混凝土防渗墙在土坝加固中的应用

孟杰

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

混凝土防渗墙在土坝加固中的应用

孟杰

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

混凝土防渗墙加固技术应用较广，特别是水库坝体工程改造及加固中，技术较为成熟。本文将以郭山西水库加固工程为实例，探讨混凝土防渗墙加固技术应用，并提出针对性的改造方案。

土坝加固；混凝土防渗墙；实例应用；改造方案

1 工程概况

郭山西水库位于运城市平陆县境内，属于黄河流域五龙涧支流，其工程设计主要满足防洪、灌溉、人畜用水等综合性功能。该水库坝体工程竣工至今已40多年，因设计标准为50年一遇V等，枢纽建筑物为5级，总库容33.8万m3，水库控制流域面积4.2km2，主要有大坝、泄洪洞、放水涵洞三部分构成。2011年经山西省水利厅组织库区工程鉴定为三类坝，坝体问题集中在三点：一是防洪标准较低，难以满足200年一遇校核洪水标准要求；二是坝体抗滑稳定性差，经过稳定性分析与计算，坝体渗透稳定性，以及下游坝体抗滑稳定性不达标，且问题较多。如坝体碾压填筑质量不够，坝体存在较多的孔隙，与建设时碾压不均匀有关。下游含碎石较多，与建设时选用土料缺乏勘测试验有关，导致坝体总体质量较差；三是放水涵洞砌体存在损毁现象，局部损毁严重；四是泄洪洞进口有坍塌现象，洞内未采取衬砌措施，导致泄洪安全性差。通过对该土坝进行现场地质勘查发现，该水库坝基主要是由粉质黏土、积砂壤土、粗粒云母花岗岩组成。在副坝坝基组成上，主要有人工填土、粉质黏土、砂土、花岗岩等。从安全性评价分析可知，对于该坝体容易渗漏问题，需要对坝基和坝体进行防渗加固处理。

2 混凝土防渗墙施工工艺

混凝土防渗墙技术主要通过造槽孔进行混凝土灌注，利用混凝土置换槽孔泥浆来获得防渗墙体。在施工工艺上有多种方法，如在挖掘方式上有冲击法、抓斗法、反转法，在出渣方式上有正循环、抓斗、反循环等。应用较为广泛的施工方法是利用冲击钻机来进行防渗墙修筑。其方法主要分为3道工序，即凿孔、清孔换浆，浇筑混凝土。在凿孔之前，需要对施工现场进行预准备，特别是修筑导墙设施，便于挖掘机进行施工操作。另外，还可以利用导墙来储存泥浆。在钻孔施工时，由于需要泥浆来辅助，对泥浆的含砂量要进行控制，避免砂砾过大影响钻孔静切力和触变性，只有这样才能对孔底的钻屑进行清理，保障后期泥浆的多次使用。钻孔作业完成后，需要对钻孔条件进行验收，确保工程符合设计标准后进入下一道工序，清孔换浆。清孔换浆一般是对槽孔口压入新制泥浆，并用抽筒抽取槽底泥浆，孔底泥浆清理干净后再注入新的泥浆。最后一道工序是进行混凝土防渗墙浇筑，也是最为关键的环节。在进行混凝土浇筑过程中，需要采用泥浆直下升导管的方法保障施工的连续性。细化作业流程为开浇混凝土、正常浇筑、终浇完成三阶段。其中，正常浇筑与终浇环节没有什么差异，终浇作业时需要降低混凝土的强度，减少入仓停滞时间。另外，对于混凝土浇筑过程中的混凝土质量要进行严格控制和检验，并做好工程施工应急预处理工作。

3 对于主坝坝体进行防渗加固施工

从工程防渗墙施工要求来看，由于坝体本身质量不达标，且存在裂缝、渗漏问题。选择混凝土防渗墙施工工艺，对于坝体具有良好的加固效果。如利用高喷浆方式对均质土坝进行浇筑，其造价相对较高，因此，以混凝土防渗墙技术来施工具有较高的经济性、可行性。

