水库大坝防渗加固设计探讨论文（共8篇）
1.水库大坝防渗加固设计探讨论文 篇一
浅谈防渗灌浆在小水库除险加固中的应用的论文
1 工程概况
老虎冲水库位于淮河流域出山店河支流上，在河南省桐柏县城东的月河镇， 属淮河流域。该水库于1956 年2 月动工兴建，1957 年11月竣工。坝址以上控制流域面积2km2，干流长2.9km，平均比降0.045，水文分区为Ⅰ区。水库上游属浅山丘陵区，流域内植被较好。水库大坝为均质土坝，现状坝顶长120m，最大坝高8.1m，坝顶宽2.9m，路面不平，无路沿石及防浪墙。老虎冲水库工程等别为V 等，主要建筑物级别为5 级， 水库原设计防洪标准为20 年一遇设计，200 年一遇校核，校核洪水位133.94m(黄海高程系)，相应库容36.62 万m3;设计洪水位133.43m，相应库容28.01 万m3;兴利水位131.48m，兴利库容15 万m3。
2 坝体渗漏问题情况说明
老虎冲水库河槽部位大坝0+030～0+075 段存在坝体渗漏及接触渗漏，高水位时渗水呈明流，渗漏量大。
3 大坝坝体防渗方案比较
大坝防渗是本次老虎冲水库除险加固的一个关键点， 根据坝体、坝基岩土和水库运行中出现的问题，大坝防渗控制应采用垂直防渗措施。设计采用坝体充填灌浆、坝体高喷防渗强与水泥搅拌桩三种方案进行综合比较，择优选用。
3.1 坝体充填灌浆
结合大坝整治工程，对大坝进行充填灌浆处理，并将充填灌浆向下深入基岩1.0m，以加固坝体，截断接触渗漏，减小坝体坝基渗流量。灌浆范围为大坝桩号0+030～0+075，灌浆段长40m。灌浆孔双排布置， 上下游灌浆孔分别布置在新坝轴线上、下游0.75m 处， 排距1.5m， 单排孔距1.5m， 共78 孔。灌浆顶部高程设计为坝基面以上4.0m，最高到风化砂开挖高程,底部至坝基面以下1.0m。充填灌浆采用2:8 水泥粘土浆,水泥采用42.5# 水泥。
3.2 坝体高喷防渗墙
根据箭杆冲水库工程实际，高压旋喷采用三管法比较经济，工效高，单排孔高喷形成的桩墙厚度可满足防渗要求。高喷灌浆施工工艺参数初步设计如下：
灌浆压力：水压25.0～30.0MPa，气压0.7～0.8MPa，浆压0.2～0.3MPa。
灌浆流量：水量75～80L/min，气量1.0～1.2m/min，浆量60～80L/min。
旋转速度10r/min，提升速度10cm/min，喷嘴直径8mm。
灌浆材料采用42.5 普通硅酸盐水泥粘土浆，水泥与粘土质量比为1:1。
设计沿新坝轴线布置一排高喷灌浆孔，间距0.8m，灌浆范围为大坝桩号0+030～0+075，灌浆坝段长40m，共78 孔。高喷墙顶部坝基面以上4.0m，底部至坝基岩面。
3.3 水泥搅拌桩防渗墙
结合坝顶风化砂防渗处理，设计采用水泥搅拌桩截断接触渗漏及坝体渗漏， 以加固坝体。水泥搅拌桩防渗墙设计范围为大坝桩号0+000～0+120，搅拌桩顶部高程设计为133.62m，桩号0+000～0+030 段底部高程为风化砂下1.0m， 桩号0+030～0+075 段底部高程为坝基面下1.0m，桩号0+075～0+120 段底部高程为强风化基岩面。
水泥搅拌桩初始设计水灰比为2:1，施工前先做先导孔试验，结合工程地质条件，机械设备和现场试桩具体情况，确定施工采用工艺参数及水泥掺入比。
根据水泥土搅拌桩防渗墙和先导孔试验经验， 结合工程地质条件，机械设备和现场试桩具体情况，确定施工采用工艺参数及水泥掺入比。初步设计建议值如下：
①桩径5000mm，桩心距320mm(最佳搭接墙厚383mm);
②钻进及提升速度V=0.288～1.96m/min;
③输浆压力：P=0.25～0.3MPa;输浆管压力P=0.2～0.25MPa;
④注浆量：30～65L/min;
⑤水泥掺入比：16%;水泥掺量43kg/m3;
⑥水灰比：0.5～0.55;
⑦钻头直径500mm;
⑧桩体渗透系数<1×10-5cm/s。
3.4 三种方案比较
方案一采用坝体充填灌浆，具有可灌性好、机动灵活、投资少、施工方便等优点，但施工速度慢，工程耐久性查。方案二采用高压旋喷防渗墙，截渗处理比较彻底，但造价高，施工机械、电力要求高，且各旋喷柱体间连接质量不可靠。方案三采用水泥土搅拌桩防渗墙，施工工期短、造价低廉、实用可靠，对本工程可同时解决风化砂防渗问题。经综合比较，本次箭杆冲水库除险加固采用方案三，即水泥搅拌桩防渗墙方案进行大坝防渗处理。
4 大坝防渗设计
通过方案比较，坝体防渗加固采用水泥搅拌桩防渗墙设计，具体设计参数参上节。
质量检验主要采取两种方法：(1)钻芯取样。从开挖外露的桩体中凿取试块或采用岩芯钻孔取样，钻孔直径不宜小于108mm，直接测定桩身强度，观察搅拌均匀程度，并做压水试验，测量桩体渗透系数。(2)开挖检验。在工程桩养护到一定龄期时，选取一定数量的桩体进行开挖，直接检验桩体外观质量、搭接质量及整体性、致密性等。
4.1 加固后大坝结构计算分析
根据箭杆冲水库地质勘探报告，大坝坝体座落于下元古界角闪片岩。结合坝坡整修加固，整修后大坝上游坡度为1:2.2，下游坡度分别为1:2.0、1:2.5，。这里主要针对加固后的大坝，在渗流计算的基础上，进行坝坡稳定复核验算。
在渗流与稳定分析中，计算参数的选取直接关系到计算结果的准确性。渗透允许坡降允许值由《碾压式土石坝设计规范》SL274- 中的公式求得。
利用地质报告中提供的`的坝体、坝基土物理参数，根据上两式，可求得坝体填土允许渗透坡降为0.53，坝基土允许渗透坡降为0.52。
4.2 大坝渗流分析
取主河槽部位桩号0+060 断面为典型断面，采用北京理正软件设计研究所的渗流分析软件进行二维有限元计算分析。渗流计算时，该断面除险加固后上游坝坡为1：2.2, 下游坡度分别为1:2.0、1:2.5，坝顶宽3.4m，坝高8.2m，基岩为下元古界角闪片岩。大坝上下游及基岩均取1 倍坝高。
根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》(SL189-96)，大坝渗流计算主要取以下两种情况：
工况I：正常工作条件，正常蓄水位131.48m 稳定渗流计算。
工况II：非常工作条件，校核洪水位133.94m 骤降至正常蓄水位131.48m 时非稳定渗流计算。
从计算结果看，坝体渗透坡降均小于允许值。
计算工况1 时取下游无水，坝坡溢出点高程127.69m，高于下游坝脚1.19m。
4.3 大坝结构稳定分析
根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》(SL189-96)，采用北京理正软件设计研究院编制的《理正岩土系列软件――边坡稳定分析程序》，计算方法采用简化毕肖普条分法，浸润线数据采用大坝渗流分析计算结果。坝体填土、坝基土材料参数，均采用饱和固结快剪抗剪指标建议值。
根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274―2001)的要求，并结合水库的运用情况，稳定分析计算工况为以下两种：
工况I：正常工况，正常蓄水位时形成稳定渗流期下游坝坡稳定;
工况II：非常工况，库水位降落期的上游坝坡稳定;
除险加固后大坝上下游坡在正常、非常工况下抗滑稳定均满足规范要求。工况I 的下游坝坡，在正常蓄水位稳定渗流期最小计算安全系数为1.31。工况II 的上游坝坡数，在水位降落期最小计算安全系数为1.24。
