土坝混凝土防渗墙

土坝混凝土防渗墙（精选6篇）

土坝混凝土防渗墙 篇1

摘要：均质土坝与坝体中薄型混凝土防渗墙同期施工, 解决了筑坝工料不达标的困境, 有利于土坝建设。但土坝与混凝土防渗墙均要认真施工, 保证质量。

关键词：新建土坝,筑坝土料,薄型混凝土防渗墙

薄型混凝土防渗体心墙土坝既借鉴了我国病险水库大坝加固的成功经验，又类似国外干筑混凝土防渗墙土坝。同黏土心墙坝、混凝土心墙土坝相比施工干扰小，费用少;施工质量、防渗效果及耐久性又远好于沥青心墙和土工布心墙土坝;所以，以薄型混凝土防渗墙为防渗主体的土坝必将得到推广。

1 薄型混凝土防渗墙作为土坝主要防渗体有利于土坝的兴建

一座均质土坝需要的筑坝土料数量很大，加之气候影响，无论是降低或提高土料的含水量和调整、改善土料颗粒级配，不仅费时、费工，增加投资、延长工期，而且还有一定的难度，调整不好会给大坝留下隐患。因此，一些地区拟兴建均质土坝时，往往受到当地缺少合格的筑坝土料制约，而前期得不到立项。

如今，新建土坝的同时，在坝体内增设1道0.4 m厚混凝土防渗墙作为主要防渗体，为一些地区因缺少合格的筑坝土料而不能建坝开辟了一个新的途径，有利于我国水利建设，特别是坝体不高的小(Ⅰ)型水库的兴建。

2 薄型混凝土防渗墙承受的外力分析

新建土坝中的混凝土防渗墙受力情况既不同于病险水库大坝加固混凝土防渗墙，又与坝基混凝土防渗墙有区别。

混凝土防渗墙属于地下隐蔽工程，穿过多种地层、边界条件复杂，对它的真实受力状态有一个认识过程。

从1959年我国第1道槽型孔板式混凝土防渗墙开始至1980年，人们一直认为深埋地下的混凝土防渗墙主要承受作用在槽顶上的竖向土压力、墙上游面的水压力、墙两侧的土压力、地震力等，其中上游面的水压力影响最大，压力大小与水头高低有关，所以，设计者特别注意混凝土防渗墙上游水压力对墙体产生的不利影响。1970年修建的碧口水电站大坝为黏土心墙堆石坝，坝高101m。大坝坝基混凝土防渗墙深37 m，第1次采用墙厚1.3 m，为以前最厚墙0.8 m的1.6倍多。1973年大坝填筑到50 m高时，发现大坝填筑出现纰漏，又在大坝轴线下游12 m处修建了1道0.8m厚、深70 m(含接高4 m)的大坝补强混凝土防渗墙。考虑墙高、承受上游面的水压力大，避免墙在岩石与坝土变层处被拉(剪)坏，分别在墙与坝土直接交接的墙段配设了钢筋。

为了真实了解混凝土防渗墙的受力状况，1973年和1977年分别在碧口水电站大坝补强混凝土防渗墙和柘林水库大坝加固混凝土防渗墙内不同深度的断面上埋设了应变仪、无应力计和钢筋计等观测仪器。经过多年的观测发现：碧口大坝混凝土防渗墙高程645 m部位(距坝顶高程710 m相差55 m)向下游最大位移457 mm，最大弯矩1 550kN·m。墙的水平位移主要发生在土坝施工期，蓄水后相对减少。位移主要发生在心墙区，河床砂砾石层较小。混凝土防渗墙穿过不同介质交接处，如心墙土与覆盖层砂砾石，砂砾石与基岩交接处附近弯矩最大。柘林大坝混凝土防渗墙下部向下游位移10 cm，上部在加高坝顶土3 m土柱压力下向下游位移很小，仅几厘米。同碧口大坝一样，同样是在坝土与基岩交接变层区域弯矩最大，达200 k N·m。

通过多年来对混凝土防渗墙内埋设的仪器原型观测和分析，基本上可以得到以下认识。

2.1 混凝土防渗墙基本受力状态

墙身是处于受压状态，即使有拉力出现，其拉应力的数值和区域也是有限的。钢筋计上测得的钢筋压力超过了250 MPa。

2.2 混凝土防渗墙实际承受的主要荷载

(1)作用在墙顶上的竖向土压力，其大小与墙顶的结构设计和土的厚度有关。

(2)墙体上游的水压力，其大小与水头大小有关。

(3)侧向土压力。

(4)地震力。

(5)混凝土防渗墙侧面的摩擦力。我国建造混凝土防渗墙初期，曾忽略了墙体两侧面的摩擦力。实际上这个力是很大的，尤其是新建坝体中的混凝土防渗墙两侧产生的摩擦力会更大，故不可忽视。

混凝土防渗墙侧面的摩擦力来源于墙体与两侧介质的沉降差。沉降差越大，产生的摩擦力也越大。摩擦力的方向取决于墙体两侧介质与墙体沉降方向。碧口水电站大坝补强混凝土防渗墙两侧土体为新填筑土，沉降量比墙体大，对墙体产生的摩擦力方向向下，即沿墙体向下产生一种拉力;柘林水库为病险水库，大坝加固混凝土防渗墙施工时大坝已经经过了7年的沉降，沉降基本趋于稳定，墙与坝之间几乎没有沉降差，所以，墙体与两侧坝土之间不再出现摩擦力，或小到可忽略不计。

3 新建坝体和混凝土防渗墙设计时应考虑它的特殊性

新建坝体与坝中混凝土防渗墙的特殊性表现在上坝土料指标不达标和混凝土防渗墙同新建坝土较大的沉降差带来的强大摩擦力对墙体的影响。

3.1 关于新建坝体坡比问题

新建均质坝所用土料颗粒级配、天然含水量是在部分不达标的情况下上坝的，如土料含黏粒过高(大于40%)，或含水量高(或低)于它的最优含水量，无论对筑坝土料施加多大功能，都难将坝土碾压密实，因此，坝土的抗剪能力偏低，大坝坝体易滑坡。应适当放缓坝体坡比，特别是大坝上游坡要比正常坝体缓一些，确保大坝坝体的稳定与安全。

