塑性混凝土防渗墙在台上水库除险加固工程中的应用

塑性混凝土防渗墙在台上水库除险加固工程中的应用

　　塑性混凝土防渗墙在台上水库除险加固工程中的应用【】本文以嵩县台上水库除险加固工程为例，就工程中实际应用的塑性混凝土防渗墙在设计、施工及墙体质量检查等各阶段的特点进行了分析。　　【关键词】塑性混凝土防渗墙；施工平台；导墙；槽孔建造；泥浆护壁　　　　1工程概况　　台上水库位于黄河流域伊河一级支流沙沟河中游，坝址位于河南省嵩县纸房乡台上村，始建于1970年3月。水库控制流域面积6.8km2，水库总库容102.7万m3，其中兴利库容59.5万m3，死库容10万m3。设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为300年一遇，是一座集防洪、灌溉、养殖等综合效益的小（Ⅰ）型水库。n　　大坝为粘土心墙砾石坝，最大坝高29.5m，坝顶宽4.0m，坝顶长160m，坝顶高程546.0m。上游坝坡自上而下分别为1：2.038、1：2.714，在高程540.24处设10.6m宽平台；下游坝坡自上而下分别为1：2.123和1：2.133，在高程538.85m、522.0m处各设5.0m、21.6m宽平台。粘土新墙高37m,顶宽3.0m，底宽15.0m，坝基础以下高7.5m，底宽5m。　　台上水库建成至今，在防洪、灌溉方面发挥了显著效益，但由于渗漏严重，时常处于干枯状态，养殖效益无法发挥，同时也极大地影响到其它效益。　　2设计方案　　通过多个方案的比较论证，并经有关专家审查后，确定台上水库坝体防渗采用塑性混凝土防渗墙结构。　　2.1防渗墙工程布置　　工程范围自桩号0000.0~0168.0，采用塑性砼防渗墙，防渗墙中心线布置在坝轴线处，顶部高程为546.0m，底部深入基岩1.0m，设计最大墙深37.7m。　　2.2防渗墙厚度确定　　防渗墙的厚度应满足墙体抗渗性、耐久性、满足墙体应力和变形的要求，同时根据地质情况及施工设备等因素，由允许水力坡度确定防渗墙厚度。　　防渗墙厚度由下式计算：　　T=H/Jn　　式中：T—防渗墙的厚度；　　H—最大设计水头，为29.65m；　　J—塑性砼的允许渗透比降，一般为60~80，计算取75。　　经计算，T=0.398m，　　参照同类工程经验，设计防渗墙厚度取0.4m。　　2.3墙体材料　　防渗墙材料采用塑性砼，塑性砼有抗渗性能好，变形模量低，极限应变值大，适应变形能力强等特点。塑性混凝土防渗墙的设计指标为：变形模量不超过2000MPa，抗压强度≤5MPa，渗透系数为10-6~10-7cm/s，密度不小于2100g/m3，泌水率不超过3%。　　塑性混凝土的水泥采用普通硅酸盐水泥，用量为80～200kg/m3，膨润土用量不宜小于40kg/m3，胶凝材料总用量(包括土料、粉煤灰等)不宜小于240kg/m3，砂率不宜小于45%；宜采用一级配骨料，当采用二级配骨料时，小石与中石的用量比不宜小于1.0。在强度一定的条件下，弹性模量与抗压强度的比值(弹强比)越小越好。　　经现场试验，防渗墙配合比见下表：n　　塑性混凝土配合比，单位（kg/m3）　　水泥粘土膨胀土水砂碎石外加剂　　15080402307609100.4　　3槽孔建造施工　　3.1挖槽准备　　3.1.1导墙是造孔浇筑防渗墙的重要组成部分，其对造孔起着导向和定位控制作用，同时还起着槽孔护壁和外部荷载的支撑作用。台上水库导墙设计为1.5m高的直角梯形钢筋混凝土结构，混凝土等级采用C20，墙顶厚0.25m。两导墙间距为0.55m，墙顶高出地面10cm。　　3.1.2槽段划分及施工顺序　　根据台上水库的地质情况,单个槽孔长度为6m,采用间隔槽段造孔。槽孔总长168m,分为28个槽段,分Ⅰ、Ⅱ序槽段分段造槽,采用“抓凿法”,Ⅰ序槽段和Ⅱ序槽段连接即形成连续的垂直防渗墙。　　3.1.3泥浆制备n　　泥浆是膨润土或黏土颗粒分散在水中所形成的悬浮液，用于稳定孔壁、悬浮沉渣,同时向槽两侧地层渗透的泥浆以及槽两侧边壁形成的泥皮还起到辅助截渗的作用。　　膨润土泥浆的密度小，浇筑混凝土时的置换效果较好，有利于成墙质量，也便于泥浆的循环使用，设计采用膨润土泥浆。　　泥浆的配合比可在现场根据同类工程经验，结合地质条件、施工机械等不同条件，进行配置试验，增减材料的使用量，修整设计配合比。　　泥浆拌制采用2m3的高速泥浆搅拌机,拌制15分钟后,送入泥浆沉淀池,后自动流入泥浆池并不断搅动循环,经24小时水化溶胀后再由泥浆泵输送到各槽口用浆点。　　成槽过程中,对槽段采取必要的防护,防止废浆、废渣、杂物进入槽内,引起泥浆性能的改变。