5 结束语
经多方案比较，本次箭杆冲水库除险加固工程采用水泥搅拌桩防渗墙方案进行大坝防渗处理，该方案安全可靠，合理可行，现已得到批复，工程正在建设中。目前，此项工程设计已在桐柏县同类水库除险加固工程中推广应用。
2.水库大坝防渗加固设计探讨论文 篇二
1 病险水库大坝加固砼防渗墙的工作布置
第一, 注意观察地质条件和水文条件, 工作人员根据实际情况将防渗墙建筑在坚固不透水的基层岩当中, 对于不利于发展的地质构造要及时避开, 避免影响工作质量。
第二, 对原有的防渗体以及建筑物相连接。砼防渗墙的建设应该考虑其形状, 在与土质防渗体相连接的时候, 必须注意插入土质的防渗体高度, 正常情况下应该在1P10坝高左右, 材料的接触面应该结合土料的允许比降进行确定。设计人员在设计的过程中, 应该要认真做好坝身砼构建筑物的防渗链接, 在实际的施工过程中必须注意接头处理。
第三, 设计好与水库的链接工作, 在选择材料方面认真思考, 尽量加快工程监督, 缩小工程量, 降低造价。
2 设计必选的注意事项
2.1 墙厚比选注意事项
设计人员选择防渗墙的厚度非常重要, 它是砼防渗墙设计的主要内容之一, 影响砼防渗墙厚度的主要因素有四方面, 即坝高和渗透稳定条件、施工条件和地质条件。因此必须要遵循《辗压式土石坝设计规范》中的规定进行设计。
2.2 材料比选注意事项
目前, 墙体材料主要选用塑性砼和普通砼两种, 其中塑性砼的强度比普通砼强度要小, 但其极限应变能力较高, 能在墙体和堤坝间的变形和沉降情况下不遭受到破坏。而普通砼的强度较大, 一般强度等级在C10以上, 但由于极限应变能力很低, 墙体和周围坝体间的沉降和变形都会导致普通砼超过盈利要求, 从而导致破坏。
2.3 泥浆比选注意事项
在建造槽孔的时候, 泥浆具有支撑孔壁、悬浮、冷却、润滑等方面的功能, 因此具有非常重要的作用, 但泥浆的作用却经常在设计当中被忽视, 一些地方在设计病险水库大坝砼防渗墙的时候, 均按照相应的技术要求进行设计, 因此, 在《水利水电工程混凝土技术规范》当中, 要求水泥的含砂量<5%, 粘粒含量>45%。此外, 水泥的塑性指数要在20左右。为了能够有效保证水泥的质量, 工作人员可以在泥浆中加入增粘剂或者分散剂, 从而有效提高泥浆的性能, 在稳定的前提下进行工作。
3 挖 (造) 槽孔施工法
常用的挖 (造) 方法多种多样, 主要包括射水法、锯槽法、抓斗挖槽法等。下文主要对不同的方法进行详细介绍, 并提出几点合理的建议。
3.1 冲击式钻进法
冲击式钻进法主要是利用曲柄两岸进行来回运动, 从而提升或下降钻头, 或者利用砖头进行自由下落, 并让土层岩石破碎, 从而继续前进。当孔底的钻渣逐渐增加后, 可以去除钻头, 并使用水下直升导管法进行浇注。该方法是世界上最早使用的施工方法, 其功效较低。
3.2 射水法
射水法主要是主要是利用水泵将水输送到射水装置, 并形成高速射流, 在向下移动的时候形成刀片切削等作用, 从而有效破坏土层结构, 将水土混合回流之后能够溢出地面之上, 在这时候, 可以利用卷扬机操纵成型器不断上下移动, 对孔壁进行切削修整, 让其变得更加有规律, 在成孔之后, 采用成型器侧向水喷嘴冲洗。值得注意的是, 该方法主要适用于10cm左右的粉土、粘土等地基, 并具有功效高、造价低等特点。
3.3 锯槽法
锯槽法主要是利用锯槽机对地层进行割据, 让槽孔变得更加有规则, 在锯管上设置相应的排渣管, 使用水泵进行排渣, 这种方法主要适用于松散的砂土和粉土当中, 具有高效等特点。
3.4 双轮铣槽法
双轮铣槽法的工作方法主要是在机架上的两个鼓轮反方向进行运动, 通过不断的切割和挤碎, 将砂石和泥土进行疏松, 并使用水泵抽取到地面中。在形成槽孔之后, 可以使用水下直升导管法进行浇注, 从而形成一段坚实的砼墙体。这种方法主要适用于土层和软岩石当中, 在工作过程中可以配给特制的滚轮刀, 从而能够有效对付一下坚硬的岩石, 提高挖掘的效率。
3.5 连钻一抓法
该方法和冲击式钻进法的工序有点相似, 施工的方法同样是利用冲击钻机方法对两个相邻的主孔进行钻出, 在完成钻孔之后, 使用抓斗将副孔中的造槽孔抓取。
以上便是主要使用的挖 (造) 槽孔施工法, 他们均有各自的优点和适用范围, 在选择工序的时候, 应该对以下几个方面进行考虑, 包括:坝基、地层、岩层特性、水文条件、开挖深度、施工条件、器械设备等。
4 注意细部方面的设计
4.1 注意防渗墙和两岸之间的链接
和两岸之间的链接, 工作人员可以按照一般的防渗墙做法就行, 由于两岸的演示比较容易破碎和流失, 因此工作人员可以考虑在两岸进行灌浆, 提高其坚硬度。
4.2 注意防渗墙和地基之间的链接
工作人员要对地基的情况进行分析, 将墙底嵌入到地基岩石1.0m当中, 当不透水层埋藏较深的时候, 则应该进行采取灌浆帷幕的措施。
4.3 注意与顶部之间的链接
和顶部之间的链接, 工作人员尽量要往上游布置轴线和防渗墙。防渗墙墙顶的高程应该高于静水位, 工作人员应该将墙顶和坝顶公路相连接, 并留有一定的过渡层。
4.4 墙段的链接
墙段链接的方法多种多样, 工作人员必须根据上文所述的挖 (造) 槽孔施工法选择合适的套接接头、平接接头、双反弧接头、接头管法以及软接头法这几种方法, 在工作的时候, 工作人员也要根据实际情况选择合适的槽段长度, 减少墙段链接的缝数。
4.5 在墙内埋设相应的观察仪器
墙内埋设观测仪器是非常重要的, 主要包括水压力和土压力观测仪, 应力仪器等。工作人员必须根据埋设位置的不同, 选择合适的固定方式。
5 结束语
在建造砼防渗墙墙身质量检查需要在建筑竣工之后一个月进行, 通过检查其是否均匀, 或者墙体本身是否存在一定的缺陷, 及时找出相关的问题, 纠正, 通过对墙段接缝、强度、渗透等方面进行分析, 若不能达标的, 则要及时分析和解决。
摘要：本文主要对病险水库大坝防渗加固砼防渗墙设计进行分析, 结合实际情况给予几点合理的建议。
关键词：病险大坝,防渗加固,砼防渗墙,设计,建议
参考文献
3.水库大坝防渗加固设计探讨论文 篇三
关键词：水库大坝；除险加固；防渗措施
中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）26-0136-02
兴修水利是关系到国计民生的大事，而兴建水库，能够使水资源得到充分利用，合理灌溉，还能排除洪涝灾害，保护了人民生命财产安全，对国民经济的发展有很大的推动作用。如果从我国的水利工程发挥出来的排洪能力来看，还应该正确地看到我国人民生命财产安全受到的危害程度。最近几年，对水库的加固除险已经成为21世纪水资源的有效利用和社会主义经济建设持续发展的重要策略。当一些出现险情的水库被修缮恢复防洪能力以后，对农田的灌溉、人们的生活用水的支配、水产养殖、旅游发电等都起到很大的作用。还能够改善当地生态平衡，同时，也为水利体制改革造就了便利条件，进一步加快了我国水利事业的发展步伐，为人类
造福。
1 我国病险水库的特点
