朝阳沟水库塑性混凝土防渗墙设计

董永立

（郑州市水利建筑勘测设计院，河南郑州450006）

0 引言

朝阳沟水库位于登封市东16 km的大冶镇盆窑村石淙河中下游，属淮河流域颍河水系，区间控制流域面积52 km2,河道比降1/125。下游有登封市大冶镇、巩许高速公路、地方铁路，防洪位置重要。水库按重现期50 a洪水设计，重现期500 a洪水校核，总库容797万m3，兴利库容324万m3，是一座以防洪为主、兼顾工农业供水、水产养殖等综合利用的小（1）型水利枢纽工程。

大坝始建于1973年10月，1975年10月竣工。坝长350 m，最大坝高20.8 m，坝顶宽4.8 m，坝型为均质土坝。由于填筑质量较差，坝体沉降、渗漏严重，2008年5月列入病险水库除险加固规划。

1 地质条件

依据勘察成果，大坝填土天然干密度ρd范围值1.38～1.74 g/cm3，根据坝体土击实试验，坝体土最大干密度1.70 g/cm3，压实度按0.96考虑，计算出坝体填土干密度为1.63 g/cm3，以此作为填筑土质量评定依据。该坝体填土ρd≥1.63 g/cm3者占44%，ρd＜1.63 g/cm3者占56%，大坝填土整体填筑质量较差。由于碾压不均，部分填土干密度甚至小于1.50 g/cm3，填筑质量极差，坝体运行多年，沉降严重。根据室内渗透试验及现场坝体注水试验结果，坝体土渗透系数平均值5.2×10-4cm/s，属中等透水性。大坝坝基岩性自上而下为低液限粘土、卵石层及石英砂岩。卵石渗透系数5.8×10-3cm/s，为中等透水性，石英砂岩上部为强～中等风化，透水率8.5～14.6 Lu，局部为中等透水。

2 设计方案的确定

从安全鉴定结论及地勘意见可看出，该坝属于典型的填筑质量不均、渗透系数偏大、渗流安全不满足规范要求，必须采取措施除险加固。根据坝体、坝基渗漏的位置和深度，经方案比选后，采用C5塑性混凝土防渗墙对坝体坝基进行防渗处理。防渗墙轴线平行于大坝轴线；成槽方式采用冲击钻配合液压抓斗的方式，设计墙厚0.6 m；成墙全长336 m，顶部高程与坝顶齐平（327.60 m），底部至卵石层底。

3 防渗墙厚度计算

防渗墙的厚度应满足墙体抗渗性、耐久性、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。

国内无防渗墙设计规范，设计中根据防渗墙破坏时的水力坡降确定墙体厚度，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5；Jmax为防渗墙渗透破坏坡降，取300。

当K=5时，渗透坡降为60。假定防渗墙承受的最大水头差与坝前水深相同，计算得：d=0.4～0.5 m即可满足要求。由于主坝为永久性建筑物，考虑到混凝土的溶蚀，参考国内工程经验，大坝混凝土防渗墙墙体厚度定为0.6 m。

4 塑性混凝土防渗墙设计

4.1 明确设计指标

塑性混凝土配合比需进行室内和现场配合比试验，性能指标应满足下列要求：塑性混凝土密度＞2.1 t/m3；无侧限抗压强度等级C5；抗拉强度＞抗压强度的1/10；抗剪强度c=0.2～0.3 MPa，Φ≥30°；弹性模量＜800 MPa；渗透系数＜1×10-6cm/s；破坏渗透比降＞300；入孔坍落度18～22 cm；扩散度34～40 cm；拌和析水率＜3%；初凝时间＞6 h；终凝时间＜24 h；水胶比＜0.65。

原材料要求：采用42.5 MPa普通硅酸盐水泥；碎石最大粒径不大于20 mm，其含泥量不大于l%，饱和面干吸水率不大于1.50%；砂的细度模数2.7～3.0，含泥量不大于1%，饱和面干吸水率不大于1.60%；水质必须符合JGJ63-89的规定，拌浆水的温度不得高于40℃；粘土粘粒含量应不小于50%，塑性指数应不小于35，粘土掺入量通过试验确定；各种外加剂的掺量应通过试验确定，质量必须符合DL/T5100-1999的有关规定；膨润土粘粒含量应不小于55%，塑性指数应不小于60。

4.2 塑性混凝土强度龄期确定

塑性混凝土强度增长较为缓慢，后期强度增长较大。根据以往工程实例试验结果统计，塑性混凝土强度一般采用90 d强度较为合理。

4.3 配制强度

塑性混凝土的配制强度根据混凝土的设计强度、强度保证率及离差系数等指标计算确定。一般认为泥浆下浇筑的混凝土强度只有陆上浇筑混凝土强度的70%左右，综合以往塑性混凝土的使用情况，塑性混凝土的配制强度可采用下式计算：

式中，R配为塑性混凝土配制强度；R90为塑性混凝土设计强度；t为混凝土强度保证率为95%时的概率度，取t=1.645；

Cv0为混凝土抗压强度离差系数。

塑性混凝土的弹性模量、强度、渗透系数主要取决于水泥用量，通过调整粘土和膨润土的用量，能在一定程度上改善塑性混凝土的抗压强度、弹性模量和渗透系数。塑性混凝土防渗墙的配合比应根据其强度、弹性模量及渗透系数等设计指标要求，通过室内试验成果经过综合分析确定。

5 结语

防渗墙工程于2010年1月25日开工，8月7日完工。经一年的实际运行检验，防渗效果良好。■