为防止离析、沉淀、保持性能指标均一,槽段内泥浆液面保持在槽口板顶面以下30～50cm的范围内。　　3.2成槽方法　　成槽采用机械采用抓斗挖槽机，槽孔分两序施工,先施工Ⅰ序槽、再施工Ⅱ序槽。　　3.2.1槽孔宽度和槽孔分段长度　　槽孔宽度不小于400mm,Ⅰ、Ⅱ序槽段采用抓凿法相连,n连接厚度不小于400mm,槽孔长度8m。　　3.2.2成槽要求　　为了掌握地层岩性及确定防渗墙底线高程,沿防渗墙轴线每间隔20m布设一个先导孔,针对局部地段地质条件变化大的部位进行适当加密。先导孔采用取芯钻机进行施工,根据芯样整理资料确定槽孔底线高程并报监理单位批准,以确定墙高。　　各槽孔中心线位置在设计防渗墙轴线上，上、下游方向的误差不大于30mm。槽孔壁面保持平整垂直,防止偏斜,孔斜率不大于4‰。成墙段无探头石和波浪形小墙等。Ⅰ、Ⅱ序槽孔搭接部位的两次孔位中心线在任一深度的偏差值应能保证搭接墙厚度满足设计要求。抓槽前先认真校对孔位,抓斗纵面轴线与防渗墙设计轴线结合,抓斗上下升降过程中保持平稳,避免左右摆动。主机要倒退行驶,不允许在已成槽部位上行驶,以免孔壁坍塌。　　3.2.3终孔及清孔换浆　　槽孔终孔后,要及时对孔位、孔深、槽孔长度、宽度及孔斜等施工质量进验收,验收合格后进行清孔换浆。先用抓斗自槽底部采用定位法抓取槽底淤积物及沉淀物,然后边注入符合要求的新鲜泥浆边抓取槽内陈旧废浆进行置换。清孔换浆结束，经验收符合设计参数要求后,方可进行下一道工序的作业。　　4防渗墙施工n　　槽孔混凝土浇筑是防渗墙施工的关键工序，对成墙质量至关重要，发生事故则不易挽回。防渗墙混凝土采用泥浆下直升导管法浇筑，自下而上置换槽孔内泥浆，在浆柱压力作用下自行凝固密实，单个槽孔的浇筑必须连续进行。　　浇筑导管沿槽孔轴线布置,在开始浇筑前，在导管内放入一个直径比导管直径略小且能够被泥浆浮起的球体，做为导管塞，以使混凝土和泥浆隔离开来。浇筑导管内径采用200mm,相邻导管的间距不大于2.5m,Ⅰ序槽孔两端的导管距孔端控制在0.8m～1.2m之间,Ⅱ序槽孔两端的导管距孔端控制在0.5m～0.8之间。导管底部出口与孔底板距离不得大于25cm,并不大于1.1倍导管塞的直径,浇筑时导管定期进行密封承压试验。　　各导管要同时开浇，浇筑严格遵循先深后浅的顺序,从最深的导管开始,由深到浅依次开浇,直至全槽砼面基本浇平以后,再全槽均衡上升。浇筑过程中,保持导管埋入砼的深度不小于2.0m、不超过6m,维持全槽砼面均衡上升,每30min测量一次槽孔砼面,每2h测定一次导管内砼面,在开浇和结尾时适当增加测量次数;槽孔内砼面上升速度不小于2m/h,基本保持在2.5m/h左右，并连续上升到设计高程;浇筑过程中作好砼面上升的记录,防止堵塞、埋管、导管漏浆和泥浆掺混等事故的发生。在砼浇筑时,按要求在出机口和槽口入口处随机取样,检验砼的物理力学性能指标,不合格砼严禁入槽。n　　当混凝土面上升至距孔口5m左右时，需要不断地上下活动导管，因为此阶段槽孔内泥浆浓度越来越大，导管内外压差逐渐减小，下料不畅，经常满管。该阶段要求是全面浇筑到预定高程，高出设计墙顶高程至少0.5m，然后把高出部分凿除。　　Ⅱ序孔浇筑前，先抓除300mmⅠ序槽孔塑性砼墙体至设计深度,然后用钢丝刷子上下刷洗,以保证砼搭接厚度和质量满足设计要求。　　5墙体质量检查　　防渗墙工程的质量检查分为工序质量检查和墙体质量检查。　　工序质量检查在施工过程中进行，包括成槽前的准备，导墙施工、泥浆制备、成槽施工、塌孔处理等各工序施工时的质量检查控制，如：在成槽过程中,对固壁泥浆漏失量作详细测试和记录,以便及时发现问题,作好堵漏和补浆准备,并查明原因,采取措施进行处理。根据实际施工情况,在固壁泥浆性能指标基本满足要求的前提下,适当调整泥浆配比,并适当放缓挖槽速度,待固壁泥浆漏失量正常后再恢复下沉抓槽;当出现塌孔时,应尽快补充大比重泥浆,以稳定孔壁;回填适量的渣土,平衡孔壁土压力;向孔内加入粘土、锯末、水泥等,确保孔壁稳定和槽孔安全。　　墙体质量检查应在防渗墙完成后28天进行，检查采用钻孔取芯并压水试验。通过钻芯取样，了解防渗墙的密实度、强度、与岩基的结合情况、墙底沉渣情况以及有无夹泥层等，对于塑性混凝土防渗墙，，由于其强度低，取芯率的高低不作为评判质量的标准。n　　钻心取样后，可进行压水试验，压水试验时要严格控制压力不要太大，以免破坏墙体，将压水试验得到的透水率换算成渗透系数，来评判防渗墙的防渗效果。　　综上所述，作为最为可靠的防渗措施之一，塑性混凝土防渗墙具有良好的、经济的防渗结构，通过在已建、在建的临时性工程、病险水库加固工程中的运用，起到了良好的防渗效果。