由于历史条件的原因，许多以前兴修的水库，水利工程质量不高，防洪标准很低，后期管理工作没有很好地落实，又由于自然条件和时间久远等方面的原因，使水库险情严重，更谈不上经济效益。水利管理部门缺乏必要的技术指导，很多水库根本没有较为完整的水文观测资料，也没有防止洪涝灾害的有关方案和洪水来临时的调度计划等，即使有一些规章制度也根本不按照执行。所以，水库加固工作进展迟缓。从20世纪80年代开始，我国投进很多资金，并培训上岗大量技术人员，但由于我国水库数量巨大，对于水库的加固除险，任务还是非常艰巨。
2 治理水库大坝的措施
2.1 坝体结构的稳定性
为保证坝体结构的稳定性，如果水库大坝的坝坡很陡，很容易出现滑坡，并且当坝坡的抗滑能力不能符合水库大坝的安全系数要求时，可以加厚坡脚，使坝坡的坡度减小，逐渐增加其抗滑能力。
2.2 护坡
尽量不要改变原来坝基，如果损坏不严重，可作部分更换或者整修，以达到护坡的稳定性和牢固性。假如大坝高度不大于20m时，砼六方预制块厚度应在10cm左右，如果大坝高度超过20m时，预制块的厚度可以在13cm左右，大坝下游使用草皮护坡就可以。
2.3 大坝涵洞治理
大坝如果出现涵洞，并且涵洞比较大，有近1～2cm左右的，并且涵洞周围没有出现结构性毁坏，可以使用填充水泥浆液、整修裂缝、内部加固等方法实施修整。如果涵洞很大，而且严重影响了大坝的安全，或者涵洞埋得较深，要作深挖重新建设修整。如果埋得很深不能对涵洞险情处理，应该全部封阻，重新建设用水工程。当然封堵设计要细致研究裁断外管壁和大坝坝体相接的地方出现渗漏。如果大坝不是很高，可使用虹吸管替代涵洞抽水。但大坝很高的工程，虹吸管不能取水时，应该重新开凿隧洞取水。
2.4 排水棱体处理
如果出现排水棱体排水很不通畅，经常采用深挖进行翻修，防止出现更大险情。使用的方法是在水库下游垂直向下深凿导渗井，把渗水输入堆石棱体中。垂直导渗井可以作为导渗沙井或者设立毛细透排水管。对于有些水库没有建造排水棱体的水利工程建设，经常建造毛细透排水带。
2.5 对泄洪道的加固
在洪水到来之前，应该做好水库泄洪能力、水面线、消能防冲能力的计算，还要对水库大坝的消能方式进行核定。同时对于消力地护坦、控制段、边墙作结构、泄槽底板进行有目的的复核；并依据审核结果，作出适合水库大坝加固的方案，如果有些地方泄洪道危害严重，要进行及时整修，确保洪水来临时水库大坝能够顺利泄洪。
2.6 滑坡处理
要想处理水库大坝涵洞、泄洪道等的滑坡现象，必须认真研究山体滑坡的原因，了解当地山体的地质状况，理清山体滑坡的规模、性质、范围、形成的原因等，以及周围地质条件、滑坡体的土层力学参数，从而对滑坡体的最小稳定安全系数进行确定，然后采用相应的方案进行处理，如减缓坡度、减轻水库大坝坝顶的负载、进行坡脚加固、疏通排水系统等处理方法，经过处理以后，再进行检测，看滑坡是否稳定。同时要注意坡体部分塌陷和滑坡的不同，对水库大坝部分塌陷的情况，只要清理掉不稳定的岩石层、挂网喷锚就可
以了。
2.7 抗震及加固措施
2.7.1 地震震级和地震烈度。怎样在地震时对水库大坝进行提前加固呢？要根据地震反应谱特征周期以及地震动峰值加速度，并结合有关的地震参数进行确定。依照地震基本烈度的有关资料进行查找地震动峰值加速度，然后依照表1确定工程抗震设防类别。
水利工程抗震设防类别应该依照工程的重要性和工程场地基本烈度来确定。
2.7.2 抗震时的加固措施。进行抗震时的加固措施，首先要坝顶高度增加，坝坡的坡度变缓，增强坝体上部的稳定性。由于水库大坝上部受地震惯性影响较大，有些地方可以使用水泥浆砌石护住坝坡，也可以用钢筋或者土石格栅纵横钢筋砼梁紫坪对下游坝坡进行加固，有时候还可对反滤垫层实施加强厚度，对砂土地基进行夯实加固等方法，有效地提高抗震加固
能力。
3 水库除险加固防渗
对于水库大坝的加固除险防渗漏的处理，要制定一定的处理方案，制定方案时一定要根据水库大坝当地的实际情况，内容简单，切实可行，真正起到除险加固的目的。
经过对大坝渗流的研究分析，并依据水库大坝勘测后的实际情况发现的渗流现象，经常可以使用沿着大坝的中间轴线，用单管高压旋喷的方式，建造防渗墙，同时建造迎水坡并且铺上一层605g/㎡复合土工膜，或者在水库大坝坝顶上面水泥防渗面板处进行防渗处理。通常用的方法主要有三种：第一，当前最好的防渗处理方法是单管高压旋喷造防渗墙，防渗效果好，但是造价很高。第二，翻砌迎水坡并且铺上一层605g/㎡复合土工膜，但复合工模很容易在施工时被石块等物体刺破，同时在接缝处处理难度较大。第三，在水库大坝上游面使用水泥面板，但是水泥面板很容易产生裂缝，防渗效果也不好。所以，最好选择单管高压旋喷造防渗墙处理方法，从而保证坝体防渗效果，确保施工质量。
参考文献
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4.水库大坝防渗加固设计探讨论文 篇四
1 水库除险加固工程中大坝防渗技术的应用
1.1 大坝基础防渗技术措施
在水库大坝的基础防渗加固处理中, 应坚持“上堵下排”的基本原则, 上堵的技术措施主要包括:垂直防渗与水平防渗, 垂直防渗有灌浆、混凝土防渗墙、砂浆板桩、高压定向喷射灌浆构筑防渗板墙、人工连锁井柱、截水槽回填粘土等;水平防渗有水下抛土、粘土铺盖等;下排的技术措施主要包括:坝后盖重压渗、减压井降压导渗及在堤坝背水坡脚开挖导渗沟等。两者相比较而言, 垂直防渗技术措施的实际效果更为理想, 如果技术措施应用的科学、合理, 可以彻底解决水库坝基渗漏的问题。在水库大坝坝基防渗处理中, 具体采用何种技术措施应坚持技术可靠与经济合理的基本原则, 根据坝基的具体防渗要求与外界条件, 通过详细的技术方案比较, 经过相关单位、部门及专业技术人员的研究确定。在水库大坝基础的防渗处理中, 应特别注意基础覆盖层地质情况与灌浆方法之间的关系, 采用截水槽回填粘土方法时, 应严格控制现场施工质量, 其仅适用于均质坝与粘土斜墙坝, 覆盖层厚度应尽量控制在15m以内。在国内现阶段的水库大坝基础防渗处理中, 人工连锁井柱技术措施的应用较多, 其主要是指人工开挖套井, 并且浇筑混凝土井圈的方式, 开挖机械设备的使用较少, 但是覆盖层的深度有限, 如果深度过大可能会增加施工难度、延长作业时间。
1.2 大坝坝体防渗技术措施
在水库大坝坝体的防渗处理中, 常用技术措施主要包括:灌浆、大开挖回填防渗体、振冲加固、混凝土防渗墙、劈裂灌浆等, 其中混凝土防渗墙的应用最为广泛, 技术经验也较为成熟, 适用范围相对较广。灌浆方法是对大坝坝体的裂缝部位打孔, 灌混凝土浆液, 以起到一定的防渗与加固效果。大开挖回填防渗体因工程量大, 难以在一个非汛期内全部完成, 在国内的大坝坝体防渗处理中应用相对较少。劈裂灌浆方法主要是利用位于坝轴线小主应力处, 将混凝土浆液灌入劈裂坝体, 以形成泥浆墙, 并且充分利用浆体与坝体之间的互压作用, 以达到预期达的防渗效果, 其具有机理明确, 施工速度快与成本较低等特点。另外, 在大坝坝体的防渗处理中, 应用振冲法是加固土坝沙基与质量较差的沙壳坝体的一项较为科学、有效的处理措施, 避免了大面积砂基水下开挖, 为地震区加固土坝砂基与砂壳坝体提出了一种新的技术途径。
1.3 输水洞 (管) 防渗技术措施
