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- 2022-04-24 发布
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塑性混凝土防渗墙在黄大山水库除险加固工程中的应用郭攀攀(河海大学设计研究院有限公司江苏南京210098)摘要塑性混凝土防渗墙在病险水库除险加固工程中应用广泛,本文通过对黄大山水库防渗加固的工程实例总结,介绍了均质土坝中塑性混凝土防渗墙的设计、施工经验,旨在为类似工程提供借鉴。关键词病险水库;防渗墙;塑性混凝土;设计;施工中图分类号:TV698.2+3文献标识码:B1工程概况值35.0kPa、内摩擦角小值平均值14.6。,合格土体抓出,形成直井后回填抗渗性能较好Es=6.0MPa;渗透系数4.0×10cm/s,属弱透的粘土,孔与孔套接形成一道连续的粘土心黄大山水库位于明光市桥头镇境内,来水水性,fk=140kPa。墙。同时粘土夯实对井孔壁周围的土体有挤实区域为浅山地形,属淮河流域花园湖水系。水③层砾砂,呈松散状,主要分布于河槽段作用,增加其密实度。该项技术适合用于心墙库集水面积3.83kin,防洪标准为30年一遇设桩号0+080~0+175附近,最大埋深约16m,直坝、均质坝和类均质坝,在低水位条件下进行。接快剪内摩擦角建议值23。;渗透系数3.0×计,300年一遇校核,正常蓄水位35.00m,设计设计主要包括钻孔直径、深度、防渗墙有效厚洪水位36.25m,校核洪水位36.98m,总库容10_2cm/s,属强透水性,=120kPa。该层处于老度,以及回填土料的物理性能、回填层厚、夯击139.4万m,是一座以灌溉为主,兼有防洪、水河槽,原坝体建设未清基处理。功能等施工技术参数的选定。产养殖等综合利用的小(1)型水库。枢纽工程④层石英砂岩,强风化,左右岸坡埋藏较(2)高压喷射灌浆防渗墙方案浅,强度高,为弱透水层,工程地质条件好,层由大坝、溢洪道、放水涵洞等组成。大坝为均本方案是利用钻机造孔,而后利用带有喷顶风化破碎、透水性相对较大,fk=40OkPa。质土坝,坝顶全长约500m,设计坝顶高程头的灌浆管下至预定位置,以高压将浆液或水2.2存在问题37.90m,坝顶宽度4.0m,最大坝高约13m。喷射出来,在破坏土层的同时将浆液与土混根据钻孔揭示,②、④层工程地质条件较本水库兴建于上世纪七十年代初期,建设合,从而形成防渗凝结体。根据坝基基岩特性、好,透水性弱,无须处理,但①、③层工程地质不规范,施工质量较差,建成后又未进行有效深度以及类似工程防渗效果,防渗墙采用摆喷条件较差,其中坝体为①层重粉质壤土,压实管理和养护,致使工程存在较多不足和安全隐桩对接形成折线形防渗帷幕,单排布置。喷射度达不到现行规范要求,渗透系数>1×患,如坝体填筑质量达不到要求,老河槽段坝浆液采用纯水泥浆,形成的墙体渗透系数不大10-4cm/s,防渗性能差,应进行防渗加固。坝基基渗水,坝脚积水严重,渗流稳定复核不满足于1×10%m/s。夹③层砾砂,呈透镜体状分布,渗透系数大,为要求等,迫切需要进行除险加固。(3)塑性混凝土防渗墙方案强透水性,是坝基主要渗漏通道,造成坝脚积本方案是利用专用的造孔设备营造孔槽,水,除险加固必须将其截断。2工程地质条件及主要问题采用泥浆护壁,用导管在注满泥浆的槽孔中浇注塑性混凝土并置换出泥浆,形成低弹模墙3防渗方案设计体。与普通混凝土相比,塑性混凝土水泥用量2.1工程地质条件根据工程地质勘察,坝体主要由重粉质壤少、弹性模量低、极限应变大、能适应较大变3.1防渗方案选择土和重粉质壤土含砾砂所组成;坝基主要由粉形,具有造价较低、施工方便等优点。