塑性混凝土防渗墙在黄材水库除险加固工程中的应用和探讨
时间：2023-01-23 19:55:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
文勇坤
（长沙市黄材水库灌区管理局，湖南 长沙 410600）
1950年，混凝土防渗墙技术第一次应用于意大利玛丽亚大坝，采用冲击式钻进法在大坝砂卵石地基中建造了深40 m的防渗墙，随后各国相继引进推广。我国于1958年首先在山东省崂山水库工程中建成混凝土防渗墙后，相继在密云白河主坝、毛家村坝等工程使用。目前全国大（中）型病险水库险险加固工程已多处采用塑性混凝土防渗墙，成墙质量可靠，防渗效果明显。
1.1 水库概况
黄材水库兴建于1958年，1965年枢纽工程竣工，由主坝、竹山坳副坝、井坡里副坝、溢洪道、输水隧洞及电站等组成。水库枢纽为大（II）型综合水利枢纽工程，坝址控制集雨面积240.8 km2，水库总库容1.45亿m3，其中主坝为黏土心墙土坝、最大坝高57.5 m、坝顶高程169.5 m。
1.2 主坝加固大事记
水库建成后，经历了多次大规模除险加固，1987—1990年防洪保安加固施工，对主坝坝体采用劈裂灌浆进行防渗处理，完工后主坝渗漏得到解决。经3年的运行，在坝体中部136～142 m高程位置又出现了严重渗漏，经分析系劈裂灌浆击穿所致。
2009—2010年对主坝坝体进行了冲抓回填，两排孔施工，施工时水库水位较高，施工期降雨大，水库水位上涨，冲抓机具造孔时，当孔深达一定深度即有渗水涌出，加上钻具冲击震动的影响，垮孔现场严重，最终导致钻孔进尺不够，未与老心墙顶部（146 m）形成搭接，施工完成后渗漏情况没有好转。
2019—2020年对主坝坝体采用了塑性混凝土防渗墙防渗，通过详细设计、规范施工、有效管理等措施，主坝坝体渗漏问题得以彻底解决，并通过了竣工验收。运行过程中，防渗墙前后渗透压力、渗漏量的观测数据显示，主坝防渗效果好，运行状况良好。
主坝坝体心墙高程146～157 m之间为含砾黏土料，其含砾量大，造成心墙脱节，虽经劈裂灌浆和冲抓回填处理，但防渗效果不明显。2019年除险加固前，主坝下游坡排水棱体以上132.00～143.50 m高程散浸问题严重，坝体渗漏未彻底解决。发电尾水淹没坝脚下游，不仅不利于大坝渗流观测，同时引起坝体浸润线抬高，不利于主坝渗流安全。左坝端基础渗漏较严重，沿坝体与山体交界面存在集中渗漏点，且普遍存在散浸。
根据主坝存在的问题，结合类似工程经验，主坝坝体防渗加固对如下三种方案进行技术经济比选：
方案Ⅰ：采用塑性混凝土防渗墙防渗。方案Ⅱ：采用高压旋喷灌浆防渗墙防渗。方案Ⅲ：采用冲抓套井回填黏土防渗墙防渗。
2009—2010年除险加固中主坝防渗采用冲抓套井回填黏土防渗墙，工程实施后的运行情况表明：防渗效果与原设计指标存在较大差异，主要是防渗土料质量与填筑质量难以达到设计要求，且冲抓设备造孔深度有限，孔深超过15 m时孔斜率难以满足规范要求，造成底部墙体不连续，导致处理后防渗效果不理想。鉴于此，冲抓套井回填黏土防渗墙的方案不予考虑，故只对方案Ⅰ和方案Ⅱ进行技术经济比较，具体比选情况见表1。
表1 水库主坝坝体防渗方案比较表
4.1 施工工艺流程（图1）
图1 塑性混凝土防渗墙施工工艺流程图
4.2 施工质量控制
1）在施工前，进行先导孔施工以确保不出现因地勘资料不详细、不准确，造成塑性混凝土防渗墙施工无法满足设计要求导致防渗效果差的问题。每20 m布置1个先导孔，布置18个，孔深需进入基岩透水率5 Lu以下5 m，绘制防渗墙施工底线剖面图和帷幕灌浆的施工底线剖面图。
2）成槽后应立即清孔，浅孔采用抽通法、深孔采用泵吸法。清孔时应向孔内补浆，清孔1 h后，膨润土泥浆的漏斗黏度为32～50 s、密度不大于1.15 g/cm3、含砂量不大于4%，孔底沉渣厚度不大于10 cm，从而保证槽底的防渗搭接。
3）坝基防渗施工中，先进行坝体塑性混凝土防渗墙施工，后进行坝基帷幕灌浆，从而可保证基岩面处防渗搭接。施工中过程中，应下设DN100 mm帷幕灌浆预埋管，防止塑性混凝土防渗墙和帷幕灌浆防渗体脱节。为保证混凝土防渗墙浇筑后预埋管的垂直度，应注意以下几个方面：一是按要求制作钢筋笼，每6 m设置一道水平固定支架；