在水库大坝施工中, 堤坝内埋管极有可能出现断裂与严重渗水的问题, 对于坝体安全的危害较大, 也是水库大坝防渗处理中应重视的项目之一。在水库大坝输水洞 (管) 进行防渗处理中, 常用的技术措施主要包括:混凝土衬砌、钢板衬砌、开挖坝体, 以及利用顶管法重建新管与在岸坡山体另打新洞等, 其中混凝土衬砌施工中要求原洞径较大, 便于施工, 并且保证衬砌后不影响输水能力;钢板衬砌的造价相对较高, 钢板材用量较多, 在国内的应用较少;开挖坝体的工程量大, 也难以在一个非汛期内全部完成, 实际应用也较少;顶管法重建新管主要是指利用千斤顶将预制混凝土管直接顶入坝体内, 具有无需破坝施工, 设备简单, 工程量较少, 施工期短, 以及节约材料、资金与劳力等特点, 适用性也较强;岸坡山体另打新洞的实际效果较为理想, 但是具有工期长与投资大的特点, 适用范围有限。
2 大坝防渗工程的质量控制要点
在水库除险加固工程中, 大坝防渗施工普遍要构筑混凝土防渗墙, 其施工质量直接关系到大坝防渗处理的实际效果, 必须采取有效的措施进行质量控制, 笔者总结了以下质量控制要点:
1) 导向槽的墙面与轴线距离的偏差必须控制在10mm以内, 顶面必须保持水平。
2) 每次造孔前, 必须进行钻头钢丝绳的修正, 垂直方向应对准孔位中心, 水平方向应对准轴线, 每进尺0.5m检查、校正一次。
3) 施工过程中要严格控制泥浆的质量, 应符合一项技术标准:密度为1.1~1.2g/m3, 粘度为18~25s, 含砂量<5%。在造孔过程中, 泥浆液面必须保持在导向槽顶面以下50cm。另外, 钻进中应坚持“勤松绳、打紧绳”的基本原则, 以防止出现斜孔的问题。
4) 槽孔成型且验收合格后, 必须及时进行清孔换浆, 清孔后淤积厚度应控制20cm以内, 泥浆应符合比重、黏度与含砂量等方面的规定。
5) 混凝土墙浇筑时, 应严格控制槽孔内混凝土的上升速度, 以2m/h为宜。三根导管下的混凝土面相差应控制在0.5m以内, 导管埋入混凝土的深度应控制在1~6m。
6) 严格控制混凝土拌和系统的实际进料与搅拌情况, 严格保证混凝土浇筑过程的坍落度。混凝土浇筑应保证连续与一次浇完, 相邻槽孔的接头孔深度偏差必须小于墙厚的1/3。
3 结语
综上所述, 在水库除险加固工程中, 必须特别注意大坝防渗技术措施的合理选用, 以保证工程项目的整体施工进度与质量, 满足水库的实际运行要求。
摘要：水库在我国的区域经济建设、防洪排涝及农业生产中发挥了重要的作用, 但是由于受到各种因素的影响, 导致国内多数地区的水库出现不同程度险情, 必须采取有效的技术措施进行除险加固。在我国的水库除险加固工程中, 大坝防渗是重要的施工环节之一, 其施工技术的科学、合理应用具有重要的意义, 本文仅就相关问题进行探讨。
关键词：水库,除险加固工程,大坝防渗技术,应用
参考文献
[1]刘淑芝.周家水库大坝混凝土防渗墙工程施工方法[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2010.
[2]中华人民共和国水利部.土坝坝体灌浆技术规范.1988.
[3]李志宏.论水库大坝混凝土加固及防渗墙的设计[J].广东科技, 2007.
5.水库大坝防渗加固设计探讨论文 篇五
关键词：坝体加固 劈裂灌浆 数值模拟分析 探讨
一、劈裂灌浆方法研究
堤坝劈裂灌浆技术是在总结了传统的堤坝灌浆技术的经验教训，分析了堤坝裂缝的成因以及泥浆劈裂堤坝规律的基础上提出来的。我国解放初期在黄河大堤首次用钢钎探测隐患，然后进行灌浆，取得了较好的效果。而后在一些中小型水库上坝上进行充填式灌浆。到了70年代该技术开始用于处理一些大中型水库的坝体隐患。到了70年代后期，人们总结了充填灌浆的经验教训，分析了坝体裂缝成因和灌注泥浆劈裂坝体的规律，提出了土坝坝体劈裂灌浆理论。随着劈裂灌浆加固技术的推广应用，其理论研究也得到不断的发展。
劈裂灌浆技术不论在施工工艺还是在理论研究方面取得了不少进展。但是，山于该项技术的特殊性及加固对象的多样性，所以还有很多理论方面的问题没有解决。例如，灌浆轴线的布置，复灌时间的确定，浆液在坝体中的固结规律，灌浆对坝体应力应变的影响，灌浆效果及持久性问题等。
二、土坝劈裂灌浆加固机理
1、水力劈裂原理，指是在水压力作用下，使原物体产生裂缝或使原有裂缝扩大的过程。如果无限域中的圆孔受到均匀液体压力P，要计算介质中的应力，已有经典解答。如果介质初始应力为零，则当P>€%li就会被劈裂，其中€%li为介质的抗拉强度。若果介质初始应力为€%l，则当P≥€%l+€%li就会被劈裂，式中如果€%l是拉应力，则P+€%l≥€%li就会被劈裂。
2、土坝坝体的应力分布规律，土坝具有梯形断面的条形建筑物，通过对土坝坝体的原形观测及有限元分析，坝体内部应力分布规律一般如下：在坝轴线附近，土坝的竖向应力€%li略小于土柱的自重压力，土坝横剖面的水平应力€%lx，比竖向应力€%ly小，约等于（0.3-0.5）€%ly，（即侧压力系数为0.3-0.5）。土坝填筑质量愈差，则侧压力系数愈小，坝顶部一定高度€%lx：还会出现拉应力。土坝的纵剖面的水平应力为€%lz二介于€%lx和€%ly之间。一般情况，土坝坝体压应力符合€%ly>€%lz>€%lx的规律。根据土坝坝体的应力分布情况，利用水力劈裂原理，在坝轴线附近沿小主应力面布置灌浆孔。泥浆就容易沿这个平面将坝体劈开。
3、泥浆对坝体的劈裂充填作用。由于劈裂灌浆是以浆液为能量载体，高压泥浆对坝体有很大的充填作用。泥浆充填坝体内部被劈开的灌浆通道，以及与通道相连的各种原有裂缝、洞穴等，充填作用与劈裂灌浆作用是同时进行的。随灌、随劈、随充填，达到缝开、浆到、料满。随着复灌次数的增加，泥浆多次充填挤压，使原坝体得到挤压、密实，与浆体帷幕一起形成较高的防渗能力，因而达到充填坝体隐患和构造防渗帷幕的目的。
4、湿陷作用。泥浆灌进坝体，其中大量水分随之进入坝体。水除了产生孔隙水压力和对土的性质产生影响外，还对坝体产生湿陷作用。湿陷作用的大小与土坝质量和土料性质有关。湿陷作用对坝体是有利的，可以增加坝体的密实度和变形的穩定性，减少弱应力区范围。停灌以后湿陷作用逐渐变缓，每次复灌都有湿陷，但湿陷率越来越小。湿陷使坝高有所降低，坝体体积缩小，在坝顶出现变形裂缝。这些裂缝经过多次复灌后都会被泥浆充填。
5、能量的调整和转换。根据物体能量的转换和传递规律，提出了土坝的裂缝破坏是由于坝体内部的变形和能量积累转换造成的。要根除这种隐患，就必须使坝体内部分土体所积累的应变能充分释放。劈裂灌浆就是通过灌浆压力和土体湿陷变形，使原有的土体裂缝充分开裂，使己出现的弱应力区和强应力区之间的应力应变能相互传递转换，打破原坝体内部应力的不平衡，恢复正常的应力状态，使坝体内部的应力应变相对稳定。
6、浆坝互压理论。土坝劈裂灌浆技术利用了上坝坝体的整体弹性特征，在灌浆过程中随着灌浆压力的反复增长和消失，具有弹性的坝体张开和回弹，使坝体和浆体反复挤压，形成连续的浆体帷幕和两侧压密的坝体联合防渗带。通过浆坝互压，可以补救原坝体由于不均匀变形产生的小主应力不足，改变坝体内部的应力不平衡状态，从而比较彻底地解决了土坝坝体的变形稳定和渗透稳定问题。
7、泥浆和坝体的固结和压密。劈裂灌浆加固坝体的主要作用是利用泥浆在坝体中固结硬化后形成的帷幕进行防渗。因此泥浆在坝体内能否固结硬化，就成为土坝劈裂灌浆中最关键的问题。影响浆液固结的因素是十分复杂的，浆液固结速率和效果不但与坝体土质、施工质量、坝体应力状态、浆体土料性质、浆体厚度等因素有关，而且还受坝前水位、施工工艺的影响。
（作者单位：宜昌市枝江市水利局）
参考文献：
[1]王洪恩，卢超.堤坝劈裂灌浆防渗加固技术[M].北京：中国水利水电出版社.2006.
