低弹模混凝土防渗墙在三溪水库主坝除险加固中的应用.pdf

2 0 1 2年第 1 低 弹 模 混 凝 土 防 渗 墙 在 三 溪 水 库 主 坝 除 险 加 固 中 的 应 用 郑 明 ( 长乐市水利局 ，福建 长乐3 5 0 2 0 0 ) 摘要：三溪水库主坝防渗处理采用低弹模混凝土防渗墙。该文对低弹模混凝土防渗墙设计、施 工进行总结，并对除险加 固效果进行分析 ，可供类似工程参考。 关键词 ：低弹模混凝土防渗墙 ；粘土心墙土石混合坝；除险加 固 中图分类号 ： T V 6 9 8 2 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 23 0 1 1 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 6 3 0 2 1 工程概况 三溪水库位于长乐市江 田镇三溪村 ，枢纽工程 由主坝 、副坝 、正常溢洪道 、非常溢洪道 、输水 涵 洞 、坝后 电站等建筑组成。 水库主坝 是粘 土心墙 土石 混合 坝 ，坝顶 高程 5 1 0 0 m，最 大 坝高 3 4 0 0 m，坝顶 长 2 2 0 m，宽 8 6 0 m。大坝上 游侧设 防浪墙 ，顶 高程 5 2 1 0 m。 大坝 迎 水 坡 坡 比为 1 ： 2 5 0 ，在 高 程 3 6 0 0 m 和 2 7 0 0 m处设有宽为 1 0 0 m的马道 。大坝背水坡边 坡 比从上 到下依次为 1 ： 2 0 0、1 ： 2 0 0 、1 ： 2 5 0 ，在 高程 4 O 5 0 m和 3 0 5 0 m处设有 宽为 2 m的马道。 心墙顶高程 5 1 0 0 m，底高程 1 7 0 0 m，顶宽 5 3 0 m，上游坡 比为 1 ： 1 0，下游坡 比为 1 ： 0 5 。心墙和 坝壳堆石体 间，上游 为沙壤土代 替料，坡 比为 1 ： 1 2 ； 下游为堆填 圆砾和代替料 ，坡 比为 1 ： 1 3 5 。 坝坡均采 用于 砌块石 护坡 ，坝基 地质 为强风 化花 岗岩。 枢纽工程于 1 9 5 9年 1 0月竣工 ，经过 五十多年 的蓄水运 行 ，存在不少 问题。经安全鉴定 ，主坝为 三类坝 ，主要问题是 粘土 心墙渗 透系数 为 5 9 4 1 0 6 0 4 1 0 一c m s ，不满足规范要求 ，坝体 防 渗性能差 ，存在渗漏 ，且存在 坝基和左坝肩绕坝渗 漏。经方案比较 ，决定采用低 弹模混凝土防渗墙处 理坝体及坝基渗漏。防渗墙造孔采用 冲抓法施工 ， 混凝土采用泥浆下直升导管法浇筑。 2 防渗墙设计 ( 1 )平面 布置 ：防渗墙采 用 沿坝 轴线上 游侧 收稿 日期 ：2 0 1 2 0 11 6 1 5 7 5 m位置全坝段布设 ，为截断左坝肩绕坝渗漏 ， 防渗墙往左坝段岸坡延伸 1 5 m，桩号 00 1 5 0+ 2 1 5 ，全长 2 3 0 m。防渗墙截面型式为槽孔型 ，分两 期 (I、 两序 )施工。除左 右岸各一个槽段外 ， 其余单个槽段长8 m，共分为2 9个槽段，其中 I 序 槽孔 1 5 个槽段，序槽孑 L 1 4 个槽段。 ( 2 )墙体设计 ：低弹模混凝土防渗墙是在混凝 土中加入适量膨 润土，使它 比普通混凝 土弹性模量 小很多 ，与周边弹模相近 ，适应土体变形 ，大大减 少墙体内的应力，避免开裂，同时具有一定的强度 和 良好 的抗渗性能。为满足抗渗强度要求 ，计算墙 厚为 4 3 e m，根据施工机具及耐久性 ，墙体厚 度定 为 6 0 a m。 ( 3 )墙深设计 ：左岸 坝基 位 于强风化 花 岗岩 上 ，河床及右岸坡坝基位 于弱风化花 岗岩顶板上 ， 因此桩号 0 0 1 5 0+0 7 8开槽深至强风化下限以下 0 5 m，桩号 0+0 7 8 0+2 1 5开槽深至坝基面 以下 0 5 m。钻 孑 L 深 度 为 2 53 0 9 4 m，平 均 深 度 1 8 5 5 m 。 ( 4 )低弹模混凝土防渗墙设计指标 ：2 8天抗压 强度 不小 于 5 M P a ；2 8天 弹性模 量 3 0 0 05 0 0 0 MP a ；渗透系数 k 1 1 0一 c m s 。 ( 5 )配合比确定 ：经试 验，确定低 弹模混凝土 防渗墙配合比见表 1 。 3 防渗墙施工 3 1 施 工 工 艺流 程 修建施工平台一导向槽混凝土浇筑 槽段划分、 放样一冲、抓造孔一清孔验收 接头管、导管安装一 防渗墙混凝土浇筑 墩 接头管 下一槽段循环施工。 63 2 0 1 2年第 1期 3 2施 工 方 法 3 2 1 施工平台填筑 施工平台是造孔成槽 的工作平 台和运输道路及 现场仓库。防渗墙施工前 ，将坝顶高程 降低 1 8 0 m 至 4 9 2 0 m 高 程 ，并 用 挖 机 碾 压 密 实 ，形 成 宽 1 3 1 5 m的施工平 台。其 中钻机行走平 台设在防渗 墙上游侧 ，宽 5 1 5 m；下游侧施工平 台宽 8 m，要 行走重型机械设备 、吊机及修补钻头 、出渣等。 3 2 2 导向槽布置及导墙结构 导向槽和导墙是在施工平台中修建的临时墙体 ， 其作用是造孔时的导 向、槽孔 中心部位与高程 的定 位控制 、泥浆贮存液 面保持、保护槽孔上部孔 壁不 坍塌等。综合 考虑地质条件 、施工方法 、槽孔深度 等因素 ，导 向槽沿防渗墙轴线 布置 ，宽 0 8 m，深 1 0 m，内外两侧的导墙为厚 0 3 m的现浇 c “ 倒 L型”混凝土结构。 3 2 3防渗墙造孔 ( 1 )防渗墙造孔从河床最深处槽段开始，按两 序跳槽法向两岸分 向进行造孔施工 。两序跳槽施工 方法是先钻 I 序单号槽段孔 ，后钻 序双号槽段孔 。 ( 2 )防渗墙造孔采用 冲抓法施工 ，首先用冲击 钻将槽两端钻到设计高程 ，然后用 S H 4 0 0液压抓斗 机将中间部分土方抓到槽外 自卸车上运到弃渣 场。 S H 4 0 0液压抓斗机抓斗宽 5 8 c m，长 2 8 m，斗容为 0 91 8 m ，具有纠偏功能 。 ( 3 )当施工至需入岩石方槽段，液压抓斗将 出 口内土方抓完后 ，将冲击钻骑在导向槽上布置 ，按 照从低往高 的分 向，将整 段槽孔钻 至入岩 5 0 c m。 冲击钻骑在导向槽上布置方法如下 ：先在导 向槽两 侧垫上枕木作轨道 ；在枕木上 吊装两根冲击钻行走 钢管 ；将冲击钻 吊装放在行走钢管上 ；利用冲击钻 自身的导向滑轮和卷扬机进行冲击钻 的前后左右方 向移动与调整。 ( 4 )在冲抓造孔作业中 ，及时不断地 向槽孔 内 补充新鲜泥浆，使泥浆面始终保持在导向墙顶面以 下 3 0 5 0 e m，孔 内泥浆密度不大于 1 1 g e m 。 