塑性防滲墻在水庫除險加固中的應用

鄒 建

(江西省建洪工程監理咨詢有限公司，江西 南昌 330029)

隨著經濟社會的持續快速增長，水利基礎設施的建設得到了快速發展，對水利基礎設施的建設和運營管理水平提出了新的要求，塑性混凝土防滲墻技術的出現，對于當前水庫防滲加固處理的技術水平提高起到了較好的促進作用。塑性混凝土防滲墻，通過摻加粘土和膨潤土代替部分水泥，形成一種柔性工程材料，相比傳統剛性混凝土，其彈性模量低、抗滲性能高、極限應變大，能夠承受較大的塑性變形。針對塑性混凝土在水庫除險加固中的應用，當前研究主要集中在施工技術上，缺乏配合比設計、施工和質量檢驗系統的研究，因此在分析某水庫大壩滲漏病害的基礎上，本文提出了采取塑性混凝土防滲墻進行防滲除險加固處理的建議，對防滲墻布置和厚度進行了設計分析，對塑性混凝土防滲墻的關鍵施工工藝進行了分析，通過取樣試驗和現場調查分析驗證了塑性混凝土防滲墻在水庫除險加固施工中的適用性，相關研究對于類似工程提供可資借鑒的工程經驗。

1 工程概況

1.1 工程概況

某水庫為以灌溉為主的中小型水庫，根據地質勘察資料顯示，上層3.0～4.0m范圍內為人工填土層，5.0～46.0m范圍內為砂礫礫石層，基巖層上部為全風化或強風化層，厚度在3.0～6.0m范圍，水庫大壩為均質土石壩，壩頂水平高程為302.60m，壩頂長度為276.0m，頂寬為8.0m，壩高最大處為46.0m，具體結構如圖1所示。

圖1 土石壩剖面圖

多年運營后，水庫大壩壩身、壩基多處存在滲漏病害，造成壩體位移和壩坡不穩定問題，對水庫大壩的安全運營造成了較大影響，根據相關規范評定為三類病害水庫。

1.2 病害分析

根據《某水庫大壩病害檢測報告》顯示，水庫大壩存在病害詳細分析如下。

(1)水庫大壩滲流。由于水庫大壩建于上世紀末，運營時間較長，加之技術、人力和物力等方面的限制，導致水庫壩體滲流。在水庫大壩建設過程中，由于斷面、層與層之間不合理的夯實和后期處理，造成了水庫大壩滲流病害的發生。

(2)水庫壩基滲流。壩基在施工初期沒有得到很好的清理，土層完整性差，存在滲漏通道；也可能是由于防滲體的損壞。

根據勘察設計資料顯示，水庫底層屬于沖積層，透水性差異較大，為了最大限度的截斷水庫滲漏，降低大壩前后水頭差，擬采取塑性防滲墻進行水庫除險加固施工。

2 防滲除險加固設計

針對水庫防滲除險加固，擬采取塑性防滲墻進行加固處理，對于塑性防滲墻，不同布置位置、厚度和技術參數均會對防滲墻的防滲作用起到較大的影響。

2.1 防滲墻布置

防滲墻的布置位置對于水庫防滲除險加固效果的發揮具有重要的影響，防滲墻應沿壩軸線上游3.07m位置進行布置，為了防止壩肩發生繞流滲漏病害，防滲墻應嵌入壩體泥巖1.0m范圍內，根據設計勘察資料，則塑性防滲墻的最大深度可達到50.0m。同時輸水建筑物段采用帷幕灌漿與防滲墻搭接的方式進行防滲處理，搭接深度不低于2.0m，帷幕灌漿深度最大至泥巖下5.0m。

2.2 防滲墻厚度確定

防滲墻厚度對于滲漏的除險加固處理具有較大程度的影響，為增加防滲加固處理效果，對防滲墻的厚度設計應充分考慮以下因素：

(1)允許滲透比降值

參考類似項目防滲墻設計和參照規范SL 274—2018《碾壓式土石壩設計規范(征求稿)》規定，塑性混凝土防滲墻的允許滲透比降J在(60，80]之間，為了安全起見本項目選擇允許滲透比降值J=70.0。

(2)防滲墻前最大水頭

對于防滲墻而言，主要是承受截流前后作用在防滲墻前后的水頭差，鑒于校核水位和設計洪水位發生概率較低，防滲墻前最高水頭選擇為正常蓄水位高程，即H=42.90m。

(3)防滲墻厚度計算

對于塑性防滲墻厚度，首先考慮防滲墻允許滲透比降，根據相關計算資料和工程資料，防滲墻厚度計算參照下式：

(1)

