水库除险加固工程中低弹模混凝土防渗墙的应用

万建平

(江西省南昌县中洲联圩河道堤防管理站，江西 南昌 330201)

水库的主要功能在于管控水体，再与其他渠道相互连接实现水资源供给，水库运作状态如果出现问题，那么势必会导致水资源供给出现不足，因此渗漏现象作为水库质量常见的影响因素，被现代水库工程高度重视，其多数会定期进行水库除险加固工程，以此来消除渗漏对水库质量的影响，此项工程中最为常见的技术为建立低弹模混凝土防渗墙。

1 工程概况

某小型水库工程位于河段上游，距离人口居住地8.0 km，根据该工程统计，其在扩建之后水库坝体上方的集雨面积为18.4 km2。该工程河段总长7.15 km，河道比降13.03%。该工程因为运行时间较长，所以需要进行除险加固施工，工程设计的洪水重现期为100 a一遇，洪水位估算值为532.54 m，结合洪水位的水库容水量为1081万m3。该工程主要由大坝、溢洪道、输水隧洞组成，其中大坝类型为土石坝，主要采用黏土材质构成，坝顶高程530.11 m，防浪墙顶高程为530.82 m，最大坝高42.11 m，坝顶长度138.00 m[1]。

2 工程地质条件与渗漏问题

为了保障除险加固工程的全面性，该工程首先对水库大坝周边的地质环境进行勘察，确认是否存在不利地质条件，因为此类因素也可能造成坝体渗漏。勘察结果显示，水库内部属于剥蚀低山丘陵环境，地表被植被覆盖，水库周边地形坡度范围在15°～50°；库区外露的地表岩性为侏罗系南园组第四段流纹质凝灰熔岩、凝灰岩，并且还含有少量的花岗斑岩脉；库区内的水文地质条件相对简单，主要包含两种地下水，即孔隙水与基岩裂隙水，其中孔隙水主要分布在第四系松散堆积物和坡残积层中，根据其长期的表现来看，孔隙水的水量会随着季节变换而发生较大的落差；基岩裂隙水主要分布在基岩裂隙带当中，主要依靠降雨补给[2]。

该工程在多年运行之下，因为地质环境的影响发生了幅度较大的不规则沉降，此时导致坝体防浪墙出现断裂，导致迎水坡表面存在小范围下陷，在此两种表现之下说明该水库坝体存在较大的渗漏现象。具体检测来看该工程水库坝体迎水面表层存在散浸现象，表面存在渗漏的可能性，而水库左侧的坝体存在大面积渗漏。此外，因为该坝体为土石坝，所以该工程还对其整体进行了土石压实系数检测，结果显示坝体压实度存在不足，整体综合系数均要低于合理数值区间，所以说明该水库的渗漏问题较为严重。

3 实例水库除险加固工程方案设计

根据上述分析结果，该工程需要进行相应的除险加固施工，但为了保障此项施工的针对性，该工程先进行了方案设计工作，根据设计工作的结果来看，其一共拟定了3个方案，即薄型抓斗混凝土防渗墙方案、高喷防渗板墙方案、劈裂灌浆方案，下文将对这3个方案进行逐一分析，确认其各自优劣。

3.1 薄型抓斗混凝土防渗墙方案

主要采用塑性混凝土在坝体全断面上构建防渗墙，施工设备为薄型抓斗主机，该设备的最小作业面宽度为9 m左右。结合实际条件来看，该工程能够提供的宽度只有6 m，所以不满足薄型抓斗主机的作业需求，因此为了能够使该方案运作，需要进行坝顶拓宽作业，此项作业需要将坝体两端拓宽1.5 m。在满足薄型抓斗主机作业需求的前提下，即可开始构建防渗墙。构建当中首先根据该工程防渗要求，防渗墙的厚度需要达到0.6 m，中心长度不可以低于140 m，塑性混凝土渗透系数为10-7～10-9cm/s，抗压强度需要达到5 MPa，介于混凝土的养护期，抗压强度形成周期为20 d。防渗墙的墙底需要插入坝基强风化基岩2 m以下。其次，针对上述坝体迎水面表层的渗漏问题，需要采用高压旋喷灌浆进行处理，处理要求旋喷灌浆桩基桩径为0.8 m；孔距为0.65 m，灌浆深度为27 m，喷浆压力不可低于20 MPa，不可高于25 MPa。针对上述左侧大面积渗漏现象，主要采用帷幕灌浆进行处理，帷幕灌浆的施工工序为：先通过高压旋喷灌浆进行防渗墙构建，之后再对坝基采用帷幕灌浆施工，该施工成本预算为664.91万元[3]。高压旋喷灌浆示意图如图1所示。

