简述水库坝体防渗加固设计

　　摘要：随着水库的使用年限增加，水库漏渗破坏现象较为严重，水库堤坝坝体防渗加固势在必行。本文结合工程实例，通过分析该工程的特点，采用了塑性混凝土防渗墙技术进行防渗加固，论述了防渗墙设计及防渗墙施工设计，对类似工程有重要的借鉴作用。
　　关键词：漏渗破坏；防渗效果；加固；施工设计
　　我国许多水库堤坝由于使用年限的增加，以及本身的施工质量问题，病险问题日益突出，尤以漏渗破坏现象较为严重。随着我国科学技术的高速发展，尽快解决水库堤坝的防渗加固问题，已成为当务之急。水库堤坝坝体的防渗加固技术应根据不同工程的情况和条件，经过充分的比较和论证以后择优选择。
　　1工程概况
　　该水库堤坝工程于1975年建成，1977年10月各工程基本建成并投入蓄水运行。是一座以灌溉为主，防洪、发电、供水、养殖等综合利用的水库。工程集雨面积13.35km2，坝址以上干流河长7.75km，河流平均坡降为0.02082。现枢纽工程由堤坝、溢洪道、输水涵管和坝后电站、尾水灌渠等组成。水库堤坝为均质土坝，最堤坝高26.8m，坝长231m。
　　2防渗加固方案比选
　　在经过对水库现场的勘察表明：水库堤坝为均质土坝，该水库的存在主要问题是坝体浸润线较高、最大逸出坡降及坝坡稳定安全系数不满足规范要求，必须进行防渗加固处理。对于水库堤坝的渗漏处理，总的原则是“上堵下排”。上堵的措施有垂直防渗和水平防渗，垂直防渗处理可以比较彻底地解决坝体渗漏问题，而水平防渗处理则必须结合下游排水减压措施，虽可保证坝体渗透稳定，但仍有一定的渗漏损失。结合本工程的防渗条件和要求，为彻底解决坝体的渗流问题，保证堤坝运行安全，处理措施宜采用垂直防渗。结合本工程实际，防渗措施可在塑性混凝土防渗墙、劈裂灌浆和高压喷射灌浆三者之中进行选择。由于劈裂灌浆的防渗效果受地方施工技术和条件的限制，施工质量难以保证，故本工程选用塑性混凝土防渗墙和高压喷射灌浆进行比较。
　　塑性混凝土防渗墙适用各种坝体及坝基，可在库水位较高的情况下进行施工，无需放空水库，施工工序较少，施工方法单一，技术成熟，质量易于控制，坝体、坝基和坝肩防渗体系结构安全可靠，投资稍大。从成墙质量和防渗效果来看，塑性混凝土防渗墙整体性最好，墙体连接密实，质量有保证，检测方便，防渗效果好。
　　高压喷射灌浆可直接在坝顶进行，施工条件相对较好，但需在水库防空的条件下施工。
　　高喷墙的质量受人为因素影响较大，孔深较深时，孔斜比较大时，遇有较大粒径的砂卵石时，板墙连接无法保证，整体检测难度大。
　　考虑到现状水库堤坝的防渗效果比较差，塑性混凝土防渗墙的防渗效果好、施工方法单一和施工质量易于控制等优点，本次推荐塑性混凝土防渗墙方案。
　　3塑性混凝土防渗墙设计
　　3.1防渗墙布置
　　经过科学计算，本次将混凝土防渗墙布置在堤坝坝顶沿坝轴线偏上游2.0m处，混凝土防渗墙轴线与堤坝轴线平行，混凝土防渗墙从堤坝左坝肩至右坝肩全范围布置，布置轴线长度为170m。根据堤坝水文地质剖面图，堤坝中部54m长坝底为弱风化基岩。防渗墙底缘深入至坝底弱风化基岩面0.3m；堤坝其他部分坝底为强风化基岩，防渗墙底缘深入至坝底强风化基岩面0．8m。根据地质钻孔资料分析计算，防渗墙最大深度61.2m。防渗墙底部均接坝基帷幕灌浆。
　　3.2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，同时还应考虑到地质情况及施工设备等因素。
　　由于国内防渗墙设计无规范，防渗墙的渗透计算和渗透稳定分析以及强度、变形计算尚无规范的计算方法和理论。在设计时，根据防渗墙破坏时的水力坡降确定墙体厚度(δ)，计算公式如下：
　　
　　式中：ΔHmax为作用在防渗墙上的最大水头差（m）；K为抗渗坡降安全系数，一般取3～5；Jmax为防渗墙渗透破坏坡降，取300；Jp为防渗墙渗透允许坡降。
　　堤坝下游最低水位为101.5m，水库校核洪水位为126.27m。经渗流计算。防渗墙上下游水位最大水头差为24.77m，经计算防渗墙的厚度为0.413m。