式中，T—防滲墻厚度，m；H—防滲墻能夠承受的極限水頭，m；J—防滲墻的允許滲透梯度。

根據式(1)可得：T=0.61m，為了施工方便，防滲墻厚度選擇為0.60m。

3 混凝土防滲墻施工控制

對于塑性混凝土防滲墻在水庫中的應用，應嚴格控制施工工藝，方能發揮塑性混凝土防滲墻的防滲加固效果，以下針對關鍵過程進行介紹。

3.1 施工布置

鑒于工程水庫大壩壩頂寬度僅有5.0m，無法滿足塑性混凝土防滲墻施工對于場地尺寸的要求，應降低壩頂高程3.0m，將壩頂寬度增加至9.0m。根據設計要求，梯形斷面采用C15塑性混凝土防滲墻，頂寬50.0cm，底寬95.0cm，高度為1.50m，具體結構如圖2所示。

圖2 導墻結構橫剖面圖(單位：cm)

3.2 固壁泥漿

鑒于塑性混凝土施工需要鉆孔作業，需要采用泥漿進行護壁施工。固壁用泥漿需要具有良好的流變性、穩定性和抗水泥污染能力，因此擬采用加入純堿分散劑的膨潤土泥漿，泥漿配置指標滿足相關規范要求。對于膨潤土泥漿制備完畢后，在儲漿池膨化7.0h以后方能用于固壁，同時為了降低施工成本和減輕施工對于環境的影響，使用過程中的膨潤土泥漿應及時收集并進行重復利用。

3.3 造孔成槽施工

根據水庫防滲除險加固設計方案，擬采取造孔成槽方法進行塑性混凝土的澆筑空間的開挖。為保證塑性混凝土防滲墻作用的發揮，對于塑性混凝土防滲墻的澆筑空間的造孔成槽質量控制采取如下標準。

(1)孔位偏差不得大于30.0mm。

(2)孔形應保持良好，不得出現梅花孔和小墻結構。

(3)接頭孔的兩次中心在任意深度的偏差值不得超過20.0cm，即塑性混凝土防滲墻厚度的1/3。對于清孔換漿采用抽筒法，在清孔結束后對清孔質量進行及時檢查，檢查要求孔底與基層厚度不大大于10.0cm，槽內泥漿的密度不大于1.15g/cm3，馬氏漏斗粘度為32～50.0s，含砂率不大于6.0%，取樣位置距孔底0.5～1.0m。

表1 防滲墻塑性混凝土配合比

3.4 塑性混凝土配合比設計與施工

針對塑性混凝土進行配合比設計，選擇水泥品種為P.S.A32.5，得到的最佳塑性混凝土配合比見表1。

塑性混凝土拌合采用JS750型強制式攪拌機，泵送采用HB- 50型輸送泵進行輸送。在開始澆筑前應注入少量水泥漿，在擠出塞球后需要埋住導管底端，為了保證塑性防滲墻的防滲效果，澆筑過程應持續進行，中斷時間不得超過40.0min，否則應進行粘結處理。

4 防滲加固質量檢查

施工質量檢驗是評價設計、施工的最好方式，對于塑性防滲墻在水庫除險加固中的應用效果，以下從混凝土取樣試驗和下游防滲結果連個方面進行評價。

4.1 混凝土取樣試驗

在塑性混凝土防滲加固處理施工完畢后，在某槽段進行鉆孔注水試驗，最終注水試驗得到防滲墻墻體滲透系數為1.17×10-7cm/s，小于規范要求的2.70×10-7cm/s，能夠滿足防滲要求。同時得到塑性混凝土防滲墻抗壓強度為2.3～5.1MPa，彈性模量在4600～4700MPa之間，全部滿足設計和相關規范要求，說明塑性混凝土防滲墻施工質量較好，能夠滿足工程需要。

4.2 防滲效果檢查

防滲墻的滲透系數、彈性模量和強度是保證塑性混凝土防滲墻防滲作用發揮的基礎，最終檢驗防滲效果還需要針對加固后的水庫下游的滲流情況進行分析。根據加固處理后的水庫大壩，基本上看不到明顯水流，所有檢查參數和現場調查情況均說明塑性混凝土防滲墻起到了較好的防滲效果。在完工1個月后，下游滲漏潮濕面積大大減少，基本看不到滲漏現象，說明塑性混凝土防滲墻已達到了預期設計效果。

5 結論

滲漏病害是水庫大壩的常見病害之一，當前針對滲漏病害展開了較多的研究。依托于實際項目，本文針對病害水庫進行除險加固進行了設計分析，并針對關鍵施工過程進行了詳細分析，對于類似工程提供一定的工程經驗。相比傳統加固除險方式，塑性混凝土的采用降低了傳統膠凝材料如混凝土材料的使用，同時防滲效果和耐久性大大增強，同時降低了成本，在水利工程除險加固中具有較高的推廣應用價值。