大坝防渗均质土坝防渗加固方法一般有坝顶垂直质粘土夹砾砂和砾砂层组成,下伏基岩为石英处理后与坝基不透水层形成封闭体,可大大降防渗和坝前坡面防渗两大类,本地区常用的垂砂岩。各土层简述如下:低下游坝体浸润线,增强下游坝坡的抗滑稳直防渗主要有:水泥搅拌桩防渗墙、套井冲抓坝体填土为①层重粉质壤土:含水量范回填粘土防渗墙、坝体劈裂灌浆防渗、帷幕灌定。以往,混凝土防渗墙的宽度因施工机械的围值26.27%~29.49%,平均干密度1.49g/cm,浆防渗、塑性混凝土防渗墙等方法;坡面防渗限制,一般在60cm~80cm,使成本增加,小型平均压实度88.7%。直接快剪粘聚力小值平主要有:加设粘土斜墙、土工膜防渗等。以上水库应用受限。随着施工机具的发展、薄型液均值27.1kPa、内摩擦角小值平均值11.3。,方法各有其优缺点和适用范围。压抓斗的研制,开槽宽度可至30cm,形成薄型Es=4.4MPa。坝顶注水试验成果表明渗透系数本水库设计对坝坡进行整修,可满足现行混凝土防渗墙(宽度30cm~50em),工程造价均值3.6×10cm/s,属中等透水性。规范坡比要求,无须覆土,另坝基较深,则坡面大幅降低,应用范围迅速扩大。施工前,应对塑②层粉质粘土夹砾砂,砾砂含量约5%防渗方案不适用。初步设计时,大坝加固提出性混凝土进行室内配合比试验,达到设计提出~15%,层底含量增大,呈可塑状,桩号了三种垂直防渗方案:套井冲抓回填粘土防渗的性能要求。0+000~0+290坝体直接覆盖在本层上;中等墙、高压喷射灌浆防渗墙、塑性混凝土防渗墙,3.2防渗加固方案的确定强度,中压缩性,层厚分布不均,河槽段分布现就这几种方案进行分析。综合以上3种防渗加固方案,结合本水较薄;含水量范围值25.61%~27.97%,干密度(1)套井冲抓回填粘土防渗墙方案库防渗深度(最大16m)、坝顶窄(4m)、规模平均值1.54g/em;直接快剪粘聚力小值平均本方案是用冲抓锥造孔,把原坝体坝基不小(小1型)等特点,如选用套井回填粘土方n案,坝基段松散的砾砂层宜塌孔,造成清据破坏时的水力坡降来确定墙体厚度,计塑性混凝土配合比为:水泥用量不小于基不彻底,且井柱内粘土回填质量不易控算公式为:100kg/m3,膨润土用量不小于40kg/m,水泥制,防渗效果打折扣;如选用高压摆喷灌T=K△H/J一与膨润土的合计用量不小于180kg/m,胶浆方案,能够满足各类土层的施工、防渗式中:T一防渗墙计算厚度,m;凝材料总量不小于300kg/m,砂率不小于要求,但施工精度要求高、造价较方案三△H——作用在墙体上的最大水头45%,水胶比通过试验确定。高约40%;而选用塑性混凝土防渗墙方差,m;案,墙体开槽施工,直观明了,墙体厚度均K——抗渗安全系数,一般取3-5;4塑性混凝土配合比试验及力学匀、连续性好,质量可靠,对坝体、坝基均J一防渗墙渗透破坏坡降;特性能起到较好的防渗加固处理,塑性混凝土J一混凝土防渗墙允许水力坡降,能够适应坝体的变形,工程投资适中,所Jp=J衄/K。4.1配合比试验以选定此方案。根据国内一些已建成的塑性混凝土防防渗墙施工前,按照设计提出的指标,3.3塑性混凝土防渗墙设计渗墙试验表明,配合比合适的塑性混凝土以当地水泥、膨润土、砂石为原料,对塑性3.3.1墙体布置范围抗机械破坏的水力坡降可超过300,如果抗混凝土的不同配合比进行了试验。根据河针对大坝存在的问题,防渗墙应伸人渗安全系数取K=5,则L为60,与国外多采海大学试验中心试验,推荐施工配合比及相对不透水层,并与两端坝基连接,形成封用的j.=5o一6O相符。假定防渗墙承受的最室内试验检测成果见表1。闭的不透水体系。设计防渗处理范围为桩大水头差与坝前水深相同,计算得防渗墙4.2力学特性号0+000—0+320段,共320m,即从溢洪道厚度T=AH/J~=0.21m,结合施工机械等因根据室内试验成果,塑性混凝土材料至高放水涵之间最大坝高范围,含盖老河素,选用0.3m厚的塑性混凝土防渗墙,采力学指标的一般规律为:抗压强度随龄期槽段。