混凝土防渗墙在水库除险加固中的应用

DOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2013.02.019混凝土防渗墙在水库除险加固中的应用陆慧飞金华市水利水电勘测设计院有限公司，浙江 金华 321017摘 要最近几年我国在大范围地开展水库除险加固，混凝土防渗墙在中小型水库土石坝防渗加固中得到了广泛的应用。

本文通过平时工作中遇到的工程实例及查阅相关文献资料，从设计、施工等方面对混凝土防渗墙技术进行系统的概括和总结。

关键词混凝土防渗墙；水库土石坝；除险加固前言最近几年我国正在大范围地开展水库除险加固，目前大部分的大中型水库、重点小型水库除险加固已经基本完成。

金华市位于浙江省中部，新中国成立后至2011年底，全市共建成水库797座，其中大型水库2座，中型水库25座，小型水库770座。

这些水库的拦河大坝以均质土坝和黏土心墙坝为主，大部分大坝建于上世纪五六十年代，经过近五十年的运行，不少工程已趋于老化，而且受建库时技术、经济水平的限制，大坝存在的问题较多，其中以大坝渗漏问题较为突出。

在土石坝除险加固过程中防渗效果好，施工方便，质量易控制的混凝土防渗墙得到了较为广泛的应用。

特别是一些坝体相对较高的中小型水库大坝除险加固中，混凝土防渗墙具有其它措施无可比拟的优势。

混凝土防渗墙是利用专用机具，在坝体及覆盖层透水地基中，建造槽（孔），以泥浆固壁，采用直升导管，向槽孔内浇筑混凝土，形成连续的混凝土墙，起到防渗的目的。

在土石坝防渗加固中，只要严格控制质量，是可以截断渗流的，从而保证已建坝体和坝基渗透稳定，并大量减少渗透流量，对于保证险水库安全，充分发挥水库效益，起着重要作用。

本文通过平时工作中遇到的工程实例及查阅相关文献资料，从设计、施工等方面对混凝土防渗墙在水库土石坝除险加固中的应用技术进行系统的概括和总结。

1 混凝土防渗墙的设计混凝土防渗墙的设计，主要有方案比选以及方案详细设计，方案比选包括前期资料的收集、方案的比较。

方案详细设计包括混凝土防渗墙布置、有效墙厚、应力应变计算、渗流计算以及防渗系统纵横断面设计等。

1.1 方案比选对于土坝出现渗漏的水库除险加固工程来说，确定大坝的防渗处理方案是关键。

有的大坝防渗工程由于设计时没有进行仔细的调查研究，选择了不适合的防渗加固方案，往往造成后面工程施工时的被动，甚至不得不改变处理方案，从而造成不必要的损失。

确定方案前首先需要搜集相关的资料，一般需要搜集的资料如下：（1）水库原设计、竣工资料、水库运行管理资料。

（2）通过现场踏勘向水库管理人员了解水库运行管理情况、现场查看大坝的渗漏情况。

（3）水库大坝的前期测量、勘察资料，这是确定防渗处理方案的关键资料。

依据上述资料确定大坝的防渗处理方案，由大坝的勘探资料，可以确定大坝的实际坝高、大坝下部覆盖层的厚度（有些小型水库坝基覆盖层厚度甚至会大于坝高）、大坝基岩埋深；坝体、坝基覆盖的渗透系数，坝体基岩的透水率等。

依据设计、施工经验，一般大坝高度（有覆盖层坝基的包括坝基覆盖层）小于25m的可以采用冲抓套井黏土防渗墙方案比混凝土防渗墙方案更经济些。

对于坝高大于25m时由于套井造孔机械容易造成造孔偏斜，而且深孔很容易造成孔壁的塌方，造孔机械造孔效率极低，因此冲抓套井黏土防渗墙方案并不适用，此时混凝土防渗墙方案就具有优势。

在确定大方案后，还需对混凝土防渗墙的厚度等从技术及经济角度进行方案必选，最终确定防渗方案。

1.2 混凝土防渗墙详细设计以实际工程实例论述混凝土防渗墙的设计过程。

火炉山水库位于兰溪市西部的永昌街道新桥村处，水库总库容1630万m3，大坝为黏土心墙坝，最大坝高22.40m，坝底高程49.25m，坝顶高程71.65m，坝顶长235m，坝顶宽5m。