3.2 新建大坝与病险水库大坝中的混凝土防渗墙材料应有区别

由于新建坝体同坝体中混凝土防渗墙的沉降差，在墙体两侧有巨大的摩擦力产生，方向向下，人们担心墙体会被摩擦力拉碎(或剪坏);另按国内外混凝土防渗墙使用年限计算公式考虑，水泥用量多，耐久性好，所以有些学者主张新建坝体中的混凝土防渗墙墙体材料采用黏土混凝土材料为宜(C10、W6-8、E=1.5～1.8 MPa)。理由是碧口水电站大坝补强混凝土防渗墙类似新建坝体中的混凝土防渗墙，除碧口大坝补强混凝土防渗墙顶上有55 m土柱压力外，其他情况完全相同。墙体两侧巨大摩擦力的作用下，墙体材料为黏土混凝土(C10、W6-8、E=1.8 MPa)，承受坝前100 m水头压力，并经过了汶川强大地震力的冲击，安全运行40多年，可见，新建坝体中混凝土防渗墙材料用黏土混凝土应该安全。

但是，有研究资料表明混凝土防渗墙的应力状态与墙体材料有关。当墙体与围土的变形模量不能相适应，并存在较大差异时，会引起墙体内部非常不利的应力状态，导致墙体因压力过大而被压碎。如加拿大马尼克3#坝的混凝土防渗墙，在108 m高的土坝荷载重作用下，经观测：墙顶只压缩了3.14 cm，而坝土层沉降量达150～180cm，墙内应力超过26 MPa，经分析确认，由于垂直应力超过墙体强度而将墙压缩。黏土混凝土材料变形模量高，与坝体变形不相称，让人担心。故有人主张新建坝体中的混凝土防渗墙墙体材料选用塑性混凝土(C2-5、K=A×10-7cm/s、E=350～1 000 MPa)为宜。墙体变形模量同坝体土变形模量相接近。由于变形相适应，对新建坝体中的混凝土防渗墙安全运行十分有利。另外，塑性混凝土墙体一旦产生了微小裂缝尚有自愈能力，这可延长塑性混凝土防渗墙的使用寿命。

但是，到目前为止塑性混凝土多用于病险水库大坝加固混凝土防渗墙，或临时围堰混凝土防渗墙之中，而病险水库大坝加固混凝土防渗墙施工时大坝坝体沉降已基本结束，不存在坝墙之间的沉降差，墙体两侧已无摩擦力产生。这是与新建大坝中的混凝土防渗墙受力条件最大的区别。塑性混凝土能否作为新建坝体中混凝土防渗墙的材料尚未经过工程验证。

水利工程安全第一。考虑到新建坝体存在的先天不足，坝中混凝土防渗墙将是主要防渗体，混凝土防渗墙深埋地下(或坝体中)，边界条件复杂，至今尚无一个成熟的计算理论，仍处在半理论、半经验阶段，而且实践重于理论。笔者认为在新建坝体开始实施阶段，可综合使用新建坝体中混凝土防渗墙墙体材料，取黏土混凝土C7-12和塑性混凝土C2-5中间值，即C5-7，这样既取二者优点，又不影响新建坝体混凝土防渗墙的质量。

塑性混凝土变形模量低，与围土变形相适应，对混凝土防渗墙耐久性有利，是混凝土防渗墙墙体材料发展的必然趋势。应在实践的基础上，通过多种计算方法(流体力学法、水力学法、图解法、实验法等)进一步了解新建坝体中混凝土防渗墙在受到不同外力情况下的变形情况，先在低坝中采用塑性混凝土作为墙体材料，根据实践情况，逐渐应用到大中型水库的高坝中。

3.3 对混凝土防渗墙入岩深度的认识

混凝土防渗墙嵌入坝基岩石深度深浅对混凝土防渗墙整体防渗效果至关重要，切不可忽视了这一关键程序。

混凝土防渗墙入岩深度一般为0.5～1.0 m。前者多用于临时围堰工程，后者应用于永久工程。入岩深度较浅有两种考虑，一是岩石钻进难度大，工效低;二是考虑墙底端同岩石的连结形式，以及带来的危害。人们将混凝土防渗墙入岩深度不大于1.0 m视为铰接，而将墙体入岩深度大于1.0 m看做固接(固端)。混凝土防渗墙底端如是铰接，在上游水压力作用下，适应变形而不会遭到破坏;而固接则不然，不利于墙体同岩石交接处的变形，易产生剪力破坏;所以，以往混凝土防渗墙入岩深度较浅。墙底部的淤积物、透水岩层只好用水泥灌浆来处理。但是，水泥灌浆效果不如混凝土防渗墙效果好;有时坝基固结灌浆工期还要顺从拦洪坝工期要求，不得不在抬头坝上进行灌浆，影响灌浆效果，造成墙下渗漏超标。渗漏严重时，还会危及大坝安全。

经过几十年的实践和总结，对混凝土防渗墙入岩深度有了新的认识，特别是对柘林水库大坝加固混凝土防渗墙长期原型观测结果，该防渗墙63 m、入岩3.5 m，墙体防渗效果明显，且并未发现在坝土与岩石交界处出现开裂破坏。原型观测到的拉应力区域很小，或根本没有。

笔者建议，在坝基岩石硬度不大时(冲击钻可钻)，用加大混凝土入岩深度取代坝基固结灌浆。

3.4 根据情况选用冲击钻做为建墙造孔设备

抓斗成槽机是1990年后用于混凝土防渗墙施工的，成槽速度快。所以，在工期紧张、抢工时应首选抓斗做为成槽机械，或抓斗与冲击钻机配合施工。

在工期允许的情况下，新建坝体中的防渗墙最好采用传统的冲击钻机施工。冲击钻机造孔有以下优点是抓斗机做不到的。

(1)有资料记载冲击钻造孔，可对槽壁两侧产生25 kN的侧向挤压力，可增加墙体两侧新建坝体土的密实度。

(2)新建坝体内混凝土防渗墙施工中，应采用优质泥浆固壁。槽内泥浆受冲击钻头的冲击，可向槽壁两侧坝土中冲击、扩散、渗透，从而在槽孔两侧上形成1层致密的泥皮。泥皮在一定程度上可减少墙身与围土之间的摩擦力，改善墙体受力状态。泥皮在上游渗水的带动下，细小黏土颗粒随渗水进入混凝土墙体微细裂隙中，可堵塞渗水通道。有试验数据表明，可提高混凝土防渗墙1～2个渗透等级。