防渗墙位于坝轴线处,墙顶高程为用薄型液压抓斗成槽。延长而不断增长,弹性模量与强度变化趋37.00m,高于最高洪水位,墙底部嵌入④层3.3.3墙体材料指标势一致,而渗透系数呈反比关系,抗压强度相对不透水层,防渗墙深度6.7m一16.4m,平塑性混凝土具有抗渗性能好、变形模随水泥用量增加而提高,随胶凝材料增加均深度约11.7m,总成墙面积3720m2。墙体量低、极限应变值大、适应变形能力强等特而降低。布置详见图1。点。本水库大坝已建成数十年,沉积基本完上述室内试验采用膨润土塑性混凝3.3.2墙体厚度设计成,坝体应力应变较小,设计要求的成墙指土,力学指标除抗压强度外均满足设计要防渗墙的厚度应满足墙体抗渗性、耐标为:墙体厚度不小于0.3m,墙体渗透系求,而较高的抗压强度主要为水泥用量偏久性、满足墙体应力和变形的要求,同时还数≤1×10%m/s,抗压强度为2.0MPa~大,考虑施工时采用粘土泥浆护壁,不可应考虑地质情况及施工设备等因素。由于4.0MPa(28d),弹性模量~<2000MPa。避免的混入胶凝材料中,因此,以渗透系尚无规范的计算方法和理论,在设计时,根根据已完成的同类项目,设计建议的数作为控制指标,以上参数可以作为施工表1塑性混凝土配合比及试验成果表配合比。材料名称水水泥膨润土砂碎石外加剂砂率配合每立方米5塑性混凝土防渗墙施工比(干用量(k270220808oo7503.9052%s)料计)5.1主要施工过程及质量控制配合比1-2310.363.643.4lO.O2防渗墙施工质量是大坝防渗成败的实坍落度190mm容重2360m3/kg抗压7d强度4.8MPa28d7.6MPa关键,故在施工过程中采用了多种措施控测抗压强度制成墙质量,主要有:①施工时严格按规值扩散度370mm渗透系数3.97×lO_7cm/s抗渗等级弹性模量1900MPa范程序操作,先进行放样、导墙等准备工序,回填土压实,防止成槽过程中倾斜、塌孔等不利影响。②采用“抓取法”工艺施高程工,施工机具采用自带电脑控制的GB24r39型液压抓斗成槽,该机能精确控制抓取深度,槽壁精度高,稳定性好,噪音小,施工速度快,确保成槽的深度、宽度满足设计要求。③为分散坝面施工荷载,避免坝体槽孔受力集中而产生裂缝,导致漏浆、塌槽等事故,槽孔全段分一、二期槽,施工顺序为先一期槽孔,后二期槽孔。④为尽量C,减少墙体接头,槽长取大值选为9m,每个槽段分主副孔进行,主孔控制宽度2.8m,cjr副孔控制宽度2.4m。⑤成槽过程中,采用图1防渗墙纵剖面图掺优质膨润土泥浆进行护壁,使孔内泥浆Gn团结水闸除险加固工程泄流能力分析与计算李连国李祖海(1.江西省水利规划设计院江西南昌330029;2.山东水利建设股份有限公司山东济宁272021)摘要合理的计算出水闸泄流能力是水闸除险加固工程的基础条件,本文结合工程实例,对现状水闸和除险加固后水闸两个方面对水闸的泄流能力进行了计算,并对计算结果进行了分析说明,为类似工程的设计提供借鉴经验。关键词泄流能力;团结水闸;计算;除险加固工程中图分类号:"1"V66文献标识码:B1工程概况老团结坝1971年10月到1972年3月建工程进行了全面安全鉴定,并根据鉴定意见形造,是一座斜交河床布置的采用干砌石护面成了团结水闸《水闸安全鉴定报告书》。《报告(内用砂卵石堆填)的堆石滚水坝,1998年该书》鉴定确认团结水闸为三类闸,属病险水闸。水闸工程是国民经济和社会发展的重要基础设施,新中国成立以来,我国修建了大量坝被洪水冲毁严重,1998年12月28日重新本文针对现状水闸泄流能力不足的问题,水闸,据不完全统计,我国已建成各类小(1)型动工加固,1999年5月底完工。