简述水库坝体防渗加固设计

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.mpa⑤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注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。