(3)冲击钻机能冲、击碎坝基岩石，能够加深墙体入岩深度。

3.5 新建坝体内混凝土防渗墙厚度的确定

不同的墙体材料有着不同的极限渗透比降，安全系数为2时，已被工程实践证明是适宜的。在确定防渗墙的厚度时，建议用容许比降的概念来确定混凝土防渗墙的厚度。

4 新建坝体与坝体中混凝土防渗墙施工质量均不可忽视

新建坝中的主体是均质土坝，不能因坝体中增设了混凝土防渗墙而放松了对筑坝施工的要求。设计在综合考虑了混凝土防渗墙的作用，并留有一定的余地后，根据当地筑坝土料的实际情况、气候影响，以及可能对筑坝土料采取的措施，提出一个切实可行的筑坝标准供施工单位执行，并按此控制质量，进行竣工验收。筑坝单位要严格按照本行业规范和设计要求施工。

新建坝体中的混凝土防渗墙是大坝中的主要阻水结构，因此，施工质量同样不可忽视。国内，混凝土防渗墙施工已有50多年的施工实践经验，并具备了一套完整的施工工艺，有自己行业的施工规范，只要按照规范施工，混凝土防渗墙的质量是能够保证的。为了确保新型坝体中混凝土防渗墙的质量，笔者认为施工者应注意以下几个施工环节：(1)槽孔型混凝土板墙的连接;(2)混凝土防渗墙入岩深度的鉴定方法;(3)槽孔清孔换浆;(4)浇筑导管布置与开浇;(5)槽孔内混凝土上升面的测绘及入仓混凝土量同上升面高度曲线绘制;(6)入仓混凝土槽口取样、成形、养护及质量检查等。

5 结语

(1)新建土坝和坝中薄型混凝土防渗墙是两个独立的单项工程，不可相互依赖，各自务必按本行业的规范和设计要求，精心施工，把项目做好。

(2)混凝土防渗墙深埋地下，属于隐蔽工程，施工经验对做好混凝土防渗墙至关重要，所以，选择施工队伍时，应首选专业队伍或有混凝土防渗墙施工经验，又有认真、负责、朴素作风的队伍。切不可盲目使用既不懂混凝土防渗墙施工工艺，又无处理施工中突发事故(如漏浆、塌孔、混凝土浇筑中混凝土导管堵塞、坝体开裂等)的经验和采取应急措施的队伍，否则后患无穷。

土坝混凝土防渗墙 篇2

关键词：水利工程,混凝土防渗墙,应用

经过近些年的发展, 混凝土防渗墙施工技术已经日趋成熟, 在水利工程防渗加固中, 开始在土坝防渗加固方面广泛应用混凝土防渗墙技术。混凝土防渗墙的设计并不是一项简单的工作, 需要综合考虑诸多方面的内容, 结合工程的具体情况, 选择合理的设计方案, 保证工程质量。

1 工程概述

某水库在上个世纪八十年代竣工, 水库坝址以上控制集雨面积达到了3平方千米, 水库设计洪水位和校核洪水位分别为78.15米和78.75米, 正常蓄水位可以达到75米。水库采用的是碾压式均质土坝坝体, 坝顶高层、长度以及宽度分别为85米、145米和4.5米。通过近些年的运行发现本水库存在着诸多的问题, 如没有彻底地进行坝基清基, 坝基有着较厚的透水层, 大坝土质有着较大的含砂率, 这样就会出现较大的渗漏量, 影响到水库运行的安全。

2 防渗加固方案选择

根据相关的资料表明, 本水库只有较为疏松的土质, 有着较大的含砂率, 坝址位置有着较大的埋深, 两坝肩基岩有着较大的透水率。经过分析研究, 我们采用了混凝土防渗墙, 这是因为坝基有着较厚的透水层, 如果采用黏土截水槽, 就会有较大的工程量和施工难度。而采用混凝土防渗墙技术, 则可以降低施工难度, 有着较快的施工进度, 并且工程造价成本可以得到大大的降低, 有着较好的防渗效果。

3 土坝混凝土防渗墙设计

一是合理设计黏土斜墙:结合工程具体情况, 依据相关的施工要求, 同时, 将机械施工的最小宽度充分纳入考虑范围, 对斜墙顶部的厚度进行了考虑, 最终将2.5米作为了斜墙顶部厚度, 底部厚度在3米以上。校核洪水位高程就是斜墙顶部高程, 将过渡层合理设置于斜墙两侧和坝壳之间, 这样斜墙黏土颗粒才不会被防渗流所冲走, 并且还可以更加紧密的结合坝壳。从斜墙底部开始设置过渡层, 一直向顶部延伸。

二是混凝土截水墙设计:结合本工程墙体的抗压强度、弹性模量、渗透系数以及允许渗透比降等指标, 对材料规格做出了明确要求, 要求选择32.5以上等级强度的水泥, 控制黏土含粘粒量在50以上, 选择的砂应该具有较高的石英含量, 那么河砂就是比较好的选择, 要均匀连续的设置级配曲线, 严格控制细度模数。对于粗骨料来讲, 可以有多种选择, 比如人工碎石、天然卵石等, 要严格控制石子的粒径尺寸, 保证最大骨料粒径在20毫米以内, 保证其连续起来, 这样组成的曲线才足够平滑。

