山区重力坝混凝土防渗墙设计施工浅析_建筑设计

发布时间：2022-10-05 10:09 热度：

山区重力坝混凝土防渗墙设计施工浅析

黄兆兵

摘要：山区重力坝因为多种历史原因而普遍存在一些渗漏问题，因此容易造成进一步的损坏而性为大范围的危害。随着混凝土技术的发展，利用混凝土防渗墙来控制这些重力坝的渗漏和病害是十分有效的方式。

关键词：防渗墙 混凝土 防渗墙设计 防渗墙施工

一、山区重力坝的混凝土防渗墙概述

山区重力坝的因为历史的原因容易出现渗漏和管涌等险情，而随着混凝土防渗墙的施工技术和工艺的不断发展，将这种技术应用在重力坝上是可以达到加固和防渗漏的效果的。下面就混凝土防渗墙的设计进行简要的介绍：

通常的设计思路是将混凝土防渗墙的底部嵌入到相对不渗透的岩层中，深度为1m，而顶部则与大坝的防渗体相连接。目的通用的山区坝体防渗混凝土墙的深度多在40m内。在设计墙体厚度的时候，防渗墙的厚度应当与防渗效果和持久性、强度等要求，同时还应当考虑到当地的地质情况和施工设备条件等因素。

因为在施工中面对的情况较为复杂，所以防渗墙的厚度设计应当根据施工的条件进行计算和设计，其主要依据是根据防渗墙破坏是的水力坡降来确定其厚度，根据实践的经验，混凝土防渗墙所允许承载的水力坡降可达到100，当抗渗坡降的安全系数达到5级的时候，其水力坡降为60，因此假定防渗墙所承受的最大水头差与大坝前面的水深相同。山区重力坝的水头较低，一般在10-30m之间。所以设计的厚度到达0.15-0.5m即可到达使用要求。从工程的成本考虑山区重力坝的混凝土防渗墙的厚度可以相对选择薄一些，受到成孔机械的和经验系数的影响，通常山区重力坝的混凝土防渗墙的厚度为0.2-0.8m之间。

二、山区重力坝混凝土防渗墙的设计

1、总体布置情况

山区重力坝的防渗墙布置主要应考虑：1）大坝基础的地质和水文条件。主要是将防渗墙布置在坚固而不透水的基岩层中，尽量避开容易对墙体防渗造成不利影响的地质构造，墙底应与不渗透层嵌入连接，周围与坝体防渗层和坝基覆盖层和基岩防渗设施形成一个完整的防渗屏障；2）重力坝的防渗墙还应当与其他建筑相连接，与土质防渗体相连接时，墙体成楔形插入值土质的防渗体，深度为整个坝高的十分之一，接触面的允许比降应按照土料的允许比降来选定。设计是应当做好墙体与坝体混凝土结构的防渗连接处理，但是布置尽量应尽量避开坝体的构造，以此减少接头的数量；3）着重设计好于两岸的岩层的连接；4）布置力求工程量小而且造价低。

2、墙体材料的选择

混凝土防渗墙的主要材料是普通混凝土和塑性混凝土。普通的混凝土强度应当达到C10以上，水泥用量设计为350Kg/m³以上，水胶比例控制在0.65以下，同时使之具备高弹模性、大强度等特征，可以承受较大的垂直和水平载荷。但是普通的混凝土弹模较高，极限的应变能力小，墙体和周围的构造物产生的沉降差和变形差导致墙体在受到垂直压力和摩擦阻力的作用下产生的应力大于普通混凝土的承载极限，而产生破坏。所以采用塑性混凝土克服这种情况，塑性混凝土主要是在普通混凝土的基础上减少水泥的用量，增加黏土和膨润土的比例，使之形成水泥 、水、黏土、砂石骨料和外加剂配合而成的塑性混凝土。这种混凝土与普通混凝土相比具有较低的初始弹性模量，极限应变 大，能够适应较大范围的变形，有利于改善墙体所承受的应力状况，同时也具备了相应的强度和抗渗透性能，当墙段的连接可采用钻凿法时操作容易实现。因此在选择防渗墙的材料时应当将塑性混凝土作为首选。

