城固县堰沟河水库大坝混凝土防渗墙施工方法探讨

2016-10-21丁文建

陕西水利 2016年5期

关键词：河水库心墙除险

丁文建　王　严

（城固县水工队陕西城固723200）

城固县堰沟河水库大坝混凝土防渗墙施工方法探讨

丁文建王严

（城固县水工队陕西城固723200）

堰沟河水库是城固县综合利用的重点小（一）型水库，但坝体心墙高度不符合规范要求，以及坝体出现的渗水问题影响其正常运行及坝体安全和下游安全。本文着重对堰沟河水库大坝除险加固施工方案进行论述和比较分析，以期对水库大坝除险加固有一定借鉴意义。

水库；大坝；防渗墙；方案；探讨

1　工程概况

城固县堰沟河水库位于汉江一级支流堰沟河出谷口处，属河谷型水库。坝址位于三合镇余观村，距县城3km。水库于1969年9月动工，1974年5月建成并投入运行。坝址以上控制流域面积147km2，总库容515万m3，其中设计核定兴利库容180万m3，滞洪库容200万m3，死库容20万m3。水库设计灌溉面积1.0万亩，有效灌溉面积0.71万亩，是一座以农田灌溉为主，兼防洪、发电、水产养殖等综合利用的小〈一〉型水库。

水库枢纽工程属四等，主要建筑物级别为四级。主要包括心墙大坝，溢洪道和放水建筑物三部分组成。最大坝高27.1m，坝顶宽5m，坝顶长120m，坝顶高程530.60m。开敞式侧堰溢洪道位于左岸山坡，基本与土坝轴线垂直，泄流段由三级陡坡跌水组成。溢流堰顶高程523.50m（原堰顶高程521.0m），设计堰顶宽35m，实测原堰顶宽仅26m，溢洪道渠槽宽22m，一级跌差14.53m，二级跌差5.5m，三级跌差2.0m，总跌差23.1m，总长度454 m。输水建筑物由放水塔和放水涵洞组成，位于大坝右端。无压涵洞长84m，设计引水流量为3m3/s，输水洞进口高程511.00m，放水塔高19.6m（原塔高16.4m），启闭机室地面高程530.60m。

堰沟河水库保护下游城固县城、三合镇、阳安铁路、108国道、316国道、西汉高速公路以及9.5万人口与1.5万亩农田。

2　大坝存在的主要问题

大坝结构存在严重缺陷（心墙高度不满足《规范》要求，坝基渗流稳定超限），原心墙高程523m，设计水位下心墙高程需528.3m，心墙需加高5.3m；校核水位下心墙高程需529.4m，心墙需加高6.4m。洪水期间大坝背水坡524m高程以上2m～3m渗水严重。2005年水库除险加固设计时，遵照水库除险加固的同时兼顾工程效益的原则，根据径流调节计算成果，水库正常蓄水位须在523.50m高程才能满足灌区用水需要，水库调洪计算成果表明：在大坝不加高的情况下，正常蓄水位可抬高3.10m，具有增加兴利库容的空间；正常蓄水位由521.0m提高到523.50m，坝高能满足要求，大坝上下游边坡稳定安全系数亦可满足，原溢洪道亦具备溢流堰加高条件；说明正常蓄水位由521.0m提高到523.50m是可行的。故确定正常蓄水位523.50m，以满足灌溉用水要求。为满足灌溉需求堰顶加高到523.5m，心墙需加高至529.4m才能满足规范要求。另外，迎水坡砌护高度不够，原砌护破烂损坏严重，出现渗漏现象。

3　工程地质概况

工程区位于秦岭与巴山之间杨子准地台北部边缘之“汉南台拱”中部地段。岩性以比较单一的下元古代末期侵入汉南杂岩体构成，地壳运动以间歇性上升为主，区域构造比较简单。主要断层北部为洋（县）～勉（县）断裂，距测区直线距离大于6 km；南部为二里坝～曹家坝断层，该断层走向N75°W，延伸长度约150km，在二里坝尖灭，距测区直线距离大于10km。

工程区位于下元古代侵入的花岗岩岩基上，远离区域性活断层，区域构造基本稳定。地震基本烈度建议为6度。

4　大坝坝体防渗方案

堰沟河水库除险加固初步设计中，大坝除险加固列出三种方案：粘土心墙防渗方案（方案一）；槽钻钻孔现浇砼防渗墙方案（方案二）；帷幕防渗方案（方案三）进行比较。

4.1粘土心墙防渗方案

粘土心墙防渗方案（方案一）主要通过大开挖，挖运走原粘土心墙以上的透水砂质土，裸露出原心墙，在其上回填粘土并碾压达到设计密度。达到设计高度后，进行原坝壳土碾压回填。优点是防渗效果好，施工简单。缺点是施工期长，土方量大，需放空水库，影响灌溉，受夏季汛期影响，只能冬季施工。鉴于坝顶又是水库上游当地村庄主要交通道路，长期施工严重影响上游村民出行及农产品运输，建议不采用此方案。此方案经概算需坝体土方开挖9360m3，粘土心墙回填土1785m3，坝体回填土6455m3，修建交通便道8.0万元，总投资60.60万元。