三是控制混凝土防渗墙厚度:要综合考虑诸多方面的因素来控制防渗墙厚度, 保证确定的厚度可以促使防渗墙具备较好的抗渗性能, 并且结构强度要求和变形要求也可以满足, 同时, 还需要将施工设备方面的因素充分考虑。在实际施工中, 一般情况下还需要将适当的黏土掺加到混凝土中, 这样混凝土防渗墙的柔性就可以得到增强, 对于较大变形也可以适应, 避免有裂缝出现。一般情况下, 混凝土防渗墙为40到80之间的允许坡降, 墙厚度在0.6米到0.8米之间;在本工程中, 结合相关因素, 如强度、施工等, 最终将0.7米作为了防渗墙厚度。

四是选择混凝土防渗墙深度:因为不管怎么清理, 必然会有一定的泥浆、岩粉以及碎屑等沉淀物或者淤积层存在于槽底, 那么就需要向基岩中深入一定的防渗墙, 这样才可以促使防身效果得到提升。在弱风化基岩方面, 要保证混凝土防渗墙的嵌入深度在0.5米以上。

五是混凝土防渗墙顶部和防渗墙的结合处理:要结合工程具体情况, 依据相关要求和标准, 采取一系列的措施来科学处理混凝土墙顶部和防渗体的结合, 因为有砂卵石沉降发生于防渗墙两侧, 那么就会导致不均匀沉降问题出现于防渗体上, 有附加压力作用到防渗墙上, 这种附加压力要远远大于土桩静压力, 因此, 经常会有塑性破坏问题出现于防渗墙和防渗体结合处, 导致漏水现象的出现, 需要引起人们的重视。针对这种问题, 就需要向防渗体中深入一定深度的防渗墙, 保证接触渗径符合相关要求, 一般来讲, 要按照防渗体上下游水头差来设置接触渗径, 控制在其的五分之一或者四分之一左右。要在地面立模浇筑混凝土墙深入防渗体中的部分, 保证其具有平滑的表面, 一般做成其楔形, 并且将高塑性黏土填筑在它的周围, 做好夯实工作。

4 结语

通过上文的叙述分析我们可以得知, 因为混凝土防渗墙技术具有一系列的优点, 如不需要较高的造价成本、施工量较小和抗渗性能较好等, 已经被广泛应用于水利工程中;经过近些年的发展, 混凝土防渗墙技术已经日趋成熟, 但是通过调查发现, 在应用过程中, 还存在着诸多的问题, 需要引起人们足够的重视。相关的设计人员需要不断学习, 提高自身专业技术水平, 同时, 还需要总结工程经验, 设计出更好的混凝土防渗墙, 将防渗墙的作用给最大限度的发挥出来。

参考文献

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水库土坝砼防渗墙技术及运用 篇3

1 工程概况

位于北部修河主流上某水库控制流域面积9 340 km2, 总库容79.2亿m3, 是以发电为主, 兼有防洪、灌溉等综合功能的大型水利工程。主坝为薄黏土心墙坝, 坝长591 m, 最大坝高63.5 m。水库已填筑完成, 并蓄水发电。主坝由于施工填筑质量甚差, 黏土心墙存在软弱夹层、裂缝及不良接触等严重缺陷。原有的基础处理采取部分短粘土铺盖及部分悬挂式帷幕的方式, 帷幕顶端有的建有薄砼盖板, 有的未建而直接与粘土心墙相接, 也有一小段建有灌溉廊道。帷幕除未截至较弱透水层而呈悬挂式之外, 位于基岩浅层部位也难以灌好, 存在所谓的“天窗”, 深层灌浆也多有严重缺陷。因此, 水库蓄水、发电等效益受到限制, 难以保障安全[1,2,3]。

2 砼防渗墙施工措施

水库坝体曾设计过多种加固处理方案, 最后选定在黏土心墙中, 加建一道砼防渗墙。防渗墙应保证具有较强的抗渗、耐久、应力要求, 同时充分考虑地质情况, 以及实际施工设备等。以较彻底地加固处理坝体, 并为加固坝基创造条件。砼防渗墙沿坝轴线连续布置, 全长591 m, 墙高达61.2 m, 厚度为0.8 m;位于黏土心墙中部, 可与黏土心墙联合防渗, 墙底嵌入基岩3.5~5.0 m, 一方面较好地截断基岩表层, 防止薄弱岩层的渗漏, 另一方面结合在墙体内, 从坝顶至岩面每隔2 m埋置1根直径为20 cm的钻孔灌浆钢管, 为加固并补充帷幕灌浆创造良好条件。

在现有条件下, 采用冲击钻泥浆固壁建造槽孔, 在充满泥浆的槽孔中, 自下而上浇筑砼, 分段建筑, 联成整体。墙的挡水防渗面积共计28 300 m2, 造孔进尺为38 600 m, 砼30 700 m3, 是近年来规模最大的砼防渗墙。

3 建筑物的设计

该砼防渗墙是在主坝基本建成, 水库已蓄水发电, 同时坝体、坝基缺陷甚多, 安全性不高的情况下进行的。因此, 在设计工作上, 除了必须进行常规的有关砼防渗墙的结构、荷载、应力应变、抗渗、稳定、施工工艺和程序, 料物性能和配比与有关建筑物的联接等一系列分析计算之外, 还必须对坝填土分布及其薄弱位置, 填土质量和性能等进行全面细致的了解和分析, 对施工过程中坝体包括粘土心墙的稳定及在特殊情况下可能出现的问题和补救措施, 诸如冲击钻造成的震动, 泥浆和流态砼对粘土心墙的作用, 坝体劈裂或裂缝、串浆、高水位时的施工影响, 汛期大洪水时的渡汛安全等一系列重要课题进行分析计算和论证。防渗墙是在坝体内连续造孔成槽, 以泥浆固壁, 在泥浆下浇筑混凝土而建成的。在施工中, 一般采用冲击式钻机造孔或两钻一抓法, 目前水利工程广泛采用[4,5,6,7]。

在施工中, 对这段砼防渗墙底下部留有0.3~0.5 m的黏土层所导致的渗流稳定和墙体沉陷计算也做了较细致的分析研究, 其中有关墙体沉陷考虑了两侧和下部土体固结沉陷及相互影响, 与一般计算分析方法相比是较为合理的, 从而使沉陷和作用力包括因沉陷导致廊道顶的集中压力较能符合实际。此外, 本工程在槽孔深达60 m以下用冲击钻造孔截入基岩3.5~5.0 m取得成功;在厚仅0.8 m的砼墙中埋成深达60 m的平直钢管以及埋置应变计也较为成功等。所有这些设计都经过较好的研究, 并运行良好。