6 4 ( 5 )液压抓斗机操作时要注意以下 问题 ：抓斗 出入导墙 口时要轻放慢提，防止泥浆掀起波浪 ，影 响导墙下面 、后面 的土层稳定 ；挖 槽机具挖土时 ， 悬吊机具的钢索不能松弛，一定要呈垂直张紧状态 ， 这是保证挖槽垂直精度的关键 ；挖槽作业中，要时 刻关注倾斜仪器的动 向，及时纠正垂直偏差；单元 槽段成槽完毕或暂停作业时 ，即令挖槽机离开作业 槽段 。 3 2 4泥浆固壁 防渗墙采用膨润土泥浆 固壁 ，维持槽孔成墙过 程 中槽孔孔壁的稳定 。膨润土泥浆指标如下 ： 浓度 ： 4 5 ( 1 0 0 k g水中含膨润土重量) 密度 ： 1 1 g c m 漏斗粘度 ：3 0 9 0 S 塑性粘度 ： 2 0 c p 分钟静切力 ：1 4 1 0 N m P H值 ：9 51 2 为保质保量供应泥浆 ，按设计 和试验 配合 比， 用 0 4 m 立式高速搅拌机制浆。泥浆循环采用 $ 3 2 0 型泥浆泵输送 ，4 P L型泥浆泵 回收 ，由泥浆泵和软 管组成泥浆循环管路。 3 2 5清孔换浆 清孔换浆分两步进行 ，先用抓斗掏取大颗粒沉 淀物 ，再用 $ 3 2 0型泥浆泵抽取孔内泥浆 ，经泥浆净 化机处理后 ，浆液返 回槽孔内循环。为改善泥浆性 能指标 ，清孔换浆过程 中，相应向孑 L 内注入 、补充 部分新鲜浆液。清孔应达到标 准 ： 淤积厚度不大 于 1 0 c m；使用膨润土浆液时，孔 内密度不大于 1 3 g c m ，粘度不大于 3 0 S ，含砂率不大于 1 0 。 3 2 6混凝 土浇筑 混凝土浇筑采用泥浆下直升导管法浇筑。槽孔 验收后 ， I序孔 吊装 和 固定 所浇 槽段两 端接头 管 ( 序孔在 I序孔浇筑完成 后进行，用专用钢丝刷 将 I 序槽混凝土刷成毛面) ，然后吊装内径 + 2 5 0 mm的下料导管。一个槽 段安装两个下料 导管，安 装位置如下 ：距接头管 1 5 m，导管 ( 下转第6 8页) 2 0 1 2年第 1 期 观及河道岸边建筑物的安全等 因素后确定的最小控 制范围，一般关于河道中心线对称。 ( 2 )河道蓝线的立面控制要素。河道蓝线的立 面控制要素也是河道蓝线的重要组成要素 ，主要是 河道断面控制，是根据水利规划确定 的河道过水能 力要求而拟定 的最小河道断面 ，一般概化为梯形断 面进行控制，由河底高程、河底宽度 、河道边坡和 河 口高程等主要要素组成。满足过水能力要求的河 段可以优化断面形式 ，结合陆上规划局部放大断面 、 设置亲水建筑等。提倡亲水边坡和生态护岸。 ( 3 )河道附属工程控制线。河道附属工程控制 线同样是河道蓝线的重要组成要素。河道 附属工程 主要指规划或 已建 的水 闸、泵 站等防洪排涝工程 ， 是河道工程得 以正常运转 、发挥综合效益 的关键性 工程 ，与河道工程一起构成一个整体 ，在河道蓝线 编制工作中也应予以规划控制。 4 加强河道蓝线的管理与保护 ( 1 )完善法规 ，加强宣传。依据有关法律法规 要求 ，建立健全河道治理、岸线利用与保 护相结合 的机制，制定与 河道管理条例等河道管理相关 法律法规相配套 的城市河道管理条例或实施 办法 ， 建立部门统筹 、综合管理的措施及政策制度 ，不断 完善河道管理保护法规。