浅谈低弹模混凝土防渗墙在龙头堰枢纽中的应用

毕忠飞

（德清县水利水电质监站，浙江 德清 313200）

浅谈低弹模混凝土防渗墙在龙头堰枢纽中的应用

毕忠飞

（德清县水利水电质监站，浙江 德清 313200）

以龙头堰枢纽基础防渗处理工程为实例，结合地形、地质条件布置防渗墙，同时由抗渗稳定性、结构强度以及施工机械等因素确定防渗墙厚度，最后根据防渗墙物理力学指标设计，对低弹模混凝土配合比设计进行了探讨，同时阐述了在防渗墙施工过程中应注意严格把控防渗墙造孔、终孔验收及混凝土浇筑3个关键步骤。

龙头堰；防渗墙；低弹模混凝土

1 工程概况

龙头堰水利枢纽位于德清县对河口水库下游2.3 km处，为德清县湘溪灌区渠首引水工程。其主要功能是在上游对河口水库非泄洪期间利用电站尾水调节灌溉水量，同时在水库泄洪期间打开泄洪闸下泄上游来水至余英溪。

龙头堰建于20世纪70年代初，已接近使用寿命，设施陈旧，堰体及基础存在渗漏现象，严重影响工程安全及水利用效率，灌区灌溉水量难以得到保证。故对龙头堰拆除重建，设计布置4孔×5 m宽泄洪闸和6孔×6 m宽溢流堰，总过流净宽56 m。在设计与施工过程中，基础防渗处理是整个枢纽建设过程中的重点与难点。

2 低弹模混凝土防渗墙设计

混凝土防渗墙是在松软透水地基上或土石坝（堰）坝体中连续造孔成槽，以泥浆固壁，在泥浆下浇筑混凝土而建成的，起防渗作用的地下连续墙，而低弹模混凝土防渗墙不仅具有适应地基和上部结构变形的能力，还具有较高的强度、抗渗能力，所以成为我国水利水电工程覆盖层防渗处理的首选方案［1］。

2.1 防渗墙布置

经勘探，龙头堰地基土自上而下主要分为3层：1层为块石填土，物理力学性质差，结构松散，成分杂，透水率q = 40.35 ～ 48.57 Lu，属中等透水性；2层为卵石，中等压缩性，但颗粒大小不均匀，透水率q = 70.96 ～ 82.16 Lu，属中等透水性；3层为中等风化花岗岩，抗压强度高，q =2.93 ～ 4.02 Lu，属弱透水性。设计在龙头堰底板上游侧布置1排低弹模混凝土防渗墙，防渗墙顶与钢筋混凝土底板连接，防渗墙底部要求进入中等风化花岗岩60.0 cm。

在防渗墙横向布置时，结合工程所在地地形和地质条件，截断河床后向左岸延伸10.0 m满足渗径要求，向右岸延伸26.0 m连接山体中风化岩层，整条防渗墙长99.3 m。防渗墙布置见图1。

图1 防渗墙布置图

2.2 防渗墙厚度

防渗墙厚度主要由防渗要求、墙体应力和变形以及施工设备等因素确定，其中最重要的是抗渗稳定性和结构强度2个因素。

防渗墙在渗透压力作用下，由于侵蚀破坏作用与水力坡降密切相关，因此防渗墙的厚度首先根据其破坏时的水力梯度来计算，计算公式为：

式中：JP为防渗墙的允许水力梯度，目前国内低弹模混凝土允许水力梯度建议采用JP= 60 ～ 80［2］； H为防渗墙承受的最大水头（m），龙头堰上游校核水位15.13 m，下游消力池底板面高程10.80 m，H取4.33 m，经计算B =（5.4 ～ 7.2）cm。结合目前国内冲击式钻机最小造孔孔径60.0 cm，故本工程防渗墙厚度初定为60.0 cm。

在满足抗渗稳定性后，还需复核在初选厚度下防渗墙的结构强度。为了满足强度要求，一方面应尽量降低墙体的变形模量，增强墙体与周围土体协调变形能力，这样墙体所承受的应力就越小；另一方面，应当提高混凝土的强度等级，保证混凝土的耐久性。在防渗墙厚度取60.0 cm的前提下，通过低弹模混凝土配合比实验，选择适宜的强度和较低的弹性模量使之满足结构强度要求。

2.3 低弹模混凝土配合比

本工程防渗墙物理力学指标要求为：①适宜的强度和较低的弹性模量，抗压强度8.0 MPa≥R28≥6.5 MPa，弹性模量R28≤5 000.0 MPa；②足够的抗渗性，低弹模混凝土防渗墙墙身渗透系数K28≤1×10-7cm/s，极限水力坡降Jmax≥150；③较大的流动性，塌落度达到18.0 ～ 24.0 cm、扩散度达到34.0 ～ 40.0 cm，坍落度保持15.0 cm以上的时间应不小于1 h；④良好的耐久性和可靠性。