4 防渗墙施工方法

防渗墙质量的重要影响因素是造孔质量, 并且由于造孔时间占防渗墙施工总工期的时间较长, 所以造孔时间的长短对工期时长影响较大。施工过程中应采取有效措施避免偏孔, 并且将孔斜控制在合理范围内。

开槽的连续性和浇筑的及时性影响砼防渗墙施工质量和速度。同时, 加强泥浆固壁, 避免出现塌孔而导致施工中断, 一旦断开则处理难度较大。因此, 必须严格按规程开展施工, 保证施工质量。并且注意加强机械设备的维修养护, 以保证砼防渗墙施工质量[8,9,10,11]。

砼防渗墙现已全部竣工。通过对设在黏土心墙中, 距防渗墙2 m的渗流观测管进行连续观测, 据已有资料, 大部分管内水位明显下降, 流势降低达50%。又据墙中埋设的4个断面的应变计实测资料分析, 至今墙体仍只产生压应力, 说明砼防渗墙的运行是良好的, 作用是较显著的[12]。

5 结语

实践表明, 砼防渗墙技术的应用可有效解决坝体、坝基渗漏问题, 且具有施工速度快、工程造价低、防渗效果好、可靠性高等特点, 对于水库大坝防渗加固效果较好。随着砼防渗墙技术的迅速发展, 施工机具的不断创新和完善, 经济效益的不断提高, 砼防渗墙技术的用途将日益广泛。

参考文献

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平原水库土坝防渗处理方案 篇4

1 平原水库土坝防渗处理原则

对于已建平原水库土坝渗透破坏, 应先通过检查、观测、已有资料分析, 找出渗漏原因, 制定相应的处理措施。对于在建平原水库应通过地质勘测、结构形式、筑坝土质、运用方式等方面综合考虑。无论是已建或在建的平原水库土坝渗透破坏处理, 垂直防渗与水平防渗。垂直防渗有混凝土防渗墙、水泥防渗墙、垂直铺塑、高压喷射板墙灌浆、黏土贴坡、黏土截水槽等;水平防渗主要有土工膜、复合土工膜或黏土水平铺盖、水下抛土等。措施有:在土坝的背水坡开沟导渗、坝后压渗、导渗沟和减压井等。一般来讲, 垂直防渗比水平防渗效果要好, 它可以比较彻底地解决坝基和坝体的渗透破坏问题, 而水平防渗结合下游减压虽能保证坝基渗透稳定, 但仍有一定的渗漏损失。在实际土坝渗漏处理时, 应尽量采用上堵的方法。上游防渗是主要手段, 下游排水反滤只起辅助作用。是“上堵”, 还是“上堵”和“下排”相结合, 应根据实际情况、防渗条件和客观要求, 本着技术可靠、经济合理、安全适用的原则来确定。

2 平原水库土坝防渗处理方案

2.1 水平防渗技术

水平防渗是较常采用的一种防渗形式。当迎水侧的地形条件允许时, 迎水侧台地与天然黏土铺盖或铺盖较薄或工程所在地附近有黏土资源时, 可以考虑采用水平铺盖防渗措施。水平铺盖防渗与土坝的斜墙防渗或黏质土坝的坝体相连, 共同构成防渗体。近几年随着土工合成材料的发展, 采用复合土工膜替代黏土材料进行水平防渗已是大势所趋, 并为工程界所接受, 在许多防渗工程上得到应用。 (1) 黏土铺盖。在土坝上游的天然铺盖存在缺陷或有人工铺盖但经运用有局部缺陷时, 可采用原铺盖补强或增做铺盖等方法处理, 延长渗透, 控制坝基渗透变形、达到安全稳定的目的。黏土铺盖应结合原有天然铺盖情况、黏土质量、分布、厚度、地形等综合考虑。铺盖厚度和长度应结合地质资料通过设计确定。铺盖厚度应保证各处通过铺盖的渗透坡降不大于允许坡降, 下游渗流出逸处的剩余水头不致产生管涌、流土。铺盖自上游向下游逐渐加厚, 前端厚度约为0.50-1.00m, 末端不应小于水头的1/6-1/10。水平铺盖与坝体或坝体的防渗体连接时应适当加厚, 有特殊要求时还要加铺一定厚度的保护层。铺盖的渗透系数与坝基的渗透系数之比大于1000倍。铺盖长度即有效长度, 可根据渗流量与铺盖长度的关系曲线上的显著改变点来确定。它应满足坝基和下游出口水力坡降, 并小于其相应的允许水力坡降。一般在水头较小、适水层较浅的坝基中, 铺盖有效长度可采用5-8倍水头, 水头较大、透水层较深的坝基采用8-10倍水头。 (2) 抛土防渗技术。在已建平原水库不能放空的情况下, 局部加固已存在的断裂、塌坑、孔洞等引起的集中渗泥, 加固铺盖, 可采用水中抛土防渗技术。通过船、排体等载运土工具至指定抛土区域将土倒入水中, 北方也可利用冬季冰上推土春季融化后或打冰槽、冰孔使土落入水中。 (3) 水平复合土工膜防渗技术。复合土工膜是由PE或PVC的防水片材与涤纶或丙纶无纺布经特殊工艺, 如热融或热枯等加工而成。PE或PVC的片材起防水作用, 涤纶或丙纶无纺布起保护防水片材避免刺破的作用。复合土工膜的防水效果非常好, 较黏土防渗提高10万倍以上。用复合土工膜替代黏土防渗体, 在技术上、施工上、经济上都是可行的, 复合土工膜的厚度应根据作用水头、膜下可能产生的裂缝宽度、膜的应变和强度等通过计算估算, 铺盖的合理长度, 应使坝基渗透坡降和渗流量限制在许可值内, 通过水利计算确定, 一般长度为作用水头的5-6倍。施工时, 先清除防渗区域内的一切尖硬杂物, 铺设复合土工膜。复合土工膜拼接有焊接和胶接两种方法, 一般焊接法应用较多。复合土工膜的周温铺至防渗区域以外5-6m, 以防绕渗, 并做齿墙压住。复合土工膜的上面防护可根据是否在枯水位以上或水库运用时是否对复合土工膜产生破坏为条件确定是否防护, 以及防护方法。

