碾壓式土石壩塑性混凝土防滲墻設計方案探討

□何清舉（河南省水利第二工程局）

碾壓式土石壩塑性混凝土防滲墻設計方案探討

□何清舉（河南省水利第二工程局）

文章以河南省出山店水庫工程為例對碾壓式土石壩兩種不同的塑性混凝土防滲墻設計方案進行對比，分析研究如何對碾壓式土石壩工程中的塑性混凝土防滲墻設計方案進行優化，不但確保工程質量，同時又便于施工，減少投資。經過經濟技術對比分析不難發現，采用先筑壩至防滲墻頂高程后用液壓抓斗開槽一次完成塑性混凝土墻體澆筑方案更為科學，應在其他類似工程中推廣應用。

碾壓式土石壩；塑性混凝土防滲墻；設計方案優化

1 序言

隨著施工技術的逐步發展，當前設計的碾壓式土石壩大多都采用塑性混凝土防滲墻解決砂礫石壩基滲漏問題。塑性混凝土防滲墻的主要優點在于其對地質條件的適應性較強，施工效率較高，防滲效果好。根據設計規范要求，塑性混凝土防滲墻伸入粘土心墻的深度應≥2 m，且墻頂應做成光滑的楔形。鑒于此，在以往的工程設計中，防滲墻伸入粘土心墻部分大多都設計成剛性混凝土，要求與壩基內部分分開施工。即先施工建基面以下部分，然后施工建基面以上部分。但筆者以為，為了保證防滲墻的防滲效果，確保土石壩施工質量和安全，應考慮將防滲墻伸入粘土心墻部分設計成塑性混凝土，這樣既便于施工，又能保證施工質量。文章以出山店水庫工程施工1標段為例試進行分析探討。

2 工程概述

2.1 地層巖性描述

本標段壩址區地層有新生界古近系吳城群毛家坡組、新近系尹莊組，第四系中、上更新統及全新統松散層。

2.2 壩基滲漏及滲透變形問題

壩基下部存在Q3、Q4的級配不良砂及級配良好礫，蓄水后在水頭差壓力作用下，庫水將通過壩基向壩下游滲漏，超過允許比降則造成滲透變形破壞，危及壩基安全。因此存在堤基滲漏及滲透穩定問題。根據顆粒分析資料綜合工程經驗，提出級配不良砂允許滲透比降J允許=0.25，提出級配良好礫允許滲透比降J允許=0.20。

壩基滲漏及滲透變形問題必須進行防滲處理，其方式有二：一是垂直防滲：沿壩軸線做防滲帷幕，截斷主要透水層，進入下伏相對隔水層（基巖），處理范圍為Ⅰ、Ⅱ級階地段，徹底截斷地下水的滲透途徑，效果好。二是利用階地上部的低液限粘土做為天然鋪蓋，增加地下水的滲徑，達到防滲目的，這層低液限粘土，厚2～17 m，但其厚度變化大，薄處僅2 m，而且階地上坑塘較多，作為天然鋪蓋，就存在一部分鋪蓋厚度不夠的問題。此外，還要解決好混凝土壩段與土壩段的接頭防滲問題。采用水平鋪蓋防滲，增加滲徑、減少壩基滲漏量和降低壩后水頭，但還是有水從壩基滲出，使壩后地下水位增高，帶來浸沒等問題。

綜上所述，建議采用垂直防滲，以天然水平鋪蓋作為安全儲備，防滲體深度應進入下部相對隔水層（基巖），處理范圍為Ⅰ、Ⅱ級階地段，以天然水平鋪蓋作為安全儲備。

2.3 原設計方案

由于壩基存在約10 m厚的砂礫石層，為了解決壩基滲漏問題，出山店水庫工程土壩段壩軸線上游5 m處設混凝土防滲墻，墻厚0.40 m。建基面以下防滲墻采用塑性混凝土澆筑，下部深入基巖1 m；建基面以上防滲墻原設計采用C15現澆混凝土，伸入粘土心墻內2.60 m，頂部0.50 m澆筑成楔形墻帽。現澆混凝土墻與塑性混凝土墻之間采用插筋連接。主要設計指標見表1。