4.2槽钻钻孔现浇砼防渗墙

槽钻钻孔混凝土防渗墙是在松散透水地基或土石坝坝体中连续钻孔成槽的桩柱型防渗墙，以泥浆固壁，在泥浆护壁下现浇筑砼而成，起防渗作用的连续墙。

堰沟河水库大坝现状，槽钻钻孔现浇砼防渗墙（方案二），采用C15素混凝土防渗墙进行防渗加固处理方案。经计算选用钻孔孔径600mm，4.4m接头孔一眼，孔径800mm。防渗墙的优点在于防渗效果可靠，墙体的渗透和力学性能可根据地质和结构进行设计和控制，可以适应各种地质条件，最大优点可以在施工时不需要放空水库，不会影响灌溉和水库的其他使用功能，防渗效果好；土石方工程量小。但施工规模大、技术要求高，一旦开工要求连续作业。缺点：工序多，防渗墙为隐蔽工程，若发生质量问题，重新处理比较困难。堰沟河水库大坝除险加固槽钻钻孔混凝土防渗墙方案经概算：槽钻成槽120m；砼防渗墙672m3，回填土220m3，交通便道3万元，其他费用4万元，总投资57.43万元。

鉴于此方案防渗效果好，及考虑渗漏带来问题的严重性，加之造价较低，推荐选用此方案。比选过程如表4-1所示。

4.3帷幕防渗

帷幕防渗优点是：不破坏原坝体；工期短，工序少；施工干扰小。缺点是：防渗效果欠佳；投资较大。堰沟河水库大坝除险加固帷幕防渗方案经概算：钻孔总进尺1080m，灌浆总进尺840m，总投资61.41万元。

根据堰沟河水库地质特点，选用水泥浆液作为胶凝材料。根据经验回填砂土帷幕灌浆防渗效果欠佳，堰沟河水库地理位置特殊，下游有堰宾公园、西汉高速、阳安铁路、村庄及县城较近，一旦失事损失较大。此方案不在采用。

表4-1　堰沟河水库大坝除险加固方案比较

5　施工方案实际选用

2008年10月大坝采用槽钻钻孔现浇砼防渗墙（方案二）具体施工时，由于堰沟河大坝除险加固工程较小，购买设备不划算。本地区又没有槽钻施工设备，从外地区联系槽钻钻孔施工单位施工，所花的费用是概算的几倍，故放弃此方案。后改为槽孔型防渗墙，开槽机临近县有此设备费用较大，而且通往堰沟河水库的道路宽度满足不了开槽机通行的要求，村内弯道多，施工时影响坝顶交通数月，阻碍村民日常通行。且原坝体砂质土易塌方，无法支护，故放弃此方案。

2009年3月经过论证决定采用挖运走大坝上部部分土，然后挖机挖槽浇筑混凝土防渗墙的施工方案。设计C15混凝土防渗墙底高程521.5m，防渗墙顶高程529.4m，混凝土墙高7.9m，10m预留伸缩缝一道，伸缩缝内浇筑低熔点沥青，防渗墙宽0.5m，深入原粘土心墙1.5m，坝顶高程530.6m，开槽9.1m深。由于挖机臂长达不到设计防渗墙底高程，而且上层7.6m为砂土，塌方严重，无法浇筑混凝土，需把上层4m深砂土全部挖运走，其余3.6m砂层土采用支护浇筑混凝土。此方案优点费用低，施工期较短，防渗效果好，不用放空水库，不影响灌溉，坝顶一侧可作为临时交通道路，也不影响车辆及行人通行。缺点是需在主汛期前完成施工或需在冬季施工。此方案：挖运土方5200m3，土方回填5000m3，混凝土500m3，总投资48.6万元。

2009年4月采用此方案开始施工，施工时由于现行挖机挖斗太宽，防渗墙设计墙宽只有0.5m，施工单位在本县自行加工挖掘机外宽0.5m的挖斗，伸缩缝在混凝土浇筑时用Dg200钢管断缝，每段混凝土墙头两边其余部位用厚20mm木模板支护，待混凝土墙初凝后拆除模板，临近两混凝土墙初凝后拔掉钢管，混凝土在初凝过程中每30分钟转动钢管3圈，防止混凝土与钢管粘结。每段墙体分两期浇筑，一期浇筑4.0m高，二期浇筑3.9m高。所有混凝土墙体浇筑达到设计高程及完全凝固后，对预留伸缩缝填筑低熔点沥青，在施工结束后回填坝体土并碾压。在碾压过程中振动碾在距墙体50cm时不再震动，其余部位震动碾压并达到设计相对密度。