混凝土防滲墻在某水庫壩基防滲處理中的應用

張大雨

（甘肅省張掖市甘蘭水利水電建筑設計院，甘肅 張掖734000）

1 工程概況

某水庫在梨園河上，總庫容1700萬m3，屬中型水庫，主要建筑物包括大壩、輸水洞、泄洪排沙洞及溢洪道。大壩總長2332m，最大壩高34.6m，采用壤土斜墻防滲體分區(qū)壩，由垂直現(xiàn)代河床的主壩、右岸依托堆積階地逆向上游的副壩半合圍組成。水庫無右壩肩，壩基防滲處理工程向上游河床延伸1142m防止庫水外漏。

2 壩基防滲處理設計

2.1 壩基工程地質(zhì)條件

水庫主壩長416.5m，垂直河床布置，由左壩肩段和主壩段組成。左壩肩壩段長95m，大部分基巖出露，地層巖性為白堊系下統(tǒng)新民堡群下巖組紫紅色泥質(zhì)礫巖夾薄層泥巖，透水率大于5Lu基巖厚度40～23m。主壩壩基段長321.5m，左段為長181m的現(xiàn)代河床段，右段為長140.5m的Ⅱ級堆積階地段。現(xiàn)代河床段砂礫卵石覆蓋層厚約1～12.5m，Ⅱ級堆積階地段上部為砂礫卵石覆蓋層，底部基巖埋深19～21m。主壩段基巖巖性為白堊系下統(tǒng)新民堡群下巖組紫紅色泥質(zhì)礫巖夾薄層泥巖，透水率大于5Lu基巖厚度15～22m。

2.2 壩基砂卵礫石覆蓋層防滲處理

2.2.1 處理方案選擇

壩基砂卵礫石覆蓋層較厚時宜采用垂直防滲，常用的垂直防滲措施有混凝土防滲墻和高壓噴射灌漿防滲墻兩種，設計經(jīng)技術經(jīng)濟比較后推薦混凝土防滲墻。

2.2.2 混凝土防滲墻規(guī)范

混凝土防滲墻技術在我國水利水電行業(yè)的應用已有約60年的歷史，但至今無專門的設計規(guī)范，《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274－2001）6.2.8條及條文說明對防滲墻設計做了一些原則性規(guī)定，可作為設計依據(jù)。可供參考的規(guī)范還有《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規(guī)范》（SL174－2014）和《水電水利工程混凝土防滲墻施工技術規(guī)范》（DL/T5119－2004）。

2.2.3 墻體材料選擇

混凝土防滲墻可采用普通混凝土、粘土混凝土和塑性混凝土等墻體材料。本水庫防滲墻防滲面積雖然達到5.79萬m2，但防滲墻最大成墻深度只有21.7m，作用在防滲墻上的最大水頭差也只有32.3m，普通混凝土、粘土混凝土和塑性混凝土作為墻體材料均可滿足工程要求。防滲墻墻體材料選擇主要考慮工程安全和施工便利性。三種材料從施工便利性考慮粘土混凝土最優(yōu)，普通混凝土次之，塑性混凝土最差；從工程安全性考慮普通混凝土最優(yōu)，塑性混凝土次之，粘土混凝土最差。水庫大壩在平面上呈折線，有拐點3處，防滲墻在拐點處應力集中而可能產(chǎn)生裂縫，設計主要考慮安全因素選擇普通混凝土作為墻體材料，并在墻體中配構造鋼筋防止墻體開裂。

2.2.4 防滲墻設計指標

1）墻體厚度

墻體厚度除滿足容許滲透坡降外，還應結合施工情況考慮。本水庫作用在防滲墻上的最大水頭差32.3m，墻體容許滲透坡降取80，計算墻體厚度0.40m。墻體厚度還應考慮槽孔施工容許孔斜，防滲墻最大成墻深度21.7m，孔斜率取0.6%，施工容許最大孔斜0.13m，墻體厚度宜不小于0.5m。再考慮壩下防滲墻建造時墻體內(nèi)預埋基巖帷幕灌漿管，墻體設計厚度0.8m，副壩末端擬上游防滲處理延長段防滲墻墻體內(nèi)不預埋帷幕灌漿管，墻體設計厚度0.6m。

2）入巖深度

防滲墻底部入巖深度《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274－2001）6.2.8條規(guī)定較為明確，本水庫施工時防滲墻采用SG-40A型液壓抓斗成槽，設計對防滲墻入巖深度不做硬性要求，入巖后以抓斗抓不動作為施工控制標準。

3）入土高度

防滲墻頂部入土高度《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274－2001）6.2.8條規(guī)定十分明確，本水庫嚴格遵照規(guī)范設計。

4）抗壓強度

《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274－2001）對防滲墻抗壓強度無相關要求。引起防滲墻受壓因素主要為普通混凝土與兩側土體變形不協(xié)調(diào)，提高混凝土抗壓強度時同時提高了彈性模量，也增大了防滲墻所受壓力，并不能提高防滲墻結構安全性，普通混凝土防滲墻抗壓強度取值不宜高，本水庫防滲墻設計抗壓強度C20。

5）滲透系數(shù)

《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274－2001）對防滲墻滲透系數(shù)無具體要求。筆者認為防滲墻漏水量主要是由墻體局部缺陷造成，設計過分降低防滲墻滲透系數(shù)對減小水庫滲漏量作用很小，還會給工程質(zhì)量評定造成難以克服的困難，根據(jù)壩高普通混凝土防滲墻滲透系數(shù)設計取值宜為n*10-7～10-8即可。本水庫設計滲透系數(shù)K≤5*10-7cm/s。

6）防滲墻墻體材料性能與防滲墻性能的區(qū)別

混凝土防滲墻施工技術規(guī)范對工程質(zhì)量強調(diào)過程控制，墻體材料各項性能指標之間的匹配設計應合理，《水電水利工程混凝土防滲墻施工技術規(guī)范》（DL/T5119－2004）8.1.1條條文說明推薦了墻體材料性能的一般適用范圍。設計普通混凝土材料性能指標為：強度標號C25，抗?jié)B等級W8。

需要說明的是防滲墻混凝土是用直升導管法在泥漿下澆筑的，與同等級地面澆筑的指標有很大不同，設計不能把二者混淆。本水庫設計確定的防滲墻性能指標與墻體材料性能指標對比：

防滲墻與墻體材料性能指標對比：

普通混凝土防滲墻：強度等級C20，滲透系數(shù)cm/s ：≤5*10-7，容許滲透坡降：80；

普通混凝土墻體材料：強度等級：C25，抗?jié)B等級：W8，容許滲透坡降：150

2.2.5 防滲墻施工與運行效果

本水庫防滲墻采用SG-40A型液壓抓斗成槽，局部遇砂礫石膠結層時旋挖鉆機配合液壓抓斗成槽。成墻28天后對防滲墻進行鉆孔取芯檢查，墻體抗壓強度實測值25.9～30.7MPa，滿足設計強度等級C20的要求；墻體滲透系數(shù)實測值1.41～4.49*10-7cm/s，滿足≤5*10-7cm/s的設計要求。水庫建成后經(jīng)2017、2018年度蓄水運行，壩基防滲處理效果很好。

3 結語

本水庫雖庫容只有1700萬m3，但壩基防滲墻面積達5.79萬m2。設計選用普通混凝土作為墻體材料，研究確定了防滲墻墻體材料性能指標、防滲墻性能指標和防滲墻其他設計問題，建成后防滲效果良好，可供同類工程設計參考。