2.2 垂直防渗技术

垂直防渗是坝基或坝体防渗的-种行之有效的方法, 但并不是对所有的坝基都适用。主要取决于坝基的地质结构。垂直防渗比较适宜于透水层较薄的地基, 与坝体防渗体相连, 可以作成封闭式垂直防渗, 基本截断渗漏通道, 渗透破坏可以得到根治。对于透水层很厚、隔水层很深的双层基础。采用封闭式垂直防渗施工难度大且造价太高, 如果单纯消除渗透破坏、增加渗径, 可以采用悬挂式垂直防渗。当坝基透水层内存在连续的浅层弱透水层时, 考虑半封闭式垂直防渗比较合适, 但必须在勘察资料充分且经过渗流计算后才可实施, 以免造成浪费。 (1) 链槽成铺技术。a.技术原理。通过与地面成45°大臂链条上安装挖斗切土器, 链条绕大臂旋转带动挖斗切土器全断面切削地层, 岩渣通过控斗切土器运至地面, 槽内用泥浆固壁。槽内可以置入土工腹或注入混凝土形成防渗帷幕。b.主要设备。全套设备由链条开槽机和其他辅助设备组成。链条开槽机包括造浆系统、动力系统、升降和牵引系统等。c.应用范围、适用地层。该技术可广泛应用于堤坝防渗、病险库除险加固、施工田堰防渗、海岸港池工程防渗、截潜、闸基防渗、构筑物防渗等工程。适用于最大粒径不超过槽宽的各种松散地层、最适用于砂性土和各种砂砾石、鹅卵石地层。 (2) 开槽成墙技术。a.技术原理。利用电动机带动直线针轮减速机驱动刀杆上的利刀和喷嘴作往复运动, 刮刀破岩、喷嘴喷射高速水流切削地层, 通过反循环系统, 泥浆护壁。成槽后置入土工膜或浇注混凝土形成防渗体。b.主要设备。锯槽机、柴油发电机、高压水泵、普通水泵、慢速卷扬机、反循环系统等。c.适用土层。适用于土层、砂层和粒径小于5cm的砂砾层。d.施工工艺。先做好施工前的准备工作, 如平整场地、检查水管、电路连接等, 接通电源和高压水泵, 使锯槽机空转数分钟后, 在原地开沟造槽。按开槽深度达到设计要求后, 启动慢速卷扬机, 牵引锯槽机前进2-3m, 把卷有土工膜的钢管垂直放入成槽内, 并随着锯槽机的的进入, 将土工膜垂直、平展地铺在成槽内。e.技术特点。成槽连续, 宽度可随设计要求在20-50cm之间变化, 成槽深度10-12m, 该技术具有施工速度快、防渗效果好、操作简便、造价低等特点, 得到工程界的认可。

参考文献

[1]王春生, 刘欣锋.水库土坝防渗加固处理[J].河南水利与南水北调, 2010 (12) .

复合土工膜在土坝防渗中的应用 篇5

1 概况

某库总库容108万m3, 兴利库容79万m3, 是一座以农业灌溉为主, 兼有防洪、旅游、水产养殖等功能的综合水库。水库于1958年建成, 主坝为均质土坝。水库主坝长465m, 坝顶宽度4.0m, 坝顶高程为98.1m, 正常蓄水位95.30m, 坝底高程为91.2m, 大坝迎水坡比1:2.5-1:3, 背水坡坡比1:3。受当时建设环境及客观条件限制, 坝前库底没有铺盖防渗, 施工中未对水库坝基进行防渗处理, 坝体夯填不密实, 坝后也未做排水体, 防渗效果较差, 坝后常年渗流, 高水位时曾出现管涌。

2 除险加固设计方案的选择

在设计方案制定的过程中, 设计和施工人员对各种技术进行了详细的比较, 同时也充分考虑到了该工程坝体的建设材料和施工条件等重要的因素, 决定选择复合型土工膜进行土坝防渗工程的建设, 在设计的过程中, 对土坝的坝顶和坝底都采用了复合型土工膜, 防止渗漏现象的产生, 堤坝前的底部深度是25m在整个区域的内部都要铺设复合型土工膜在铺盖的起始位置要按照施工的要求开挖齿槽, 然后按照齿槽的形状和延展方向将土工膜嵌入其中, 在土坝的顶端建造一个齿槽, 在齿槽开槽之后要将土工膜放进原来的土坝中, 在不同部分的连接处应该将土工膜铺设在连接处的混凝土表面, 这样做的主要目的就是为了能够使整个坝体结构能够是全封闭的状态, 保证其不会出现渗漏的现象。

3 复合土工膜防渗结构设计

3.1 复合土工膜规格选择。

在进行复合土工膜选择的过程中, 需要综合考虑诸多的因素, 例如下垫层的平整程度、材料能够承受的最大拉应力、材料弹性的大小等等, 在确定土工膜厚度时应该考虑的因素也有很多, 最主要的就是水利工程在运行过程中所要承受的压力, 同时还应该充分重视气候、水文和使用情况等众多其他方面的因素, 同时确定的厚度应该严格按照国家的相关标准和规定来执行。

3.2 复合型土工膜防渗体结构层设计。

复合型土工膜防渗结构包含很多不同的层次, 因为坝体和库底的土层主要是细粒土, 所以在对其按照施工的相关要求进行夯实之后就可以不需要任何额外的处理, 直接铺设土工膜早坝体垫层材料的选择上主要选择砂砾石, 且铺设的平均厚度要在20cm左右, 这种材料能够很好的满足防渗的需要, 防护层选用的是干砌石护面, 且其平均厚度达到了30cm以上, 所以可以采用复合型土工膜直接覆盖的方式, 但是需要注意的是在坝底还要加设细粒土作为防渗工程的保护层。