2007年6月水库进行了安全鉴定。

根据安全鉴定结果，水库大坝主要存在问题为：大坝心墙土的压实度和渗透系数不能满足规范要求，坝壳土土料压实度和渗透系数不能满足规范要求；整个坝体的渗流量较大，坝体存在较为严重的漏水现象；下游浸润线局部出溢处出逸比降0.15，大于下游土的渗透破坏允许渗透比降0.1，下游浸润线局部出溢处有发生渗透破坏的可能。

而且浸润线出溢点过高；坝体桩号0+115～0+145基底未清除干净，留有厚0.9m的砂砾（卵）石层，与上下游形成一渗漏通道，存在较大渗漏问题。

基底上部基岩存在渗漏问题，两坝肩尤其右坝肩高水位时存在渗漏问题。

为解决水库大坝的渗漏问题，水库除险加固设计时进行了大坝防渗设计，防渗设计过程如下：（1）防渗方案的比选水库大坝的心墙土主要由黏土组成，垂直防渗可考虑采用以下方案：劈裂灌浆、套井黏土回填和砼防渗墙等方案。

1）劈裂灌浆：是利用灌注浆液的压力，将坝体沿坝轴线小应力面有控制地劈开，灌注泥浆，利用浆坝互压，泥浆析水固结和坝体湿陷密实等作用，使所有与浆脉连通的裂缝、洞穴、砂层等隐患得到充填、挤压密实，形成竖直连续的浆体防渗墙。

劈裂灌浆的优点是设备简单、施工方便、造价低廉，主要适用与宽心墙坝和均质坝。

但劈裂灌浆施工质量较难控制，防渗效果、可靠性及耐久性相对较差，因此本工程不采纳。

2）套井黏土回填：是对填筑质量较差的心墙黏土采用置换的一种处理方法，优点：回填黏土经压实后干密度增大，渗透系数减少，防渗效果较好，而且施工方法简单，操作方便，工效高，投资少；回填料易就地取材，但回填料数量较大，对环境有一定的影响，此方法在中小型水库除险加固中应用广泛。

此法适用于水上施工，对水下或浸润线以下施工较为困难。

由于本工程大坝比较低，最大坝高只有22.4m，坝体断面相对比较厚实，经渗流分析，黏土套井加固坝体防渗方案可以达到防渗效果。

由于坝体渗漏比较严重，为验证套井黏土回填方案在本工程施工中的可行性，水库管理单位分别在大坝3个不同桩号处打设套井试验孔。

经过打设试验孔后发现，水库水位低于坝顶高程10.3m（此时水库水位63.17m）时，三个试验孔在距坝顶10ｍ～13m位置便出现严重的漏水，再往下打便出现塌孔现象，若在死水位54.76m时，坝底高程49.25m，套井会难以成孔，因此本方案不能采纳。

3）砼防渗墙：与劈裂灌浆、套井黏土回填方案相比，砼防渗墙是较为稳妥的加固处理方案，混凝土防渗墙施工简单，其成墙整体性好，厚度均匀连续，质量可靠，防渗效果好，耐久性好，而且在施工过程中水库可以不用放空。

防渗墙深入基岩，能有效截断坝基接触段、原涵管等薄弱的渗漏通道，因此砼防渗墙方案对于本工程的防渗加固来说最为适合。

综上所述，本工程坝体垂直防渗方案采用砼防渗墙方案作为基本方案进行比较。

（2）砼防渗墙方案比选针对本工程特点，以及上述方案的比较结果，现拟定以下几个方案进行比选，由于本工程大坝较低，水头不高，从应力分析来看应力水平较低，因此下面几个方案均采用常态混凝土方案进行比较选择。

方案一厚80cm的C10砼防渗墙；方案二：厚60cm的C10砼防渗墙。

综合上述分析以及根据勘探成果和初步渗流计算，选择如下两种方案对坝体进行防渗加固比较：1）方案一：厚80cm的C10砼防渗墙由于全坝段渗漏都比较严重，在桩号坝0+013～0+226全坝段采用砼防渗墙。