图1 高压旋喷灌浆示意图

3.2 高喷防渗板墙方案

首先对坝体全断面140 m进行灌浆作业，灌浆方法主要采用单管高压旋喷灌浆法，以此来形成相应的防渗墙，该方法的施工要求为：先构建孔距为0.65 m的旋喷桩，灌浆深度不可超出43 m，桩深不可低于0.5 m，喷浆时压力不可低于20 MPa。其次再进行坝基帷幕灌浆作业，此方法可以统一在上述坝体两个渗漏段上进行一致施工，该施工成本预算为645.71万元[4]。

3.3 劈裂灌浆方案

同样先对坝体全断面140 m进行灌浆作业，作业当中在坝顶处布置双排孔，排距为1.5 m，第一排孔主要分布在坝顶上游面2.2 m处，孔距为5 m，孔深需要直线贯穿坝顶与坝底，之后对第一排孔进行灌浆作业，灌装需要保障浆液能够达到孔底，浆液材料为黏土浆，需要分两次进行灌注；第二排孔孔距5 m，针对第二排孔需要进行劈裂灌浆施工，施工中起劈压力为0.3～0.6 MPa，劈裂之后需要进行灌浆，灌浆压力为0.05～0.50 MPa，灌浆流量需要进行控制，不可超过50～140 L/min，之后再进行坝基帷幕灌浆作业。该工程的总体费用为667.41万元。

3.4 施工方案综合分析

出于方便考虑，上述3项方案在此处将以A、B、C作为代称。在上述分析基础上可见A类防渗方案的施工流程显然较为复杂，在成本上与其他两者相差不大，在效果上薄型抓斗混凝土防渗墙主要采用塑性混凝土，那么结合上述分析可以说明，这种混凝土的性能相对较高；B类防渗方案主要采用先进设备来完成施工，在分析上其体现出施工周期较短，防渗效果良好、成本低的特点，但是缺点在于技术要求较高，工艺相对复杂；C类防渗方案主要能够提高坝体的压实度，在效果上要弱于上述两项，而且体现出较高的技术要求，优点在于施工周期较短。

通过上述综合分析，实例工程选择了A方案作为主要施工方案，但是介于现代低弹模混凝土的应用，该工程要求将其中的塑性混凝土替换为

低弹模混凝土。

3.5 低弹模混凝土配置

主要对低弹模混凝土的物理力学指标进行确认，根据该工程的计算成果，其要求采用二级配掺膨润土来构建低弹模混凝土防渗墙，此举可以降低塑性混凝土的强度与弹性模量，膨润土的掺入量不可以超过30%。具体参数：28 d之内低弹模混凝土防渗墙的抗压强度需要≥5 MPa，抗拉强度需要≥0.5 MPa，抗压弹性模量为E=3000～5000 MPa。

依照上述物理指标进行低弹模混凝土的配置，配置原料包括水泥、膨润土、骨料、外加剂，各原料的规格如下。

(1)水泥。采用复合硅酸盐32.5R水泥，并对此水泥的物理性能进行检验，检验规范主要依照《通用硅酸盐水泥》中的标准要求，检验结果达标。

(2)膨润土。采用优质纳基膨润土粉作为膨润土使用，此原料含水率为13.1%，液限400.5%，各方面性能表现良好，满足实际施工需求。

(3)骨料。主要包括粗骨料以及细骨料，粗骨料为工程周边原产碎石，细骨料为工程周边原产河沙，为了保障骨料质量，该工程依照《水工混凝土施工规范》对两者进行了检验，检验结果显示达标。

(4)外加剂。为了提高低弹模混凝土防渗墙的性能，主要选用了YS型聚羧酸缓凝高效减水剂，以此可以提高低弹模混凝土的终凝速度，有助于工期缩短。YS型聚羧酸缓凝高效减水剂是一种常见的减水剂，其完全符合《聚羧酸系高性能减水剂》当中的各项技术指标，因此具有良好的应用价值。

4 实例低弹模混凝土防渗墙应用结果

在配置之后，实例工程对配置得出的低弹模混凝土防渗墙进行了实验，实验结果显示防渗墙能够在28 d之内达到5 MPa的抗压强度，因此满足了防渗工程的需求，具体强度为7.15 MPa，这种表现即使在实际应用当中出现偏差，也可以保障强度达标，所以说明该工程的低弹模混凝土防渗墙应用效果良好。实例低弹模混凝土防渗墙实验详情如表1所示。

表1 实例低弹模混凝土防渗墙实验详情