6.水库大坝防渗加固设计探讨论文 篇六
泗维河水库坝址位于融安县长安镇的融江支流泗维河上,在泗维河与融江汇合口上游约500 m处,距融安县城约15 km。泗维河水库是一座以灌溉为主,结合发电等综合利用的中型水库工程,枢纽建筑物主要由大坝、溢洪道和输水设施及电站等组成。水库坝址以上集雨面积318 km2,水库总库容6 882万m3,设计灌溉面积2.6万亩,工程设有2座小型电站,总装机容量2×1 600+3×500=4 700 kW,设计多年平均发电量1 492.2万kW·h。工程于1959年10月兴建,1960年10月建成并投入运行,经多年运行,大坝存在着坝基、坝体渗漏问题。
为科学掌握大坝渗漏情况,对大坝进行了钻孔注水试验和钻孔取样土工试验,试验结果显示:大坝填土主要为碎石粘土、粉质粘土。大坝坝基岩土风化破碎,坝基与填土接触带渗透系数为1.1×10-3 cm/s,属中等透水性质;坝体填土渗透系数K=1×10-2～4.15×10-5 cm/s,外坡有4处渗水,坝脚反滤体有集中渗流溢出。大坝填土压实度不满足规范要求,坝体、坝基均存在渗流安全隐患。根据泗维河水库大坝存在问题和渗流计算的要求,对大坝采用塑性砼防渗墙与坝基帷幕灌浆相结合的大坝防渗体系。
2 防渗心墙主要设计参数
(1)泗维河水库大坝坝型为粘土均质土坝,坝顶长178m,坝顶宽5 m,最大坝高40.50 m,坝顶高程146.50 m (不含防浪墙高)。大坝坝基基岩以上1 m至坝顶采用塑性砼防渗墙,设计墙体厚度为0.6 m,沿大坝轴线方向,桩号为0-016.0～0+189.0 m,主孔间距1.35 m,副孔0.75 m。基岩以下1 m至相对抗水线(q<5 Lu)部分采用帷幕灌浆,单排布置,沿大坝轴线方向,孔径90mm,孔距1.6m。
(2)塑性砼墙体材料:采用普通硅酸盐水泥,标号≥325号;水泥掺合量≥80 kg/m3,膨润土掺合量≥40 kg/m3;墙体渗透系数<(1～9)×10-6 cm/s,抗压强度3.5～4.0 MPa,弹性模量400～800 MPa。
3 防渗心墙施工技术要点
本工程主要采用GB30液压抓斗设备进行“三抓成槽法”施工,抓斗法适用于砂土地层、砂卵石地层,符合泗维河的工程地质条件,该方法技术成熟,在广西普遍采用。
施工工艺流程:施工准备→造孔成槽→清孔换浆→砼浇筑。
3.1 施工准备
成槽前要进行施工平台填筑、导向槽施工、泥浆及砼系统、施工水电供应等准备工作。为满足液压抓斗设备进场,将坝顶降至144.00 m高程,坝顶设置木桩挡墙并回填土加宽至8m作为施工平台;导向槽为C20钢筋砼直角梯形结构,槽深2m,槽净宽0.75 m,导墙上宽0.6 m,下宽0.8 m;砼拌和站设在大坝桩号0+050 m处,泥浆站设在大坝左岸,泥浆采用优质膨胀土粉拌制。
3.2 造孔成槽
本工程所使用的抓斗的斗体宽度为2.8 m,根据机械的施工能力、施工难度及考虑到二期槽孔的接头部位的连接问题,共划分30个槽段,槽段划分为Ⅰ、Ⅱ序槽段,槽段开挖长度均为6.8 m,每个槽段分为2个主孔及1个副孔,先施工Ⅰ序槽段,后施工Ⅱ序槽段。槽段成槽采用“三抓法”,在导向槽上放样标识孔位,将抓斗对正孔位后进行垂直造孔。首先施工槽段两端主孔,主孔完成后再抓中部副孔。
3.3 清孔换浆
槽深施工完毕且验收合格后,采用经膨化的优质泥浆进行清孔换浆,利用泥浆泵,将槽内浮碴和槽底沉碴清出槽外,直至浆中已无明显粒状碎屑。清孔换浆1h后,达到下列标准:孔底淤积厚度不大于10 cm;槽内泥浆比重不大于1.25 g/cm3,粘度不大于30 Pa·s,含砂量不大于10%。膨润土泥浆一般密度不大于1.2 g/cm3,粘度不大于45 Pa·s,含沙量不大于5%。
在二期槽孔清孔换浆结束前,用抓斗斗体侧加载钢丝刷洗两端泥皮,以刷子钻头不带泥屑为合格标准。
3.4 砼浇筑
清孔换浆合格后,4 h内开始浇砼。浇筑前按照砼配合比拌制砼,再采用水下直升导管法进行浇筑。
(1)塑性砼主要是控制水胶比和膨润土等掺合材料的用量,否则会形成普通(刚性)砼防渗墙。浇筑前施工单位应委托具有相应资质等级的水利工程质量检测单位对砼配合比进行试验,水利工程质量检测单位出版试验报告后才能浇筑砼。通过多次现场试验确定配合比,最终采用配合比见表1。
(2)砼浇筑。浇筑前在防渗墙槽孔内预埋2套导管,导管间距为3 m,导管为Φ110钢管,且孔斜率≤0.2%,导管底口距槽底控制在0.15～0.25 m内。砼采用压球法浇筑,开浇前导管内置隔离塞球,并准备好足量砼,开浇时先注入适量水泥砂浆,再浇入足够的砼,挤出塞球并埋住导管底端,槽内砼匀速上升,速度控制在4～6m/h,连续上升至高程144.50m。浇筑时导管埋深任何时候不应小于1m (怕冲脱),不宜大于6 m(可能提不动,或表面发生初凝)并注意控制导管间平衡下料,保持砼面左右高差不超过0.5 m,否则容易裹泥。
4 防渗心墙的质量监督检查
塑性砼防渗心墙的成墙质量好坏直接影响到整个工程的防渗效果,在施工过程中务必加强对砼、造孔、清孔换浆、砼浇筑的质量监督检查。
4.1 砼质量检查
原材料进场时,施工单位要在监理单位见证下按规定对水泥、骨料、粘土等材料进行现场取样,并送有相应资质等级的质量检测单位进行检验。同时,检测单位要对砼、泥浆配合比等进行试验。
4.2 造孔质量检查
施工单位在建造槽孔导墙时,导墙面轴线要与防渗墙轴线平行,导墙内墙面要竖立。在造孔过程中要有造孔记录、基岩顶面鉴定材料、终孔验收合格资料。检查孔位、孔深、孔斜、槽宽、槽孔嵌入基岩深度等是否符合设计要求。
4.3 清孔换浆质量检查
清孔换浆结束后,施工单位要对孔内泥浆性能、孔底淤积厚度、已浇筑槽孔砼壁刷洗质量进行检验,并有详细的检验记录。
4.4 砼浇筑质量检查
施工单位砼浇筑时要对导管下设、砼塌落度、扩散度、初凝时间、密度、泥浆密度、粘度、含沙量和砼顶面深度、导管埋深等进行检测,如实记录砼浇筑指示图。
造孔、槽孔清孔换浆、砼浇筑等施工资料要由施工单位记录人、质量检查员、旁站监理一起签字。
砼浇筑前,由项目法人(或委托监理)、监理、设计、施工、工程运行管理(水库管理处)等单位组成联合小组共同检查。造孔、槽孔清孔工序合格后方能进行砼浇筑,浇筑工序完成后联合小组共同检查砼浇筑资料,核定该单元工程质量等级并填写签证表,报工程质量监督机构核备。工程质量监督机构核备时应对主要工序、主要检查检测项目施工质量进行抽查。
5 塑性砼防渗墙质量检测
