混凝土防渗墙在大清沟水库除险加固工程中的应用

2011-08-08孙殿文刘春洋刘福春

东北水利水电 2011年1期

孙殿文，刘春洋，刘福春

（1.辽宁省阜新市水利局，辽宁阜新 123000；2.辽宁省彰武县水利技术推广中心站，辽宁彰武县 123200；3.辽宁省阜新市清河门区河西镇水利站，辽宁阜新 123000）

1 工程概况

大清沟水库位于辽河水系柳河左侧一级支流大清沟河下游处，距入柳河口1.5 km。水库控制的全流域均为内蒙古科尔沁沙丘区，年径流多为降水入渗后通过深度下切的河岸补给。坝址以上实测产流面积15.0 km2，总库容1 120 万 m3。

大清沟水库始建于1958年4月，经过五十多年的长期运行，累积病险问题逐年加重：大坝上游护坡块石风化破碎严重，下游排水体淤堵失效；坝体浸润线逸出点高，渗漏严重；泄洪洞进水塔框架断裂，闸门启闭不正常；溢洪道悬槽井柱、槽体断裂，闸门与启闭机老化等，已经对水库安全构成威胁。

2003年经水利部大坝安全管理中心鉴定复核为三类坝，2005年列入国家水库除险加固工程投资计划，2006年开工建设。

2 混凝土防渗墙的应用条件

2.1 大坝基本情况

大清沟水库大坝为均质土坝，最大坝高23.5 m，筑坝材料取自大坝两端的沙丘，均为第四系级配不良中沙，粒径在0.005～2.0 mm之间，渗透系数 2.66×10-4cm/s。

实施除险加固工程前的高库水位时，大坝浸润线在下游坡上逸出，坡面积水深度近20 cm，坝脚多处出现管涌先兆，下游坝坡多次产生塌坑，大坝处在十分危险的境况。为此，解决坝体渗透与稳定是本次水库除险加固的核心内容。通过分析筑坝材料、坝基地质、运用方式等条件，计算大坝的渗流稳定，确定在大坝轴线上实施混凝土防渗墙的加固方案。

2.2 混凝土防渗墙设计

本次设计混凝土防渗墙厚0.3 m，墙高25.0 m（其中坝高21.5 m、坝基深3.5 m），轴线长380.0 m，防渗体总面积9 486 m3。

1）混凝土防渗墙厚度

本次设计参照《大坝基础防渗墙》中墙体厚度计算公式。最高库水位168.02 m，河底高程147.0 m，下游无水，故作用在防渗墙上的最大水头差ΔHmax为21.02 m；取抗渗坡降安全系数K为4.0、防渗墙渗透破坏坡降Jmax300，混凝土防渗墙计算厚度δ为0.3 m。由于沟槽施工超挖的原因，实际墙体厚度约0.4 m。

2）墙体混凝土配合比

借鉴国内外已建设大坝防渗墙的各种材料，结合大清沟水库大坝的工程条件，选择普通混凝土为防渗墙体材料，混凝土强度等级C20、抗渗等级W8。

混凝土配合比：32.5普通硅酸盐水泥360 kg/m3、河沙877 kg/m3、小碎石950 kg/m3、水163 kg/m3、外加剂3.6 kg/m3，水灰比 0.45。

3 混凝土墙防渗效果的分析

大坝混凝土防渗墙工程于2006年8月15日开工建设，同年11月8日全部完工，历时86 d。为检验混凝土墙的防渗效果，对混凝土防渗墙建设前与后，库水位基本相同时原测压管中排2至4号孔、西排2至4号孔的九组观测资料进行对比，从测压管内水位高度变化情况，分析防渗墙的工作效果。

通过对大坝浸润线实测资料的对比分析，结果是：

防渗墙实施前与后，库水位在164.40 m时，中排测压管的两次水位变化差值：2号管（坝上部）4.02 m，4号管（坝下部）0.64 m；西排测压管的两次水位变化差值：2号管2.72 m，4号管0.58 m。库水位在162.62 m时，中排测压管的两次水位变化差值：2号管2.64 m，4号管0.33 m；西排测压管两次水位变化差值：2号管2.09 m，4号管0.33 m。其他7组库水位介于164.40～162.62 m之间，变化规律与上述两组一致。

同一库水位，混凝土防渗墙建设前后，测压管内水位有较大变化，库水位越高,水位差值越大；西排测压管比中排测压管内水位变化幅度小；库水位越高，中、西两排测压管内水位变化幅度差值越大。其原因为西排测压管受西侧高沙丘地下水及坝肩绕渗补给影响所致。

防渗墙建设前后的浸润线与渗透水量情况：

1）大坝浸润线的对比

依据一般渗流公式计算防渗墙施工前后的大坝浸润线，同一水平位置，浸润线高度下降很大；坝后160 m处，浸润线高度下降近10 m，充分显现了混凝土墙的防渗效果。计算结果见表1。

2）大坝渗透水量的对比

根据观测资料，大清沟水库原年渗漏水量达93.1万m3。在大坝设置棱体排水的情况下，计算加固前通过坝体和坝基的单宽渗流量；加固后，由于混凝土防渗墙的渗透系数小，渗流通过墙体后水头损失大，浸润线形成较大跌落，忽略上游坝体的水头损失，计算防渗墙的渗流量见表2。

混凝土防渗墙实施后与实施前，大坝单宽渗漏量相差751倍。

4 结语

通过对实测资料的对比分析，得出：大清沟水库坝体混凝土防渗墙工程的实施，大幅度降低了大坝浸润线，减少了大坝渗漏水量，消除了大坝渗透破坏的隐患，实现了除险加固工程的目标。实践证明，混凝土防渗墙是解决科尔沁沙漠区域中细沙均质坝渗漏的有效措施，该工程方案具有施工技术先进，施工方法可靠，运行年限长久，投资经济合理，保证大坝安全等优点。