3.1 主坝坝体防渗设计方案

针对现有主坝坝体结构及勘测数据，坝顶采用C25混凝土路面，增厚20cm；原有1.2m砂浆混凝土防浪墙进行增高0.6m，选用C25混凝土进行压顶处理；大坝坝体采用塑性混凝土防渗墙技术，对原有设计高程124.5m、总长度204.82m的防渗墙，结合勘测数据和防渗要求，防渗墙厚度、防渗墙墙体应力，以及对现场施工多方面因素进行考虑。当前，国内防渗墙厚度多为0.6~0.8m，有些地方对土坝的防渗墙墙体厚度控制在1.0m。参照相关工程防渗墙厚度标准，对本坝坝体进行机械力、化学溶蚀破坏试验检验其耐久性，得出防渗墙破坏时的水力梯度，初步得出防渗墙厚度选择为0.8m。在防渗墙施工过程中，根据钻抓法造孔工艺，结合防渗墙施工实际进行分槽段施工，每个单元槽为6m，坝顶导墙深度为1.5m，导墙轴线与防渗墙轴线偏差控制在±15mm，高程偏差控制在±20mm。在工程施工中水泥、膨润土设计为165kg/m，含砂率控制在40%~50%，水灰比由现场施工进行专门试验确定。清孔换浆作业后1h进行现场检验，确保孔底淤积厚度低于100mm，清孔换浆合格后进行混凝土浇筑施工。

3.2 副坝坝体防渗设计方案

针对本坝副坝坝体防渗设计，对原有坝体进行新增1.2mC25混凝土防浪墙，采用帷幕灌浆工艺进行坝基浇筑。在技术指标上，帷幕灌浆技术需要深入坝基岩土层，河床段利用悬挂式帷幕施工方法，帷幕深度为坝高的1/2。另外，在帷幕灌浆方式上采用单排布孔，帷幕轴线与防渗墙重合。

3.3 泄洪洞改造设计方案

针对泄洪洞坍塌及现场勘察报告，坍塌部位无法满足泄洪要求，洞内无衬砌，存在不稳定性。因此，在改造泄洪洞方案中，首先对进口坍塌进行改造，对洞内段进行衬砌并在出口修建八字墙。具体设计包括泄洪洞口进水段，进口底高程为22.0m，进口段长度为6m，底宽为4m。进口段设计洞脸，一方面起到洞口挡土作用，另一方面促进设计美观。侧墙及底板采用C25混凝土浇筑，侧墙高为3.5m，厚度为0.4m，底板采用C25混凝土结构，厚度为0.4m。对泄洪洞洞身设计方案，保持原来的城门洞型断面，断面宽3.4m，高4.2m，直墙高2.5m，拱圈半径1.8m，对洞身段选用C25钢筋混凝土进行全断面衬砌，厚度达到0.4m。出口段修筑八字墙，对侧墙及底板采用C25混凝土浇筑混凝土，并对侧墙进行增高0.5m，厚度达到0.3m，对出口底板采用C25混凝土结构浇筑，厚度达到0.3m。

4 结语

通过对本工程坝体、副坝及泄洪洞进行混凝土防渗墙加固，增强了坝体墙体的稳固性，更能够适应土坝工程的变形要求，有效协同了防渗墙与坝体弹性模量的差异性，具有较高的防渗性能和耐久性。在选用塑性混凝土防渗墙、帷幕灌浆技术上，灌浆帷幕施工与塑性混凝土防渗墙施工，在先后顺序搭接上，应先考虑灌浆帷幕，由此可以提升灌浆质量，并对塑性混凝土防渗墙施工提供稳定施工环境。

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1004-7042（2017）05-0039-02

孟杰（1986-），男，2012年毕业于河海大学水利水电工程专业，助理工程师。

2017-03-21；

2017-04-27