混凝土防滲墻在水庫除險加固應用與分析

鄭延鵬

(新疆昌源水務集團阜康供水有限責任公司,新疆 阜康 831500 )

1960年建成的某一水庫擁有防洪功能，且有水力發電、灌溉農作物的功能的水庫，給周圍居民帶來許多便利[1-3]。水庫的主壩是采取黏土心墻的結構建成，長1110 m、高297 m，水容量為3.3億m3。對于整個水庫而言，有主副壩、水力發電的設備等構成[4]。水庫運行60年，工程中的許多設施設備都已經出現了許多質量問題了，無法正常的運行，而且還有因當時資金不足、技術欠佳導致的設備和工程工藝落后，出現其他問題，在維修方面也需要花費大量的金錢，整個工程存在著許多的危險，發生安全事故概率大[5]。

在工程的實際的情況而言，工程主壩存在許多的問題，其0+050～0+560段和0+140～0+320段有承壓水以及出現了軟塑狀的黏土心墻，在這種情況下，主壩的黏土心墻因為承壓水高出浸潤線導致整個主壩出現滲透的現象，很容易造成整個工程出現安全事故，因此采取除險加固的措施刻不容緩，需要根據工程的實際情況、工程的設備設施等各個方面采取合理的混凝土加固措施，提升整個工程的安全性。

1 工程地質條件與滲漏問題

采取除險加固措施前，必須要先安排勘察人員對水庫周邊的環境進行探測，了解周邊的地質條件，最終根據信息能夠得知地質條件能否采取除險加固措施，或者決定采取什么樣的材料進行除險加固工作。在水庫處的地質為剝蝕低山丘陵，該環境周邊有許多植被，周圍的坡度范圍為15%～50%,而水庫外的地質都為巖石，分別是侏羅系南園組第四段流紋質凝灰熔巖、凝灰巖；水庫周邊的水文條件只存在兩種，孔隙水和基巖裂隙水，孔隙水存在第四系松散堆積物和坡殘積層中，季節的變化對其含量的影響也非常的大，在基巖裂隙帶中常常存在基巖裂隙水，每當下雨時，雨水都會滲透到裂隙中進行補給。

這個水利工程運行了約60年，因為所處的地質環境使整個工程沉降現象非常的不規則，很多位置的壩體防浪墻因而出現了斷裂，飲水坡也出現了下陷的情況，這兩個屬于工程中出現的較為嚴重的問題，都在表明水庫的大壩的滲漏現象很嚴重了。在勘察人員檢測時發現水庫迎水面表層已經出現了散浸的現象，這很有可能導致水庫的壩體出現大面積的滲漏現象。而且水庫中的土石壓實度沒有達到要求，所有的壓實度都小于標準要求，這說明在工程的滲漏現象非常嚴重，必須盡快地采取除險加固措施。

2 加固工程設計分析

2.1 工程布置原則

對水庫主壩的防滲墻采取混凝土除險加固措施必須要遵守一些原則：確保黏土心墻能夠排水固結，且墻體能夠保障黏土塑性區的功能。在主壩0+050～0+560段，必須要保證其壤土滲透系數達到0.028 m/d，其厚度和底部高度要分別達到3.94 m和23.30 m，且在加固含泥礫粗砂巖層時，也要保證滲透系數達到0.134 m/d，其厚度和底層高程也必須達到一定的標準才行。要重新設置混凝土防滲墻，將其安裝在主壩的上游的壩肩區域，必須要和原壩相距10.5 m，該長要達到325 m，將黏土心墻頂部高層加高至43.5 m，其底部高層必須要降低至1～5 m。

2.2 墻體材料選擇

采取除險加固措施時，墻體的材料必須根據工程的各種情況進行選擇。而該水庫必須選擇具有抗滲性和耐久性強的材料，混凝土防滲墻基巖內部和表面3 m外的范圍內都必須采用普通的C10混凝土。而且對于黏土心墻而言，它會發生變形，因此所采取的除險加固措施使用的材料必須要與其相適應，所以需要在墻的上部采用塑性混凝土。除險加固措施完成后，黏土心墻可能會發生斷裂現象，所以需要采用REA膨脹劑(10%)不僅避免出現這個現象還可以提升整個墻體的抗滲能力。