三、重力坝混凝土防渗墙施工

针对混凝土防渗墙的施工工艺和流程，因为具体的施工条件的差异会出现不同的工艺设计和施工方式差异，下面就某工程实例：湖北某山区水坝采用混凝土防渗墙防渗，坝体轴线长90m，最大墙深约25m，混凝土防渗墙厚80cm，下面就此来介绍防渗墙的施工流程和要点：

1、槽孔的开凿

施工采用的成槽方法是钻劈法，冲击循环钻机负责主孔钻孔，冲击钻机复杂副孔，副孔采用空心钻头，冲击反循环清理槽孔。以进尺30cm为一个段落检测斜度，如倾斜度大于标准则需要及时的纠正，测斜采用重锤法。

根据实际的地质情况，计划分为两期进行施工，第一期的槽段为4.8m标准，而二期的槽段为6.8m，施工过程中可以因实际的情况进行相应的调整。接头孔采用套打一钻的方法，在首期槽混凝土浇筑完成后36小时后进行套打，或者根据实际的混凝土测试情况制定间隔时长。

2、孔槽的清理

设计孔槽应当嵌入弱风化层1m，成孔结束后，进行槽孔宽度和深度、垂直度的检测，待完成验收后进行清孔换浆，清孔采用反循环方式进行，完成后对孔内的泥浆和沉淀进行测量，合格后完成清孔。这个阶段应当注意对钻孔形成的废渣进行合理的处理，防止对环境产生污染。

3、成孔用泥浆的配制

1）原料要求。泥浆采用的材料有很多种，该工程采用的是膨润土泥浆。商品膨润土质量应符合相关的质量技术标准，施工用的泥浆的技术性能和材料选择，应满足水利水电工程混凝土防渗墙的技术要求，并在设计阶段完成审核和批准。

2）泥浆的拌合

拌合泥浆可以采用机械拌合，如：高速度搅拌机，按照规定的配合比线加水然后在加入其它辅助剂，最后加入膨润土，各种材料的添加量应保证误差小于5%。每槽泥浆的拌合时间控制在5-7分钟，或者按照试验结果确定。泥浆用膨润土为主要材料是为了改善泥浆的基本性能，在拌合泥浆时应增加必要的防水措施，定时检测泥浆的性能指标。

3）泥浆的质量保证

搅拌时应当对泥浆进行定时取样（24h），并进行检测，包括比重、黏度等；新拌合的泥浆24h后应从储存池中取样进行检测，比重、漏斗黏度、含沙量等；循环到孔内的泥浆也需要进行24h检测，除了对比重、含沙量、含水量的检测外增加对泥皮厚度和PH值的检验，符合要求后方可继续使用。

3、混凝土防渗墙的浇筑

1）导管设置

混凝土的浇筑导管采用的是泥浆下直升导管法，此工程采用的混凝土导管是直径为250mm的无缝钢管，具体长度因工程情况而定，以适应不同深度的槽孔。

2）浇筑施工

在浇筑的过程中应控制导管的埋深不应小于1m，主要是防止混凝土中夹带有泥皮。槽孔内的混凝土面上升的速度也应有所控制，要求小于2m每小时。每根导管灌注的混凝土应当均匀分配。为了保证混凝土在孔槽中上升均匀稳定，应当进行定期的测量。浇筑中应当按照实际施工的情况和监理要求对混凝土进行取样，对温度、坍落度、扩散度等进行检测，杜绝不合格的混凝土进入到施工中。浇筑施工一旦开始就应当保证其施工的连续性，即使出现事故停车也不能超过一定的时间范围。混凝土完成浇筑时，应当是混凝土顶面高出设计的高度0.5m，这时为了保证混凝土凝固后防渗墙顶面的高程有所保证。

四、结束语

综合的看，对山区重力坝采用混凝土防渗墙来进行防渗和加固是一种较为有效的方式。但是因为山区重力坝的自然和地质情况复杂，因此在实施过程中应当把握好具体的情况进行针对性设计，而且在施工中应完善每个环节，做到尊重设计而有灵活应变，利用实时检测来控制施工质量。

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