与岩面结 合情 况较好 ，符合设计要求。采用高密度 电阻率法和多 道瞬态面波相结合 的勘探方法在坝体心墙及山体的 接触部位探查渗漏或淘空情况 ，结果表明，坝体心 墙及 山体的接触部位渗漏情况明显好转。 防渗墙混凝土芯样检测结果如下 ：2 、1 0 槽段 芯样抗压强度平均值 分别为 1 2 ． 8 MP a 、1 2 ． 6 MP a ， 抗拉强度平均值分别为 1 ． 1 1 MP a 、1 ． 0 9 MP a ，抗 渗 5 4 等级均小 于 1 x 1 0 ～ c m ／ s ，水 力坡 降均 大于 4 0 0 ， 满足设计要求 。2 槽段 1 0 5 d芯样弹性模量为 4 4 1 0 MP a ，1 0 槽段 7 5 d芯样弹性模量为 4 3 5 0 MP a ，达 到设计要求。 本工程经近三年运行与监测表明 ，加 固处理效 果达到设计要求 ，整体工程质量较好 。 7 结语 安溪村内水库大坝除险加 固实践表明 ，中小型 水库大坝除险加固工程防渗墙采用薄型液压抓斗成 槽机械施 工，防渗墙采 用低弹模混凝 土 ，施工快 ， 耐久性好 ，防渗效果好 。该工程所采用 的薄型液压 抓斗成槽 的低弹模混凝土防渗墙施工技术对类似的 中小型水库大坝除险加 固具有一定的参考意义 。 作者简介 ：苏炳 煌 ( 1 9 6 3一) ，男 ，福 建 安溪 人 ，工程师，从事水利建设与管理 、防汛抗旱工作。