根据上述设计指标，以水泥用量、黏土、膨润土用量、砂率和水灰比进行正交设计与试验，得出低弹模混凝土配合比（见表1）。

表1 低弹模混凝土配合比表

3 低弹模混凝土防渗墙施工

龙头堰枢纽基础防渗墙施工流程为：建造导墙和施工平台→铺设钻机导轨→安装钻机、抓斗就位→防渗墙造孔、泥浆检测→终孔验收→下设导管、浇筑混凝土→防渗墙质量检查［3］。其中防渗墙造孔、终孔验收及浇筑混凝土是主要施工步骤。

3.1 防渗墙造孔

龙头堰防渗墙从左岸到右岸按地形、地质条件分为12个槽段，造孔槽段合计99.3 m。各槽段间隔施工，即1#、3#可同时造孔、浇筑，待混凝土硬化后方可进行2#槽段造孔，其余槽段以此类推。

造孔采用CZ - 6型冲击式钻机以2.0 t十字冲击钻头劈打地基，钻头直径60.0 cm。第一次序施工孔为主孔；位于主孔之间的副孔是第二次序施工孔。待槽段内主、副造孔完成后对孔间的小隔墙最后劈打以形成连续槽段。

造孔时要不断在槽中加入泥浆，并定时抽取泥浆进行指标检测，要求密度≤1.3 g/cm³、含沙量≤10%、黏度≤30 s。优质泥浆具有如下作用：①保护孔壁。给孔壁上一层泥浆皮的保护膜，防止孔壁表层土质渗水而造成烂泥土，确保孔壁稳定。②减少孔底成渣。钻头劈打地层产生的沉渣易影响混凝土浇筑质量，而泥浆可将其悬浮并一起排出孔槽。

3.2 终孔验收

孔深验收使用测绳测量，须满足本工程设计入岩60.0 cm的要求。测量前将冲击钻机取出的终孔段地层岩样进行妥善保存并做好相应记录，然后由监理地质工程师鉴定是否入岩。基岩鉴定时不仅要参考设计提供的地质剖面图，还要研究工程地质，包括覆盖层的岩性特点，综合作出判定。

孔斜验收按“重锤法”测量槽孔孔斜率，孔斜率指标不大于0.4%，遇有含有孤石、漂石地层以及基岩面倾斜度较大等特殊情况时，孔斜率按0.6%控制［3］。

同时槽壁应平整，不应有梅花孔、小墙等，孔位之间允许偏差不大于30.0 mm。

3.3 水下混凝土浇筑

终孔验收合格后，应于4 h内采用直升导管法进行水下混凝土浇筑。首先由钻机悬吊导管下设至孔槽中：组装各节导管时要进行密闭承压实验，防止在浇筑过程中发生漏浆、混浆现象；待导管探底后上提25.0 cm预留混凝土扩散空间。

开浇前导管内放置率小于管径的胶球以隔离泥浆与混凝土，同时漏斗内备足封埋导管2.0 m深的混凝土量，混凝土一旦开浇，必须连续进行。浇筑过程中，导管内混凝土深度不得小于1.0 m，亦不得大于6.0 m；混凝土上升速度控制在2 m/h以上；每隔30 min测量1次槽孔及导管内混凝土深度，以便核对浇筑方量，混凝土终浇顶面高于设计墙顶 1.0 m［3］。

防渗墙各槽段连接缝处理须待墙身混凝土浇筑完成28 d后进行，采用回转骑缝造孔，孔径21.9 cm，孔深到底。骑缝孔回填前先进行洗孔，洗孔压力控制在0.1 ～ 0.2 MPa，后回填C25细骨料膨胀混凝土，回填必须密实。

4 结 语

龙头堰枢纽低弹模混凝土防渗墙设计时，结合地形、地质条件布置防渗墙，同时由抗渗稳定性、结构强度以及施工机械等因素确定防渗墙厚度，最后根据防渗墙物理力学指标设计低弹模混凝土配合比；在防渗墙施工过程中，根据SL 174 — 96《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》严格把控防渗墙造孔、终孔验收及混凝土浇筑3个关键步骤。

龙头堰枢纽低弹模混凝土防渗墙于2015年10月开工，12月完工，总工期2个月。施工期间防渗效果良好，建议加强后期正常运行工况下防渗观测，并总结设计、施工经验。

[1] 尉高洋.低弹模混凝土防渗墙设计实例分析[J].水利水电技术，2006(5)：51 - 53.

[2] 李煊明.土石坝低弹模混凝土防渗墙设计关键技术[J].水利水电技术，2013(9)：61 - 63.

[3] 中华人民共和国水利部.SL 174 — 96水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范[S].北京：水利水电出版社，1996.

（责任编辑 姚小槐）

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1008 - 701X(2017)05 - 0046 - 03

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.05.013

2017-02-22

毕忠飞（1987-），男，工程师，硕士，主要从事水利工程质量监督工作。