该工程质量检测工作结合竣工验收前抽检一起进行,抽检方案由检测单位提出,经质量监督单位、建设单位、设计单位、监理单位和施工单位审核确定。抽检具体位置由建设单位、监理单位和施工单位主要工作人员现场见证。砼防渗心墙采用钻孔取芯、注水试验或结合其他方法进行墙体质量检查。检查孔的数量宜为每10～20个槽孔一个,但一般不应少于2个,位置应具有代表性。检查指标包括抗压强度、抗渗等级、弹性模量和成墙质量等。
5.1 注水试验
该工程塑性防渗墙质量检查采用钻孔注水试验,大坝防渗墙施工共30槽段,每个单位工程抽检不少于3槽段,共抽检3槽段,分别为桩号K0+036 (7#槽段,钻孔编号ZK1#)、K0+070 (14#槽段,钻孔编号ZK2#)、K0+118 (21#槽段,钻孔编号ZK3#)。采用XY-150型钻机进行芯样钻取,分段进行注水试验,每段长度不大于5 m,共20段次。经检验各段次渗透系数介于0.082×10-6 cm/s～0.687×10-6 cm/s之间,符合设计要求的渗透系数不大于n×10-6 cm/s (n=1～9)。
5.2 抗压强度及弹性模量
该工程经现场钻孔抽检3孔,每孔分上下各去2组芯样,即砼抗压强度抽检6组,平均值介于4.0～4.8 MPa之间;弹性模量抽检6组,平均值介于583～706 MPa。符合设计要求的砼抗压强度为3.0～5.0 MPa,弹性模量为400～800 MPa。
5.3 砼防渗墙深度、沉渣厚度及质量缺陷
该工程防渗墙深度、沉渣厚度及槽段内缺陷采用钻孔电视法进行检测,墙体间质量缺陷采用声波透射法进行检测。其中桩号K0+036设计深度为20.60 m,实际深度为20.76 m,无沉渣;K0+070设计深度为37.30 m,实际深度为37.33 m,无沉渣;K0+118设计深度为36.90 m,实际深度为37.12 m,无沉渣;3个钻孔孔壁完整,砼密实,骨料分布均匀,胶结良好,无明显质量缺陷。
5.4 防渗墙槽段间搭接质量
该工程采用声波投射法检测塑性砼防渗墙槽段间搭接质量,仪器为RS-ST01C型非金属超声检测仪、稀土超磁致伸缩井震源、换能器等。检测结果见表2。
检测数据表明,塑性砼防渗墙完整性I类,槽段间搭接质量良好。
6 结语
7.水库大坝防渗加固设计探讨论文 篇七
棘洪滩水库是山东省引黄济青工程的调蓄水库,位于山东省青岛市城阳区棘洪滩镇西北,胶济铁路以南,即墨、胶州、城阳两市一区交界处,能够解决黄河断流、凌汛、避沙峰期及农灌期的引水问题,并向青岛市常年供水。棘洪滩水库由围坝、放水洞、泄水道、进水闸、桃源河改道等工程组成,水库库区面积达14.422 km2,总库容1.456 8×108?m3,兴利库容1.101 8×108?m3,设计水位14.2 m,围坝长14.277 km,坝顶高程17.24 m,最大坝高15.24 m,坝顶宽8 m,是一个大型人造平原型水库。
2 大坝内坡破坏情况
棘洪滩水库建成后,1989年10月开始蓄水,受春夏季东南风和秋冬季西北风大风影响,水库坝体东南侧和西北侧不断遭受风浪冲击,内坡不断遭到破坏(大坝西北段和东南段砌石护坡破坏情况见表1和表2),导致坝体水边线以上多处干砌石护面下层沙石被淘空或护面塌陷。大坝内坡的破坏形式[1,2,3]有3种:①水位变动区三角石数量较多,三角石翘起、翻转,使水位变动区成为反滤料被淘出的主要通道;②坝坡变形,干砌石架空,下面的反滤料被淘空,使坝壳遭淘刷;③反滤料因未按设计要求铺设而被淘空,坝坡形成塌坑,有的部位坝壳已被淘刷深达10 cm以上。棘洪滩水库运行以来内坡塌坑破坏及工程维修情况见表3和表4。
注:该表统计时间为2009年4月。
3 大坝内坡破坏原因
3.1 水库设计风速标准偏低
棘洪滩水库设计风速为20 m/s,而据当地实测风速数据显示,当地最大风速为25.9 m/s,不但超过设计值,而且刮这种风速的次数较多、历时较长。原水库设计风速标准偏低,是造成内坡破坏的原因之一。
棘洪滩水库处于沿海地区,风力较大,近年来,风浪淘刷对干砌石内坡破坏严重。从护坡塌陷中心高程来看,一般在当时风浪高波压区;内坡遭破坏形式都很相似,为漏斗状,即很不稳定的楔形干砌石块在波浪压力的作用下被淘出,反滤料接着流失,干砌石护坡局部架空,形成空穴,在波浪打击下,方块石排列混乱呈漏斗状塌坑,且风浪越大,持续时间越长,对大坝内坡的破坏愈烈[4,5,6,7]。
采用式(1)对大风引起的坝坡波浪冲击力进行核定计算[8]:
式中:Fw为波浪对坝坡的冲击力,t/m2;α1为冲击力系数,α1=0.85+4.8hw/λ+m(0.028-1.15hw/λ)(λ为波浪波长,λ=0.304vwL1/2(vw为风速,m/s;L为波浪吹程,km;m为大坝坝坡坡度系数,本坝坡m=2.5));α2为相应于风浪波长与波高的计算参数,相应数值查表5;α3为最大相对波压力系数,相应数值查表6;hw为波高,m(hw=0.0208v
可以计算得出:按照设计风速vw=20 m/s,大坝波浪冲击力为3.9 t/m2;当vw达到当地实测风速最大值25.9 m/s时,大坝波浪冲击力为4.95 t/m2。由此可知,最大风速对大坝坝坡形成的波浪冲击力比设计风速对大坝坝坡形成的波浪冲击力大1.05 t/m2,大了26.92%,可见,大坝内坡极易遭到破坏。
3.2 水库施工质量低
原设计大坝内坡为干砌方块石护坡,块石厚度为30 cm,砌石下为反滤层,从坝壳起沿垂直坝坡方向由下而上依次为:中粗砂15 cm;0.5~2 cm的碎石15 cm,2~4 cm的碎石20 cm。由于1989年山东省青岛市缺水严重,为抢棘洪滩水库围坝工期,内坡施工在14.227 km的围坝上全面进行,对方块石规格及砌筑质量把关不严,致使三角石数量较多,造成砌石表面不平整,砌石不能形成坚固的整体,整体稳定性差。有的部位反滤料混掺,未按设计要求铺设。干砌石护坡块石及砌筑质量较差,块石合格率仅为32%,砌缝合格率为40%左右,这是造成大坝护坡破坏的主要施工方面的原因。
4 内坡加固方案
棘洪滩水库大坝上游护坡的抗风浪能力逐年下降,干砌石损坏比较严重,经常出现大面积的坝坡塌陷,给工程管理带来了很大的困难,并影响了水库正常蓄水和供水。为保证青岛市的正常供水,增强青岛市抵御干旱灾害的能力,山东省胶东调水局于1997年下达了棘洪滩水库大坝内坡加固的工程任务。根据当地的自然条件和工程实际,经专家论证,最后采取对棘洪滩水库大坝干砌石内坡用现浇混凝土板进行加固的方案。