　　根据国内一些已建成的混凝土防渗墙试验表明，配合比合适的塑性混凝土防渗墙抗机械破坏的水力坡降可超过300，如果采用普通混凝土的安全系数取K=5时，则Jp为60。目前国外确定塑性混凝土防渗墙厚度时多采用Jp=50~60。假定防渗墙承受的最大水头差与坝前水深相同，计算得防渗墙厚δ=0.75～0.90m。
　　墙体厚度最重要的两个因素为抗渗耐久性和墙体结构强度。考虑防渗墙与四周土体的相互作用，为保证防渗墙有足够的强度，参考类似工程经验，堤坝混凝土防渗墙墙体厚度确定为0.8m。
　　3.3防渗墙渗流计算
　　3.3.1计算工况
　　渗流分析计算根据规范要求按以下工况进行：
　　计算工况：
　　①正常工作条件
　　工况一：水库水位处于正常蓄水位124.0m与下游无水；
　　工况二：水库水位处于设计洪水位125.41m下游无水；
　　工况三：水库水位处于死水位108.5m下游无水；
　　②非常工况
　　工况四：水库水位处于校核洪水位126.27m下游无水；
　　工况五：水库坝前水位从126.27m骤降至124.0m下游无水。
　　3.3.2计算方法及计算参数
　　堤坝加固后坝体渗流分析计算，采用北京理正软件设计研究所的《渗流分析软件》有限元法计算。堤坝各渗透区材料的水平垂直渗透系数采用地质报告中的推荐值，塑性混凝土防渗墙区渗透系数取1.O×lO-7cm/s。
　　3.3.3计算成果
　　加固后堤坝在上述运行工况下，下游坝脚垫褥式排水前端渗流逸出处最大渗流坡降为0.44，上游坡面渗流逸出处最大渗流坡降为0.071，渗流稳定均满足要求，同时加固后坝体下游侧浸润线下降明显，可明显提高下游坝坡稳定安全。
　　3.4防渗墙混凝土主要设计指标
　　本工程选用土石围堰防渗墙材料的设计配合比为参考类型．采用工程类比法确定塑性混凝土防渗墙的配合比。塑性混凝土防渗墙混凝土的主要技术指标为：
　　①混凝土入孔坍落度(18～22)cm，扩散度(34～40)cm。坍落度保持在15cm以上的时间不小于1.5h；
　　②初凝时间不小于6h，终凝时间不大于24h；
　　③抗压强度R28=(4.0～5.0)MPa，墙高大于40m，R28以5.MPa控制
　　④抗折强度T28≥1.MPa
　　⑤弹性模量：初始模量E0=(500～700)MPa、E28≤1500Mpa；
　　⑥渗透系数K20≤1.0×lO-7cm/s；允许渗透比降50；最大骨料粒径不大于40mm,防渗墙头墙采用C20混凝土。
　　4塑性混凝土防渗墙施工设计
　　4.1施工方法
　　根据本工程为坝顶塑性混凝土防渗墙施工．场地狭小，槽孔较深(最大槽孔深61.2mm)的特点，防渗墙的成槽施工采用钻抓法成槽法施工。
　　4.2槽段划分
　　工程共按两期槽段分期施工法，先施工I期槽，后施工Ⅱ期槽。槽段长度根据墙体深度、厚度、地质水文情况、泥浆护壁能力及混凝土浇筑速度等确定为(6.0～8.O)m。混凝土防渗墙轴线170m，共划分为28个槽段，单序号为I期槽段，双序号为Ⅱ期槽段，其中1号槽段长8．0m，其余槽段长6.0m。在同一槽内又分为7-9个孔，单序号为主孔，双序号为副孔。
　　4.3主要施工工艺
　　混凝土防渗墙主要施工工艺：测量、放样→开挖施工平台→修筑导墙→钻机钻孔成槽→槽形验收→清孔→验孔→预埋灌浆钢管→下设浇筑导管→水下混凝土浇筑。
　　5结束语
　　总之，防渗加固处理通常是水库除险加固工程中最为关键的部分，，应根据水库堤坝的实际情况，选用合理可靠的防渗加固方案。实践表明，塑性混凝土防渗墙具有施工速度快，工程造价低，防渗效果好，可靠性高等特点，是水库堤坝防渗加固较好的措施。
　　参考文献
　　[1]施兴会毛俭福，水库坝体坝基防渗加固改造设计分析[J]中国水运(下半月)，2010。05

《简述水库坝体防渗加固设计》

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