2.3 墻體厚度設計

采取除險加固措施時，墻體的厚度不是固定的，它受到許多的因素限制，包括水壩的坡度、周邊的環境等等。如果采取塑性混凝土的材料進行除險加固時，必須確保其坡度要為50%才能選用這個材料。在《碾壓式土石壩設計規范》(SL 274—2020)的規定：對于中低壩混凝土防滲墻底部的厚度的范圍為壩高的1/40～1/60，其最低的厚度必須要大于0.4 m，在實際的選擇時可以采用壩高的1/50的厚度，確保墻體的耐久性更高。所以根據這個標準對于該水庫的主壩除險加固工作時，選擇的是0.6 m的墻體底部厚度，這個數值是最適宜的。

3 實例水庫除險加固工程方案設計

上述提到了墻體選擇的材料以及墻體的厚度，還需要做好除險加固工作。在施工前必須要制定好設計的方案，能夠讓整個工程施工更加順利。根據工程的特點已經制定出了3個合理的方案，主要薄型抓斗混凝土防滲墻方案、高噴防滲板墻方案、劈裂灌漿方案，每個方案都有自身的缺點和優點。

3.1 方案A:薄型抓斗混凝土防滲墻

薄型抓斗混凝土防滲墻方案采用的材料為塑性混凝，運用薄型抓斗主機進行操作施工，該設備有一定的要求，其最小的作業面寬度不能小于97 m，但是對于工程而言，實際上只有6 m的寬度，因此就不能運用這個機器進行施工，就需要增加一個新的施工方案：拓寬壩頂。在方案中必須要將壩體拓寬至少1.5 m。只有寬度達到了薄型抓斗主機要求的頁面寬度才能夠開始施工建設防滲墻。

防滲墻的要求也有許多，其厚度必須要超過0.6 m，中心的長度也不能小于140 m，所使用的材料塑性混凝土的滲透系數也必須調到10.7～10.9 cm/s，確保材料的抗壓強度超過5 MPa，建成后的混凝土墻體有20 d的養護期，也要采取抗壓措施。構建防滲墻時，要從底部開始，墻底必須要深入基巖2 m，才能保證防滲墻能夠發揮其功能。主壩迎水面的表層也發生了滲漏的現象，可以采用高壓旋噴灌漿的方式阻止這個現象的發生，但是對高壓旋噴灌漿也是有要求的，其直徑必須為0.8 m，灌漿的深度到達27 m，其噴射的壓力也要在20 MPa到25 MPa的范圍內。出現左側滲漏的現象則采用帷幕灌漿的方法進行修復。必須在前面講述的兩個步驟完工后才能進行帷幕灌漿的工作。圖1為高壓旋噴灌漿的模式圖。

3.2 方案B:高噴防滲板墻

而高噴防滲板墻方案首先是需要進行灌漿施工，對于壩體全斷面采取灌漿，其范圍要達到140 m，利用的是單管高壓旋噴灌漿方法建成相應的防滲墻。如圖1所示，其次要將旋噴樁的孔距調節到0.65 m，在噴漿時其深度必須要小于43 m，噴漿的壓力也要大于20 MPa，當這些要求全部達標后，防滲墻的抗滲能力也能得到提高。

圖1 高壓旋噴灌漿模式

3.3 方案C:劈裂灌漿

該方案與高噴防滲板墻方案也要對全斷面的140 m施行灌漿工作，采用的是雙排孔進行灌漿，兩孔的距離為1.5 m，第一排和第二排的孔距都為5.0 m，第一排要設置在壩頂的上游面出，其深度必須要連接壩頂和壩底，這樣才能確保漿液能夠灌入到孔底部，使用的為黏土漿，第一排孔進行灌漿后輪到第二排孔。第二排孔采取的是劈裂灌漿施工，其起劈的壓力范圍為0.3～0.6 MPa，灌漿時的壓力范圍在0.005～0.500 MPa，要控制灌漿的量，確保灌漿不會出現縫隙。