棘洪滩水库大坝内坡坡比有3种,分别为1∶2.5、1∶2.25和1∶2.75,每段加固高程情况是:桩号10+000~1+350及3+000~6+050段的加固高程为9.5~15 m,桩号9+000~10+100段的加固高程为9.5~13.5 m,桩号6+050~6+850段的加固高程为12~14 m。
在高程9.5~13.5 m(或12~14 m)水位变化部位,在原干砌石护坡上面现浇一层厚度15 cm的C20混凝土,采用2级配混凝土,混凝土抗冻标号为M150,抗渗标号为B8,在混凝土顶层部位设Φ4 5的冷拔丝钢筋网,间距30 cm×30 cm,钢筋保护层为3 cm,在混凝土加固面沿坝坡方向5.4 m设一道横向伸缩缝,在水平方向8 m处设一道纵向伸缩缝,伸缩缝分别用厚2 cm的沥青木板填塞。为使混凝土与坝坡干砌石牢固结合,防止混凝土板面下滑,在每个段面的顶部和底部拆除一行干砌石,设混凝土齿墙,且和面层混凝土一起浇筑,以增强抗滑能力。对原坝面干砌石护坡的裂缝,要求先用砂子或细石填实25 cm,再用5 mm的细石混凝土灌注5 cm,缝隙灌好后,上面再均匀地摊铺一层厚度为2 cm的水泥砂浆作为结合层,然后再浇筑厚度为15 cm的C20混凝土,以增强混凝土板的抗滑力。
1997~2007年,共进行了7期棘洪滩水库大坝内坡加固工程,已加固坡段为9+000~1+135及3+000~6+850,加固总面积达139 974.85 m2。
棘洪滩水库大坝内坡加固工程的施工主要有以下难点:①在坡比1∶2.25和1∶2.5的面上对混凝土坍落度的控制标准要求高;②干硬性混凝土振捣要求标准高;③工期紧、线路长;④对混凝土养护要求标准高。
棘洪滩水库分高水位、中水位、低水位运行3种状态,13.00~14.20 m为高水位,9.50~13.00 m为中水位,9.50 m以下为低水位。出于安全考虑,水库在中水位以下运行。
历年棘洪滩水库的内坡加固均按1997年内坡混凝土加固工程方案进行设计施工,施工时,分期、分段对设计高程在9.5~13.5 m和9.5~15 m水位经常变化的内坡部位浇筑混凝土,混凝土板厚度按下式计算[9]:
式中:Tc为混凝土板厚度,m;c为护坡结构系数,c=0.075;S为沿波传播方向的混凝土板长,m;γc为混凝土密度,t/m3。
计算得出棘洪滩水库内坡护坡混凝土板厚度Tc=0.15 m,因此,在原干砌石面上用15 cm厚的现浇200号钢筋混凝土板进行加固。
5 内坡加固质量控制
棘洪滩水库大坝内坡加固工程从1997年第1期开始到2008年止,累计完成大坝护坡加固长度9.4 km。在干砌石护坡加固施工过程中,从原材料到每一施工工序,始终坚持质量第一的原则,严格按设计及有关技术规范进行质量控制和监督:水泥必须具有水泥物理性能检验报告单或出厂证明;砂质和粒径必须符合设计要求,含泥量小于3%;碎石采用崂山花岗岩,且级配符合设计要求;重点控制所拆干砌石、混凝土的拌和及浇筑质量,保证所拆块石数量符合设计要求;混凝土拌和均匀,振捣必须密实;养护时间不少于14 d。由于加强了质量管理,施工质量较好,现场按规范随机所取的抗压试块、抗冻试块及抗渗试块,经试验均符合或超过设计要求,经验收,棘洪滩水库大坝内坡加固工程被评为优良等级工程。
6 结 论
截至2009年初,1997年用现浇混凝土加固后的棘洪滩水库大坝护坡已经受了近12年运行考验,且在冬天低于-10 ℃的寒冷气温下,混凝土内坡没有发生冻胀破坏;在历时较长、风速为25 m/s的风浪冲击下内坡没有受到破坏,说明用现浇混凝土加固干砌石护坡是成功的。另外因干砌石护坡破坏而维修的费用平均为52元/m2,而内坡加固费用平均为80元/m2,从长远看,内坡加固工程投资较省,经济效益较高。综上所述,用现浇混凝土板加固棘洪滩水库大坝干砌石护坡,具有施工速度快、质量好、坚固耐用、投资少等优点,是一种行之有效、一劳永逸的好方法,其方案经验值得在水库地区推广运用。
摘要：分析了棘洪滩水库大坝内坡破坏严重的原因,即,水库设计风速偏低,水库施工质量低;提出采用现浇混凝土板加固棘洪滩水库大坝干砌石护坡内坡的工程修复施工方案。
关键词：棘洪滩水库,除险加固,工程措施
参考文献
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8.水库大坝防渗加固设计探讨论文 篇八
我国已建成各类水库87 000余座,大多数修建于20世纪50～70年代。这些工程在防洪、灌溉、发电、城市供水和水产养殖等方面都发挥了巨大效益。但由于一些社会原因及在设计、施工中缺乏科学态度,经验不足,造成一些水库的防洪标准低,施工质量差,坝体存在隐患。目前这些水库中约37 000座属于病险水库,对社会和经济环境的破坏和灾害风险越来越大,严重威胁着社会稳定和经济发展。
因此,做好病险水库除险加固工作成为当前水利工作的重中之重和当务之急。这要求我们必须充分认识到病险水库除险加固任务的艰巨性和复杂性,认识到除险加固任务的长期性,认识到除险加固任务中水利科技的支撑作用,还要认识到提高工程管理水平的重要性。
1工程概况
1.1工程简介
该水库是一座以灌溉及防洪为主的综合性水利工程,大坝为均质土坝,最大坝高22.8 m,坝顶宽3.5 m,坝轴线长110 m,总库容为145 m3,根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL 252—2000[1]工程为小(I)型水库。现状枢纽建筑物主要由大坝、溢洪道和输水涵洞组成,其工程枢纽布置图如图1所示。水库作为当地人畜饮用水及农田灌溉用水的重要水源地。经专家组对该水库大坝安全评价,水库的病害已严重制约其社会、经济效益的发挥。为了确保供水区群众生产生活用水的正常使用及大坝的安全运行,需对该水库大坝进行除险加固处理。
1.2坝基、坝体情况
大坝填筑时坝基只进行了简单地清理,清基不彻底。坝基基岩为紫红色石英砂岩,坝轴线部位为分布于河床的第四系冲洪积层及零星分布于两岸坡的第四系残坡积层,大坝两坝肩基础为全～强风化石英砂岩。坝体填土为紫红、褐黄等砂质粘土。
1.3大坝工程存在的问题
根据安全评价进行的土工试验:坝体黏粒含量为17.8%～32.0%,孔隙比为0.476～0.795,天然密度1.84～2.03/cm3,压缩系数a0.1—0.2为0.110～0.420(MPa-1)。坝体平均压实度仅为92%,按《碾压式土石坝设计规范》SL 274—2001[2]规定压实度应达到96%～98%,坝土密实度总体较差。据钻孔压(注)试验成果,坝体水平渗透系数K=2.26×10-3～8.32×10-3cm/s,按《碾压式土石坝设计规范》SL 274—2001[2]规定均质坝土料防渗系数应不大于1.0×10-4cm/s,构筑坝体的土料达不到防渗要求。