加强宣传，提高干部及群 众水面 、岸线利用保护意识 。 ( 2 )科 学控制 ，强化管 理。城 市蓝 线一经 划 定 ，不得擅 自调整。确需调整 的，应 当经有关部 门 同意。整治河道 、修建堤岸的工程及各类跨河 、临 河等涉河工程应 当严格按照批准 的蓝线规 划实施 ， 并跟踪监督检查。河道蓝线管理 范围内的土地划定 为规划保 留区 ，严格实行新上项 目报审制度 ，确需 建设项 目应当按照基本建设程序报请水利 、规划等 部门批准。 ( 3 )严格执法 ，加强监督 。加强各主管部门的 行业管理 ，规划 、土地 、水利等部门应 明确部门职 责，建立部门联动机制 ，加强部门间的沟通与协调 ， 定期开展河道蓝线 的监督、执法专项检查 ，协同配 合查处非法建设行为。在蓝线范 围内，不符合岸线 控制利用和保护管理规划的一切行为都应依法查处。 不符合蓝线规划要求 ，影 响防洪抢险 、除涝排水 、 引洪畅通 、水环境保护及城 市河道景观 的建筑物 、 构筑物及其他设施应当限期整改或者予 以拆除。 作者简介：张碧钦 ( 1 9 7 1一) ，女，福 建 莆 田 人 ，助理工程师，从事水利水电管理工作。 石 写 石 # 石 石 石 石 石 ( 上接第6 4页)间距不大于 4 0 m，导管底 口距槽 底控制在 1 5 2 5 c m范围内。导管采用专用提升架 下放和提 升，浇筑 时导管埋 人混 凝土 深度不小 于 1 0 1T I ，且不宜大于 6 0 m。混凝土浇筑完毕后 ，待 混凝土初凝后 ，用液压顶升架将接头管拔出槽孔外 存放 ，以备下一槽段使用。 4效果分析 防渗墙达到龄期后 ，对 2 5 槽孔 、2 2 槽孔 、8 槽孔进行钻孔取芯试验 ，试验结果 ( 见表 2 )满足 设计要求 。 表 2 防渗墙钻孔取芯试验 结果 槽孔 2 5 2 2 8 钻孔 深度 m 2 0 4 2 3 2 6 7 2 2 4 抗压强度平均值 MP a 4 66 1 5 6 6 9 5 1 6 4 弹性模量平均值 MP a 4 2 3 4- 4 9 4 8 4 5 2 1 5 4 1 5 4 2 6 1 4 9 9 7 渗透系 平均值 3 7 9 9 3 0 1 0 6-5 0 0 4 4 0-9 3 5 6 8 采用地面雷达和面波仪对主坝 防渗墙探测结果 表明，坝体防渗墙连续性正常 ，整体性正常 ，不存 在影 响连续防渗墙防渗性能的裂缝。 5 结语 2 0 0 8年我省利用第二批 国债对 l 6座 中型及 以 上水库大坝进行除险加 固，首次应用低弹模混凝土 防渗墙技术处理大坝渗漏问题 ，三溪水库主坝在此 列 中，处理效果 良好。低弹模混凝 土与普通混凝土 相 比，具有较大的塑性和柔性 ，能适应 土体变形 ， 大大减少墙 体 内的应力 ，避免开裂 ，又节约水泥 ， 降低成本 ，具有极高的推广价值 。由于首次在我省 应用 ，也存在一些问题 。如 ：2 8天弹性模量类 比国 内已建工程经验 ，原设计为不大于2 0 0 0 MP a ，但经 试验 ，无法达到 ，后改 为 2 8天弹性模量为 3 0 0 0 5 0 0 0 MP a ，其弹性模量指标有待进一步优化。 作者简介 ：郑 明( 1 9 6 2一) ，男，福建长 乐人， 高级工程师，从事水利工程建设 与管理工作。