3.4 施工方案綜合分析

將以上三個方案進行綜合分析。從方案的基礎施工可以看出方案A比較復雜，施工較為耗時，但是單個方案的成本相差不大，而方案A采用的塑性混凝土，這種混凝土的性能會更好;方案B需要利用先進的設備進行施工，因此施工的效率得到大幅度的提升，工期非常的短，其建成的防滲墻的防滲能力較好，但是施行這個方案需要技術高的人才進行掌控，其工藝技術也非常的復雜，很容易出現失誤；方案C在壓實度上比前兩個方案都更低，也需要高技術的人才進行施工，工期也很短。所以，通過綜合分析，選著方案A更加合理，如果想要使防滲墻的防滲能力更好，可以將塑性混凝土更好為低彈模混凝土，更加適應本工程。

4 混凝土防滲墻施工工藝應用分析

4.1 施工方法

采取防滲墻施工時，一般利用分槽段式連續施工的方案，采取兩鉆一劈的方式將主孔變成槽。圖2為施工示意圖。利用沖擊鉆對每個槽進行鉆孔工作，必須要鉆取5個主孔和4個副孔。主孔和副孔的長度是不一樣的，主孔為0.4 m而副孔為0.6 m。每個槽段為4 m，當然這個不是規定寬度，根據具體的需求調整。圖3為鉆孔示意圖。挖槽的方案分為三個步驟。首先需要設計槽底的高度，然后在利用沖擊鉆對槽進行鉆孔，最后再挖除鉆孔的土。

圖2 防滲墻“兩鉆一劈”成槽示意圖

圖3 混凝土防滲墻鉆孔示意圖(單位：m)

4.2 泥漿配比及性能指標工藝

防滲墻采用的混凝土材料需要按一定的比例混合，得到不同的性能。地層的混凝土的配方一般采用：膨潤土6%～8%、純堿0.3%～0.5%、羧甲基纖維素鈉0.05%～0.10%、聚丙烯酰胺≤0.05%、潔凈水≥92%。在不同區域的不同的混凝土的比例都是不一樣的，完整的比例表需要根據每個工程的實際情況適當的改變，當然必須要符合混凝土配比的標準。

黏土心墻的高度為43.5 m，其寬度要小于13.5 m。導槽的尺寸也是有一定要求的，必須為1.2 m×1.2 m。塑性混凝土在填底部時，影響的深度不能小于2 m，能夠防止防滲墻出現漏漿的現象。

4.3 鉆孔定位和清孔施工

沖擊鉆鉆孔前需要對槽進行定位，孔位的誤差不能超過3%，鉆出的孔的斜率不能超過0.2%。其鉆孔的深度也必須都在防滲墻厚度的1/3范圍內。鉆孔后需要對孔進行清理換漿工作，，漿的比重必須要小于1.3 mL/30 min，馬氏漏斗黏度小于30 s、含砂量小于10%、失水量小于30、泥皮厚小于4 mm、pH在7～11的范圍內，只有達到這個標準，才能保障膠體的黏結強度。

4.4 混凝土防滲墻質量檢驗

混凝土防滲墻的除險加固措施完成30 d后需要采取質量檢驗，檢測墻體的抗滲能力、抗壓的強度、滲透系數等等；分別采用綜合地球物理勘查法和實驗法。檢測的最終結果必須要達到設計要求才算除險加固成功。混凝土防滲墻的抗壓強度要在4.16～5.52 MPa內、滲透系數8.953×108～9.054×108cm/s等等。沒有達到要求的需要采取其他的措施使這些參數能夠達到設計要求。

5 結 語

該工程的除險加固的最終結果使成功的，能夠擁有良好的抗滲能力，具有重要的參考價值。混凝土防滲墻能夠讓水庫大壩的沼澤化的現象消失，也能減少滲漏現象的發生。全面提高了水庫大壩的安全性，其帶來的功能效益也能夠增加。通過這個實踐表明混凝土防滲墻所帶來的效益是很可觀的。其成本低、耗時少，在水利工程中是個優良的防滲方案。隨著時代的進步，混凝土防滲技術在不斷地彌補自身的缺點，帶來更大的經濟效益。