据坝基土工试验,坝基土体属中等压缩性土,易产生压缩变形。坝基基岩以下6～15 m的范围内透水率q>101 u,属中等透水层[3],极易产生坝基渗漏。据现场检查,大坝下游存在沼泽地和集中渗水点,坝基渗漏问题较突出。
坝肩基岩属全风化砂岩,抗剪强度指标较低,密实度差,存在明显绕坝渗漏及接触渗漏。在正常蓄水位下,左坝肩渗漏量为2.2万m3/年,右坝肩渗漏量为1.9万m3/年,渗漏量偏大。
2 大坝除险加固防渗体系设计
根据大坝安全评价对泄洪、水文、坝体稳定性、渗流量等进行计算分析后,认为该工程主要存在坝体、坝基、坝肩的渗流量过大和渗流稳定性问题。为此,该工程的除险加固工作主要针对这两个问题开展。
2.1 防渗方案比选
为控制坝体和坝基的渗透坡坏,减少坝体、坝基渗漏量,需对坝体、坝基、坝肩进行防渗处理。由于水库难于放空,加之坝前淤积层和冲洪积层深厚,坝前混凝土截水墙难于施工,故黏土斜墙防渗方案难以实施,大坝防渗处理应采用垂直防渗方式。结合本工程的实际情况,按照“工程安全、经济合理、技术可行、方便施工”的原则,对坝体、坝基、坝肩的防渗处理提出帷幕灌浆和混凝土防渗墙两个方案,分析比较如下。
2.1.1 帷幕灌浆防渗方案
帷幕灌浆防渗方案为平行坝轴线对坝身、坝基及两坝肩进行灌浆处理。由于本工程的坝高不高,且以散浸式渗流为主,为此坝体采用充填式灌浆,单排孔,灌浆浆液采用黏土水泥浆;坝基及两坝肩采用帷幕灌浆,单排孔,灌浆浆液采用水泥灌浆。孔距均初拟2 m。
该方案施工工艺较成熟、工艺要求相对简单、对施工场地的适应能力强,施工过程中质量控制主要以工艺流程的相关要求控制。处理效果主要是通过灌浆施压和对坝体充填介质,调整坝体应力重新分布和对坝体进行挤密来达到坝体防渗的目的。但灌浆帷幕随着运行时间的增长,帷幕易于老化。
2.1.2 混凝土防渗墙方案
混凝土防渗墙方案为沿坝轴线对坝身采用C5塑性混凝土防渗墙,厚40 cm,防渗墙深入强风化基岩1～4 m。
该方案施工工艺成熟,施工过程中质量控制直观、可控,形成的混凝土防渗墙耐久性好,处理效果较佳。但工艺要求相对复杂、要求有一定的施工平台,且单位工程造价较高。
2.1.3 防渗方案确定
帷幕灌浆防渗方案与混凝土防渗墙方案相比较而言,施工简单,速度较快,可靠性稍差。混凝土防渗墙方案稳妥可靠,试验检测手段比较成熟,使用年限较长。经防渗处理工程直接投资比较,混凝土防渗墙方案工程直接投资为186.7万元,帷幕灌浆方案投资110.5万元,混凝土防渗墙方案高出76.2万元,混凝土防渗墙方案投资相对过高。考虑到该水库目前大坝坝体渗漏以散浸为主,采取帷幕灌浆防渗方案即能解决坝体渗漏问题,推荐采用灌浆方案。
2.2 帷幕灌浆防渗方案布置
2.2.1 平面布置
帷幕灌浆轴线即为坝轴线,坝体采用充填式灌浆,灌浆浆液采用粘土水泥浆。坝基及两坝肩采用单排灌浆孔,采用水泥灌浆。沿整个大坝基础向两岸山体延伸,将延长渗径,以达到降低坝基水头压力、防止渗透破坏、减少渗漏损失的目的。灌浆孔初拟孔距为2.0 m,确定左、右均岸延伸30 m至弱透水地层,灌浆段总长170 m。
2.2.2 剖面布置
考虑施工与防渗效果,确定灌浆顶界为1 616.30 m,高于设计洪水位。根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)[2]规定,灌浆帷幕的设计标准应按灌浆后基岩的透水率控制,本工程帷幕灌浆的设计标准为灌浆后基岩的透水率w≤10 Lu。根据《土坝坝体灌浆技术规范》SD 266—88[4]规定,造孔深度应超过患处2～3 m,从防止渗透破坏、减少渗漏损失的角度综合考虑,灌浆底界深入到弱透水层底界线以下4～5 m,最大孔深38 m。孔距、压力、浆液水灰比、耗浆量最终应由灌浆试验确定。钻孔总进尺为2 422 m,其中灌浆总进尺为2 310 m。其灌浆孔布置见图2。
3 帷幕灌浆效果分析与评价
3.1 帷幕灌浆效果分析
由于该工程尚未进行施工,未能取得相应观测资料,为考查设计方案的可靠性,采用北京理正软件设计研究院开发的《理正岩土系列软件》的渗流分析计算模块对大坝渗流进行分析计算。渗流分析共计算了3种工况:
(1) 上游正常蓄水位与下游相应水位情况;
(2) 上游设计洪水位与下游相应水位情况;
(3) 上游校核洪水位与下游相应水位情况。
计算采用的渗透系数见表1,渗流稳定分析成果见表2。
3.2 帷幕灌浆效果评价
根据渗透稳定计算结果,在坝体及坝基进行了帷幕灌浆处理后,正常蓄水位下,大坝年渗透量由未处理前的6.8万m3/a降至1.32万m3/a,防渗效果较理想。同时渗透坡降也大幅下降,坝体在各种工况下,出逸比降计算值J为0.01～0.22,低于坝土允许出逸坡降[J]=0.535[5],坝体不会发生渗透破坏;坝基出逸比降计算值J为0.00～0.20,低于允许出逸坡降[J]=0.6[5],坝基也不会发生渗透破坏。因此,从渗流量和渗流稳定计算分析可以看出,该防渗方案是合理可靠的。但还应在施工过程中加强对施工质量和施工参数的监控,并在施工结束以后对大坝的运行情况进行监测,以确信大坝达到相应的规范要求,确保大坝的安全运行。
4 结语
由于每个大坝工程都具有其特殊性,存在的问题也各不相同。在大坝的除险加固设计中只有在进行全面分析后发现问题,然后针对存在问题灵活选用合理的技术方案,进行经济、技术比较后选定实施方案,并在施工中加强技术监督和观察、分析验证才能达到经济合理的除险加固目的。
参考文献
[1]中国水利水电出版社.水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252—2000).北京:中国水利水电出版社,2000
[2]黄河水利委员会勘测规划设计研究院.碾压式土石坝设计规范(SL 274—2001).北京:中国水利水电出版社,2001
[3]崔冠英.水利工程地质.第三版.北京:中国水利水电出版社,2000
[4]黄河水利委员会.土坝坝体灌浆技术规范(SD 266—88).北京:中国水利水电出版社,1988
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