3.3 库底铺盖埋铺设计。

坝前25m范围内铺设规格为150g/0.25mm的复合土工膜 (PE膜) 铺盖, 在距坝脚25m的库底, 开挖一防渗齿槽, 槽深1.5m, 开挖边坡1:1, 口宽3m, 将复合土工膜嵌入槽内, 并用壤土夯填。

4 复合土工膜的铺设

4.1 复合土工膜的铺设方法。

复合土工膜铺设分库底铺设、坡面铺设两个部分。铺设方法:复合土工膜的铺设要求在平地先将4m窄幅拼接焊成20m宽幅, 然后在坡面自上而下, 垂直于坝轴线方向通幅铺设。坡面铺设在坡面验收合格后, 从堤顶向堤脚沿垂直于堤轴线方向缓慢展铺到坡脚齿槽外顶处与库底土工膜丁字形相接。库底铺设在库底开挖验收合格后, 从齿槽外顶向库内沿垂直于堤脚轴线方向缓慢展铺到库内25m处。

4.2 复合土工膜的铺设技术要求。

铺设应在干燥暖和天气进行, 为了便于拼接, 防止应力集中, 复合土工膜铺设采用波浪形松驰方式, 富余度约为1.5%, 摊开后及时拉平、拉开, 要求复合土工膜与坡面吻合平整, 无突起褶皱, 施工人员应穿平底布鞋或软胶鞋, 严禁穿钉鞋, 以免踩坏土工膜, 施工时如发现土工膜损坏, 应及时修补。

4.3 复合土工膜的拼接

4.3.1本工程采用两布一膜和一布一膜复合土工膜, 复合土工膜的连接分2个程序进行, 即下、上层无纺织布的缝接, 中层PE膜的连接。无纺织布的缝接用手提缝纫机、尼龙线进行双道缝接, 搭接宽度10cm;PE膜采用焊接工艺连接, 焊接工具采用自动调温 (调速) 电热模式双道塑料热合机。拼接包括土工布的缝接、土工膜的焊接, 为了确保焊接质量, 焊接应尽量在厂内进行, 但为了施工方便, 复合土工膜幅宽又不应太宽, 必须在施工现场拼接复合土工膜焊接质量的好坏是复合土工膜防渗性能成败的关键, 所以务必做好土工膜的焊接, 确保焊接质量, 因此, 土工膜焊接应由生产厂家派专业技术人员到现场操作, 指导, 培训, 采用土工膜专用焊接设备进行。4.3.2本工程土工膜焊接采用ZPR210V型热合土工膜焊接机, 土工布采用手提式封包机缝接。4.3.3焊接工艺:第一幅土工膜铺好后, 将需焊接的边翻叠 (约60cm宽) , 第二幅反向铺在第一幅膜上, 调整两幅膜焊接边缘走向, 使之搭接10cm。

5 复合型土工膜施工质量控制

5.1 材料采购。

在选择材料的时候应该充分考虑到工程建设的实际需要, 选择合适的尺寸, 同时在对其质量进行比对的过程中一定要仔细认真, 知晓国家对土工膜质量标准的相关规定。在选择生产厂家时应该选择规模大、信誉好的生产厂家, 同时还可以对产品的质量还要符合要求的生产厂家进行招标采购, 这样才能在保证材料质量的同时降低材料的购进价格, 减少建设成本。

5.2 原材料质量控制。

原材料在应用到施工之前, 相关人员一定要仔细检查产品的合格证, 还要对产品的性能和特点进行重点的标注, 同时还要查看土工膜的使用说明书, 在进入施工现场之后, 对土工膜的质量和性能还要进一步的进行检测, 可以委托一些专业的机构进行检验, 在检验合格之后才能应用到施工当中。

结束语

土坝防渗施工是一项重要的施工工作, 其施工效果直接影响到了水利工程的运行质量, 所以在施工的过程中一定要严格按照施工的标准和要求进行工程的实施。除了注意施工过程中的有效控制, 还要重视材料的选择和准备工作的质量, 工程监理要充分发挥积极作用, 做好监督和管理工作, 以更好的保证施工的质量。

摘要：在水利工程建设的过程中, 土坝防渗问题是施工人员应当予以重视的问题, 因为做好土坝的防渗工作, 才能够更好的保证水利工程的正常运行, 确保其功能能够得以充分的发挥, 在防渗工程的建设中, 复合型土工膜是一种非常有效的防渗措施。本文主要论述了复合土工膜在土坝防渗中的应用, 以供有关人员参考和借鉴。

关键词：复合土工膜,水库除险加固工程,应用

参考文献

[1]陈福英.浅谈水池复合土工膜的应用[J].科技致富向导, 2012 (15) .

土坝混凝土防渗墙 篇6

关键词：复合土工膜,土坝防渗,应用,乔及沟水库

乔及沟水库位于青海省互助县丹麻镇境内湟水河一级支流哈拉直沟河支流的乔及沟上, 是一座以灌溉为主兼顾防洪的注入式水库, 总库容为166.86万m3, 最大坝高35 m, 坝顶长230 m。水库枢纽由黄土均质坝、引水渠、输水洞、输水管等建筑物组成。水库自1968年建成蓄水以来, 经维修加固, 仍存在安全隐患。2002年经大坝安全鉴定为三类坝, 主要建筑物为四级建筑物, 属病险水库需加固处理。

1 病险情况及成因分析

水库建设期正值文革时期, 受历史原因和施工时间及投资的限制, 工程无正规的勘测、设计和施工, 是典型的“三边”工程。因此, 受认识水平、经济条件、施工条件等诸多因素的制约, 造成设计不完善, 布置不合理, 加之无施工专业机械、施工队伍水平低等。导致大坝基础清基、上坝土料和坝体填筑、施工工艺和设备均没有达到土坝施工规范要求, 坝体和坝基及左坝肩存在永久性渗漏, 在坝脚以外形成一片沼泽地, 渗漏量为10 L/s。浸润线出露高、施工导流涵洞断裂漏水、迎水面坝坡产生塌坑、放水闸门及启闭设备失灵, 溢洪道达不到泄洪设计标准要求等, 严重威胁大坝安全。为了保证水库大坝安全, 长期处于限制蓄水位 (即低水位) 运行, 达不到设计效益。多年以来, 由于投入工程运行期检修、整治的费用不足, 致使工程年久失修, 加上管理方面又比较欠缺, 导致现在不利的状况。

