塑性防渗墙在水库除险加固中的应用

邹 建

(江西省建洪工程监理咨询有限公司，江西 南昌 330029)

随着经济社会的持续快速增长，水利基础设施的建设得到了快速发展，对水利基础设施的建设和运营管理水平提出了新的要求，塑性混凝土防渗墙技术的出现，对于当前水库防渗加固处理的技术水平提高起到了较好的促进作用。塑性混凝土防渗墙，通过掺加粘土和膨润土代替部分水泥，形成一种柔性工程材料，相比传统刚性混凝土，其弹性模量低、抗渗性能高、极限应变大，能够承受较大的塑性变形。针对塑性混凝土在水库除险加固中的应用，当前研究主要集中在施工技术上，缺乏配合比设计、施工和质量检验系统的研究，因此在分析某水库大坝渗漏病害的基础上，本文提出了采取塑性混凝土防渗墙进行防渗除险加固处理的建议，对防渗墙布置和厚度进行了设计分析，对塑性混凝土防渗墙的关键施工工艺进行了分析，通过取样试验和现场调查分析验证了塑性混凝土防渗墙在水库除险加固施工中的适用性，相关研究对于类似工程提供可资借鉴的工程经验。

1 工程概况

1.1 工程概况

某水库为以灌溉为主的中小型水库，根据地质勘察资料显示，上层3.0～4.0m范围内为人工填土层，5.0～46.0m范围内为砂砾砾石层，基岩层上部为全风化或强风化层，厚度在3.0～6.0m范围，水库大坝为均质土石坝，坝顶水平高程为302.60m，坝顶长度为276.0m，顶宽为8.0m，坝高最大处为46.0m，具体结构如图1所示。

图1 土石坝剖面图

多年运营后，水库大坝坝身、坝基多处存在渗漏病害，造成坝体位移和坝坡不稳定问题，对水库大坝的安全运营造成了较大影响，根据相关规范评定为三类病害水库。

1.2 病害分析

根据《某水库大坝病害检测报告》显示，水库大坝存在病害详细分析如下。

(1)水库大坝渗流。由于水库大坝建于上世纪末，运营时间较长，加之技术、人力和物力等方面的限制，导致水库坝体渗流。在水库大坝建设过程中，由于断面、层与层之间不合理的夯实和后期处理，造成了水库大坝渗流病害的发生。

(2)水库坝基渗流。坝基在施工初期没有得到很好的清理，土层完整性差，存在渗漏通道；也可能是由于防渗体的损坏。

根据勘察设计资料显示，水库底层属于冲积层，透水性差异较大，为了最大限度的截断水库渗漏，降低大坝前后水头差，拟采取塑性防渗墙进行水库除险加固施工。

2 防渗除险加固设计

针对水库防渗除险加固，拟采取塑性防渗墙进行加固处理，对于塑性防渗墙，不同布置位置、厚度和技术参数均会对防渗墙的防渗作用起到较大的影响。

2.1 防渗墙布置

防渗墙的布置位置对于水库防渗除险加固效果的发挥具有重要的影响，防渗墙应沿坝轴线上游3.07m位置进行布置，为了防止坝肩发生绕流渗漏病害，防渗墙应嵌入坝体泥岩1.0m范围内，根据设计勘察资料，则塑性防渗墙的最大深度可达到50.0m。同时输水建筑物段采用帷幕灌浆与防渗墙搭接的方式进行防渗处理，搭接深度不低于2.0m，帷幕灌浆深度最大至泥岩下5.0m。

2.2 防渗墙厚度确定

防渗墙厚度对于渗漏的除险加固处理具有较大程度的影响，为增加防渗加固处理效果，对防渗墙的厚度设计应充分考虑以下因素：

(1)允许渗透比降值

参考类似项目防渗墙设计和参照规范SL 274—2018《碾压式土石坝设计规范(征求稿)》规定，塑性混凝土防渗墙的允许渗透比降J在(60，80]之间，为了安全起见本项目选择允许渗透比降值J=70.0。

(2)防渗墙前最大水头

对于防渗墙而言，主要是承受截流前后作用在防渗墙前后的水头差，鉴于校核水位和设计洪水位发生概率较低，防渗墙前最高水头选择为正常蓄水位高程，即H=42.90m。

(3)防渗墙厚度计算

对于塑性防渗墙厚度，首先考虑防渗墙允许渗透比降，根据相关计算资料和工程资料，防渗墙厚度计算参照下式：

(1)