防渗墙沿大坝轴线布置，考虑到砼防渗墙的最大工程Engineering中国科技信息2013年第02期 CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jan.2013高度小于25m，水头不高，从应力分析来看应力水平较低，因此采用C10W6混凝土。

防渗墙厚度为80cm，墙顶高程69.00m，墙底部尽可能深入下部基岩，墙体最大深度约为28m，防渗墙渗透系数k≤1×10-7cm/s。

砼防渗墙施工时将高程69.0m以上的坝体全部挖除形成一宽约为15m的施工平台。

砼防渗墙造孔施工时上部15m可采用液压抓斗，15m以下采用冲机钻造孔。

施工完成后，将防渗墙顶部以下0.5m的砼全部凿除，重新浇筑C20W4砼头墙，头墙高1.0m。

防渗墙施工完成后，防渗墙施工平台以上用砂壤土回填。

砼防渗墙施工时可以打穿原灌溉发电涵管，彻底截断该部位可能存在的渗漏通道。

同时在桩号0-010～0+13设C20W6砼岸墙，在桩号0+226～0+235设C20W6砼防渗齿墙进行防渗，岸墙、齿墙与砼防渗墙之间设BW止水带，岸墙、齿墙下部进行帷幕灌浆。

2）方案二：厚60cm的C10砼防渗墙本方案为厚度变为60cm的砼防渗墙，其余的布置及设计要点与方案一相同。

两方案可比性投资见表1。

表1 大坝防渗方案比较表由表1比较可知，由于本工程大坝比较低，最大坝高只有22.4m，坝体断面相对比较厚实，经渗流分析，80cm和60cm厚的混凝土防渗墙均可以达到防渗效果。

但是60cm砼防渗墙施工过程中的造孔工程量较高，最终反而80cm厚的砼防渗墙工程投资省些，而且目前浙江省省内实施的砼防渗墙大部分厚度为80cm，因此施工技术较60cm 厚的防渗墙成熟。

因此综合上述技术经济比较推荐方案一（80cm厚的砼防渗墙）作为本次大坝坝体除险加固方案。

（3）砼防渗墙防渗方案设计混凝土防渗墙沿大坝轴线布置，布置于原坝体心墙内。

防渗墙顶高程为68.5m，上部为高1m的C20W6砼头墙，头墙顶高程为69.5m，要求防渗墙打穿坝体，尽可能地深入坝底基岩，对坝底基岩采用砼防渗墙进行防渗。

墙底最低处高程约为41m，最大墙深28m，墙厚0.8m，渗透系数k≤1×10-7cm/s。

防渗墙施工时将坝顶挖至高程69.00m，再此高程处设宽度为15m的施工平台，待砼防渗墙施工完毕后进行施工平台以上坝体砂壤土的回填，要求回填砂壤土的压实度大于96%。

防渗墙打穿原灌溉发电涵管，彻底截断该部位可能存在的渗漏通道。

由于本工程的砼防渗墙深度不深，水荷载也不大，防渗墙在水荷载作用下，砼防渗墙应力水平较低，经过应力应变计算，在防渗墙砼的弹性模量在3000MPa～10000MPa 之间变化时，应力水平的变化对砼防渗墙弹性模量的变化不敏感，本工程砼防渗墙采用C10W6常规砼。

与低弹模砼相比，C10常规砼的耐久性比低弹模砼好，另外从施工工艺、砼配合比、砼耐久性、材料价格等方面综合考虑，C10常规砼水泥掺量较多，膨润土掺量较少，而目前市场上的钠基膨润土的单价较高，与水泥相比还要贵。

综合以上因素，本工程采用C10W6常规砼防渗墙作为大坝防渗体。

砼防渗墙与上部头墙相接处设置一道BW止水带。

头墙施工前需凿除顶部的砼防渗墙墙。

防渗墙与两岸的连接：左岸坝体在桩号0-010～0+13设C20W6砼岸墙，右岸与溢洪道岸墙连接处设在桩号0+226～0+235设C20W6砼防渗齿墙进行防渗，岸墙、齿墙与砼防渗墙之间设BW止水带，岸墙、齿墙下部基岩进行帷幕灌浆。

2 混凝土防渗墙的施工砼防渗墙施工流程主要有施工前的准备、造孔、防渗墙浇筑及质量检查等环节。