水闸工程主要对水闸现状溢流坝和泄洪闸联合泄流进行了以水闸四万余座。但我国的水闸大部分建建筑物有:左岸溢流坝、泄洪闸、右岸溢流坝、试算复核,解决了联合泄流中对淹没系数相互于20世纪80年代以前,由于当时社会经济和灌溉进水闸等。水闸建成后主要功能是拦蓄影响的问题,并对加固后泄流能力进行了计技术条件的限制,同时,我国的水文记录历史水量,提供农业灌溉用水,工程已投入运行40算,为合理的选择设计方案提供了条件。也比较短,使这些水闸在建成后就存在着防洪年,为当地的农业发展做出了重要贡献。标准和建设标准低、建设治理差等诸多问题。工程运行后基本达到设计目的,但因受兴2现状水闸泄流能力复核根据《全国大中型病险水闸除险加固专项建时的经济条件、技术水平等限制,工程在设规划》,全国共2721座大、中型水闸列入除险计上不够合理,对上游泄洪、特别是河堤的防现状水闸由原来的滚水坝改建而成,闸坝加固工程规划,其中大型水闸352座,中型洪能力等问题考虑不周,时至今日,水位高时,坝轴线长124.3m,闸顶高程为150.0m,水闸工2369座,病险水闸中大部分存在过流能力不洪水漫溢,农田受淹,上游河床逐年淤塞抬高。程现状主要建筑物呈“一”字型布置,从左至右足的问题。团结水闸工程的正常运行,对当地的农业发展分别为:左岸溢流坝(开敞式无闸控制,长团结水闸位于广丰县东南部的沙田镇十做出了重要贡献,但工程自身存在的问题对上32.5m)、泄洪闸(长38.8m)、右岸溢流坝等(开六都村,坐落在丰溪河支流十五都港的下游,游防洪,农业灌溉等已构成威胁。敞式无闸控制,长53.0m)。灌溉进水闸(长闸址控制流域面积为370km,灌溉面积7.5万鉴于团结水闸所起的作用,为确保其运行9.7m)位于左坝头左侧,灌溉进水闸引水渠轴亩,水闸下泄流量2000m3/s,是一座蓄、引、提安全,2008年12月由上饶市水利局组织成立线与坝轴线形成7O。夹角。综合利用的大(2)型水闸工程。了广丰县团结水闸工程安全鉴定专家组,对该本工程泄洪闸堰顶高程143.2m,高于坝面始终保持在导墙顶面以下30cm~50em,每大于设计要求的最小厚度30em,无侧线抗本工程实践表明,塑性混凝土防渗墙技术一槽段完成后,必须检查验收,清孔换浆,达压强度值在2.2MPa~2.3MPa之间,低于室内应用于小型水库大坝除险加固工程,可有效解到要求后再进行塑性混凝土的浇筑。⑥浇筑试验成果,但符合设计要求指标,线性换算决坝体坝基渗漏问题,且具有施工速度快、工过程中确保导管埋入混凝土深度不小于lm,得弹性模量约900MPa,渗透系数在3.53×程造价低、防渗效果好、可靠性高等特点,是均保持整个槽段内的混凝土面均匀上升,速度10rrds~8.87×10-7em/s之间,小于设计要求质土坝防渗加固较好的措施之一。随着塑性混不小于2m/h,每30min测定一次混凝土面的的1×10~em/s,墙体完整性、连续性均较好,凝土防渗墙技术的进一步发展,施工机具的不深度,保证混凝土面高差控制在0.5m范围达到设计预期目标。断创新和完善,经济效益的不断提高,其用途内。⑦槽段连接采用接头管法,浇筑过程中经将日益广泛。陕西水利常活动接头管,保证接头质量可靠。6结语5.2质量检测结论参考文献塑性混凝土防渗墙从2012年2月开始黄大山水库除险加固后从2012年7月[1ing,扬静,姬宏奎.塑性混凝土弹性模量施工,至当年4月初完工。次月,经第三方现投入试运行,经过当年和第二年两个汛期高研究U].三峡大学学报(自然科学版),2012年场探坑、室内试验及探地雷达等检测,墙体水位检验,坝脚不再有积水,防渗效果明显,1O月.深度满足设计要求,轴线较为平顺,成墙质说明本工程塑性混凝土防渗墙的设计、施工(责任编辑:黄灵芝)量较好,墙体厚度在30.1em~31.0cm之间,是成功的。