式中，T—防渗墙厚度，m；H—防渗墙能够承受的极限水头，m；J—防渗墙的允许渗透梯度。

根据式(1)可得：T=0.61m，为了施工方便，防渗墙厚度选择为0.60m。

3 混凝土防渗墙施工控制

对于塑性混凝土防渗墙在水库中的应用，应严格控制施工工艺，方能发挥塑性混凝土防渗墙的防渗加固效果，以下针对关键过程进行介绍。

3.1 施工布置

鉴于工程水库大坝坝顶宽度仅有5.0m，无法满足塑性混凝土防渗墙施工对于场地尺寸的要求，应降低坝顶高程3.0m，将坝顶宽度增加至9.0m。根据设计要求，梯形断面采用C15塑性混凝土防渗墙，顶宽50.0cm，底宽95.0cm，高度为1.50m，具体结构如图2所示。

图2 导墙结构横剖面图(单位：cm)

3.2 固壁泥浆

鉴于塑性混凝土施工需要钻孔作业，需要采用泥浆进行护壁施工。固壁用泥浆需要具有良好的流变性、稳定性和抗水泥污染能力，因此拟采用加入纯碱分散剂的膨润土泥浆，泥浆配置指标满足相关规范要求。对于膨润土泥浆制备完毕后，在储浆池膨化7.0h以后方能用于固壁，同时为了降低施工成本和减轻施工对于环境的影响，使用过程中的膨润土泥浆应及时收集并进行重复利用。

3.3 造孔成槽施工

根据水库防渗除险加固设计方案，拟采取造孔成槽方法进行塑性混凝土的浇筑空间的开挖。为保证塑性混凝土防渗墙作用的发挥，对于塑性混凝土防渗墙的浇筑空间的造孔成槽质量控制采取如下标准。

(1)孔位偏差不得大于30.0mm。

(2)孔形应保持良好，不得出现梅花孔和小墙结构。

(3)接头孔的两次中心在任意深度的偏差值不得超过20.0cm，即塑性混凝土防渗墙厚度的1/3。对于清孔换浆采用抽筒法，在清孔结束后对清孔质量进行及时检查，检查要求孔底与基层厚度不大大于10.0cm，槽内泥浆的密度不大于1.15g/cm3，马氏漏斗粘度为32～50.0s，含砂率不大于6.0%，取样位置距孔底0.5～1.0m。

表1 防渗墙塑性混凝土配合比

3.4 塑性混凝土配合比设计与施工

针对塑性混凝土进行配合比设计，选择水泥品种为P.S.A32.5，得到的最佳塑性混凝土配合比见表1。

塑性混凝土拌合采用JS750型强制式搅拌机，泵送采用HB- 50型输送泵进行输送。在开始浇筑前应注入少量水泥浆，在挤出塞球后需要埋住导管底端，为了保证塑性防渗墙的防渗效果，浇筑过程应持续进行，中断时间不得超过40.0min，否则应进行粘结处理。

4 防渗加固质量检查

施工质量检验是评价设计、施工的最好方式，对于塑性防渗墙在水库除险加固中的应用效果，以下从混凝土取样试验和下游防渗结果连个方面进行评价。

4.1 混凝土取样试验

在塑性混凝土防渗加固处理施工完毕后，在某槽段进行钻孔注水试验，最终注水试验得到防渗墙墙体渗透系数为1.17×10-7cm/s，小于规范要求的2.70×10-7cm/s，能够满足防渗要求。同时得到塑性混凝土防渗墙抗压强度为2.3～5.1MPa，弹性模量在4600～4700MPa之间，全部满足设计和相关规范要求，说明塑性混凝土防渗墙施工质量较好，能够满足工程需要。

4.2 防渗效果检查

防渗墙的渗透系数、弹性模量和强度是保证塑性混凝土防渗墙防渗作用发挥的基础，最终检验防渗效果还需要针对加固后的水库下游的渗流情况进行分析。根据加固处理后的水库大坝，基本上看不到明显水流，所有检查参数和现场调查情况均说明塑性混凝土防渗墙起到了较好的防渗效果。在完工1个月后，下游渗漏潮湿面积大大减少，基本看不到渗漏现象，说明塑性混凝土防渗墙已达到了预期设计效果。

5 结论

渗漏病害是水库大坝的常见病害之一，当前针对渗漏病害展开了较多的研究。依托于实际项目，本文针对病害水库进行除险加固进行了设计分析，并针对关键施工过程进行了详细分析，对于类似工程提供一定的工程经验。相比传统加固除险方式，塑性混凝土的采用降低了传统胶凝材料如混凝土材料的使用，同时防渗效果和耐久性大大增强，同时降低了成本，在水利工程除险加固中具有较高的推广应用价值。