3 可能存在的問題

第一，由于建基面以上C15混凝土防滲墻高度達2.00 m，上部還有楔形墻帽，為了保證混凝土澆筑質量，必須分兩次澆筑，這樣又人為增加了一道施工縫，對防滲不利。第二，由于塑性混凝土防滲墻強度較低，僅為1.50～5.00 MPa，在其上部連接2.60 m高的C15混凝土防滲墻將造成墻體根基不牢，容易出現安全隱患。第三，為了保證建基面以上防滲墻在黏土心墻填筑過程中不被碰撞，填筑施工用的大型機械在行進時必須與防滲墻墻體留出一定的安全距離，如此一來，靠近墻體兩側的粘土心墻還需由人工或采用小型機械夯實，這部分土體的壓實度難以保證。第四，根據設計要求，塑性混凝土防滲墻施工完成一個月后需進行鉆芯取樣，檢查其滲透性能及均勻性，檢查合格后方可進行上部C15現澆混凝土防滲墻的施工，這樣將大大延長防滲墻的施工周期。另外，由于上部現澆墻體為薄板結構，在強度不足情況下受兩側土壓力作用可能會發生彎折破壞，故必須待現澆墻體抗壓強度達到設計要求后方可進行其兩側土體的填筑，這樣將造成粘土心墻填筑施工進度受到較大影響。第五，由于防滲墻與壩軸線平行布置，且距離很近，上部墻體施工完成后將對大壩上下游的交通造成較大影響。

4 解決問題的措施

鑒于上述分析，為了有效解決上述問題，設計單位經充分論證后將建基面以上現澆防滲墻體變更為塑性混凝土墻體，這樣就可以采用在粘土心墻填筑到防滲墻頂設計高程時一次性開槽澆筑的施工工藝。

根據這一方案，施工單位河南省水利第二工程局將原定施工方案相應做出調整。調整后的施工方案為：在塑性混凝土防滲墻施工前，首先將壩體粘土心墻填筑至建基面以上3.30 m高，作為塑性混凝土防滲墻的施工平臺。混凝土攪拌運輸車行駛于心墻上游側，液壓抓斗置于心墻下游側，自卸汽車自下游側運輸渣料至棄渣場。施工排出的泥漿通過管道瀉入主壩下游的泥漿池內。

這樣做至少有以下五個方面的好處：第一，減少了墻體接縫，墻體整體性更好，提高了防滲性能。第二，建基面以上壩體填筑時不用擔心對塑性混凝土造成擠壓破壞，采用機械回填可確保墻體兩側回填土的密實度，同時還使防滲墻體與兩側土體實現了無縫結合。第三，擠密砂樁施工完畢經檢驗合格后可直接填筑粘土心墻，這樣可及早開始進行粘土心墻填筑，為壩體沉降留出更充分的時間；同時，塑性混凝土防滲墻也可做到連續施工，縮短了基礎處理的施工周期。第四，由于建基面以上部分墻體是在大壩填筑到防滲墻頂高程以上時才開始進行施工的，故不會對大壩上下游交通造成任何影響。第五，可節約施工投資約9.50萬元。詳見表2。

表2 防滲墻優化前后投資對比表

5 結語

按照調整后的設計方案，出山店水庫工程順利完成了塑性混凝土防滲墻的施工。從施工過程來看，由于設計方案調整，大壩填筑施工得以提前開展，防滲墻施工周期也明顯縮短。通過上述案例分析不難看出，對于碾壓式土石壩工程而言，設計人員在進行壩體結構設計時，要盡可能把設計方案同可能采用的施工方案結合起來進行研究。

［1］王先忠，張利濱，宋五朋等.河南省出山店水庫初步設計階段工程地質勘察報告［R］.鄭州：河南水利勘測有限公司，2014：57.

［2］王先忠，張利濱，宋五朋等.河南省出山店水庫初步設計階段工程地質勘察報告［R］.鄭州：河南水利勘測有限公司，2014：101-102.

TB2

B

1673-8853（2017）11-0039-02

何清舉（1975—），男，高級工程師，主要從事水利水電工程施工工作。

2017-8-23

編輯：劉長垠