二是在钢筋笼堆放和吊运下放过程中，要防止钢筋笼产生扭曲变形；
三是采用锚固、压重、减少导管在混凝土中埋入深度和降低塑性混凝土浇筑速度等方式，防止钢筋笼上浮；
四是采用两套以上导管同时浇筑，始终保持混凝土面基本水平，降低浇筑速度，保证预埋管四周压力平衡，防止挤压移位。
4）黄材水库主坝塑性防渗墙采用6 m一个槽段，两序施工，槽段搭接是保证塑性防渗墙施工质量的一个关键因素。为保证槽段搭接质量，应注意以下几点：一是选择适宜的拔管时间，拔管过早将造成槽端混凝土垮落，拔管过晚将造成卡管，应在初凝时拔管；
二是需控制拔管速度，拔管过快将造成槽端混凝土破坏，影响搭接，拔管过慢将错过最佳拔管时间，造成拔不动的情况出现；
三是应在接头管拔出的同时向孔内填充泥浆，防止塌孔；
四是在塑性混凝土浇筑前，应采用圆形钢丝刷子对接头部位进行刷洗，去除附着的泥皮。
4.3 特殊情况处理
在主坝塑性混凝土防渗墙某槽段成槽过程中，突然出现漏浆，从外坡可见泥浆渗出，短时间泥浆大量流失，且下游侧导槽处土沿轴线方向出现长达30多米裂缝（见图2）。针对此情况，各参建方立即进行会商，分析原因为坝体高程146～157 m之间为为含砾黏土料，其含砾量大，造成心墙脱节，成槽到此高程范围时泥浆大量流失，并出现一定程度的垮槽现象。通过讨论，采取加大泥浆比重继续补浆，同时立即回填黏土，回填静置10天后把此6 m的槽段改为3 m一段再重新成槽施工，第二次成槽时未出现漏浆、垮槽现象。
图2 漏浆垮槽段
因漏浆、垮槽时补充了大量比重大的泥浆，填充含砾黏土的孔隙，加之一定时间的静置使泥浆凝固，保证了高程146～157 m的范围不再漏浆，从而使成槽施工得以顺利进行。
4.4 工程量、工期及造价
主坝塑性混凝土防渗墙土方槽挖（墙厚0.8 m）合同工程量为12 158.15 m2，实际完成工程量为12 683.18 m2；
塑性混凝土合同工程量为9 726.52 m3，实际完成工程量为10 856.79 m3，通过先导孔查明基岩面比设计稍深及槽挖扩孔系数影响，导致实际工程量比设计工程量稍大。工期为2019年10月18日至2020年2月25日，主坝加固完成投资1 731.32万元，比预算的1 690万元稍大，但在可控范围内。实际投资及工期控制合理，达到选定方案预期。
5.1 配合比及技术参数
塑性混凝土就是在普通混凝土基础上减少水泥用量，增加粘土和膨润土用量的混凝土，由水泥、水、粘土（膨润土）、砂石骨料和外加剂等配制而成，配合比试验确定水泥146 kg/m3，碎石824 kg/m3，砂762 kg/m3，膨润土146 kg/m3，水285 kg/m3。黄材水库主坝塑性混凝土防渗墙设计容重不小于2.1t/m3、28天抗压强度（3～5）MPa、弹性模量（300～2 000）MPa、水利梯度为60、抗渗等级为W6、渗透系数小于1×10-7cm/s。
表2 塑性混凝土配合比试配表
表3 塑性防渗墙混凝土试块检测结果统计表
表4 钻芯法检测塑性防渗墙统计表
5.2 塑性混凝土试配、试块及实体检测
从以上检测数据可知，塑性混凝土的抗压强度、弹性模量、抗渗等级、渗透系数等达到设计要求。说明只要规范施工，控制好工序，施工质量就能得到保障。芯样见图3。
图3 塑性混凝土芯样
黄材水库自建库以来，主坝经历了3次坝体防渗加固，分别是劈裂灌浆、冲抓回填、塑性混凝土防渗墙。劈裂灌浆和冲抓回填难以达到设计要求，2019—2020年经塑性混凝土防渗墙处理后，主坝外坡132.00～143.50 m高程处未见散浸；
正常蓄水位时，坝脚量水堰流量为4～5 L/s，比设计计算流量30 L/s明显偏小。实践证明，黄材水库主坝采用塑性混凝土防渗墙方案是行之有效的方法，只要设计合理，把握好原材料质量，把控好成槽清孔、帷幕灌浆预埋管垂直度，做好槽段搭接和塑性混凝土防渗体和帷幕防渗体的搭接，同时做好项目管理，控制投资，把握进度，就能按质按量完成施工任务。目前，全国大中型水库除险加固正在如火如荼地进行，主坝塑性混凝土防渗墙施工技术有效解决了黄材水库坝体渗漏的问题，相关施工要点、质量控制、特殊情况处理等可以为类似工程提供借鉴。