2 防渗方案的选择与设计

通过以上的病害调查和成因分析, 结合此工程的建筑材料与施工条件等实际情况和类似工程的处理经验, 经过多方案的技术、经济比较, 决定采用复合土工膜处理土坝渗漏的整治方案。并上报青海省水利厅, 2002年9月青海省水利厅青水[2002]372号文批复, 同意报告提出的建设规模、建设内容、投资与工期等。坝体防渗采用复合土工膜防渗设计方案。在方案确定以后, 收集了相关的规程规范和类似的工程范例, 并进行了如下设计过程[1,2,3,4]。

2.1 土工合成材料的确定

水库地处高寒, 所用土工材料应具有抗低温脆性, 承受高应力、应变性能、耐破裂性, 以及冻融作用下的强度变化小等。由于单一土工膜表面光滑, 容易下滑;该工程采用两布一膜复合土工膜 (膜料为氯化聚乙烯) , 这样不仅可以保护土工膜不受运输和施工过程中的外力损坏, 而且可以起到排水和反滤的作用。根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》 (SL/T225-1998) 中的5.3.2条规定, 土石坝防渗土工膜厚度不应小于0.5 mm, 故膜厚采用0.5 mm, 为保证薄膜具有足够的抗刺穿能力, 土工织物的单位面积重量不小于200 g/m2。

2.2 稳定性验算

由于薄膜受上游水压力作用, 使薄膜与支撑面间有较大的抗滑摩擦力, 加之薄膜固定在坝坡上, 因此稳定计算仅针对防护层与土工膜之间的抗滑稳定。验算最危险的工况为水库水位骤降, 护坡为混凝土预制块, 防护层为砂砾石, 其容重为1.9 t/m3, 空隙率为0.3%, 湿容重为2.09 t/m3, 饱和容重为2.2 t/m3, 土工织物与保护层之间的摩擦角应通过试验确定, 此次计算中, 根据青海水利学会编写的教材《土工合成材料在水利工程中的应用》一书, 土工膜与砂的摩擦角为21°~25°, 土工织物与砂卵石的摩擦角可适当加大, 此工程摩擦角采用tgα=1/3, f=0.5。因护坡块石与保护层砂卵石透水性良好, 水库水位降落时浸润线与库水位同步下降, 其容重为湿容重, 其抗滑稳定安全系数计算如下:

k大于规范要求安全系数1.2, 满足抗滑稳定规定;f为土工织物与砂的摩擦系数;α为土工织物铺放坡角。

2.3 膜后土工织物排渗能力验算

上游水位骤降时, 坝体中部分水量将流向上游, 沿土工织物流至坡底, 土工织物提供的导水率θα须大于要求土工织物的导水率θγ;坝体每层向上游的渗水量为Δqi, 坝体最低层的渗水量为qi, 经计算, 求得qi=0.020 5 m3/ (m·s) , 经计算要求土工织物的导水率θγ为0.064, 大于土工织物提供的导水率θα, 供为0.02, 安全系数为3.1, 满足规范要求, 计算公式如下:Δqi=KJiΔZi Δqiqi=Δqi

K为坝体土料的渗透系数1.92×10-5m/s, ΔZi为第i层厚度取5 m, qi为坝体的单宽渗流量, Jg为来水沿土工织物的水力梯度, α为土坝上游坡角16.68°, Kp为土工织物的渗透系数1 m/s, δ为土工织物厚度2 mm, θγ为要求土工织物的导水率0.064, θα为土工织物提供的导水率0.02。

2.4 土工膜施工要点

土工膜施工包括以下工序:准备工作、铺设、拼接质量检验和回填。土工膜应尽量用宽幅, 减少拼接量, 应使其在不利用条件下能满足拼接, 套在钢管上, 妥善运至工地。平整场地, 清除一切尖角杂物, 做好排渗设施, 挖好固定沟。土工膜的铺设, 在库低等平地上借拖拉机或人工滚放, 在坡面上, 将卷材装在卷扬机上, 自坡顶徐徐展放至坡底、坡顶和防渗墙, 与防渗墙用膨胀螺栓连接后, 在浇筑防渗墙上部铺盖, 坝顶以锚固沟固定。铺设时注意的事项:铺设时在干燥、无风和暖和天气进行, 铺设时随铺随压, 以防风吹。发现损伤, 及时修补;铺设时不应过紧, 留有足够余副 (约1.5%) 以便拼接和适应气温变化;接缝保持与最大拉应力方向平行;坡面弯曲处特别注意剪裁尺寸, 务使妥帖;施工人员穿软底胶鞋进行作业, 以免损伤织物并密切注意防火, 不得抽烟;土工膜拼接采用热熔焊发, 胶粘法用于局部修补, 焊接搭接宽度不小于10 cm, 缝接形式分立接和水平接;进行接缝检测:为保证质量采用目测法和抽样测试法。仔细观察有无漏接、接缝是否有烫损、褶皱, 是否拼接均匀等。经检验合格后方可进行下一道工序。此外, 委托质监部门进行抽样测试, 约1 000 m2取1组样, 做拉伸强度试验, 保证接缝质量达到合格, 乔及沟水库土工膜有效面积3 800 m2, 土工膜接缝, 经质检部门抽样3组进行检测, 均达到设计要求。

2.5 预制砼块施工

该部分主要是大坝护坡, 是在满足施工规范的基础上, 以保证防渗墙的强度和防渗效果进行施工的。

参考文献

[1]SL251-2000水利水电天然建筑材料勘察规程[S].北京:中国水利水电出版社, 2000.

[2]中华人民共和国水利部.SL/T225-1998水利水电工程土工合成材料应用技术规范[S].北京:中国水利水电出版社, 1998.

[3]徐又建, 李希宁.水利工程土工合成材料应用技术[M].郑州:黄河水利出版社, 2000.