低弹模混凝土防渗墙在水库大坝防渗中的应用和施工要点

任宇祥

(福建省水利管理中心 福州 350001)

1 水库概况

三溪水库位于长乐市江田镇三溪村，水库坝址以上集雨面积40.00km2，主河道长度11.70km，河道比降22‰。水库工程于1958年4月动工兴建，1959年10月竣工，1979～1981年完成保坝加固，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电、供水等功能的重要中型水库。

三溪水库枢纽工程由主坝、副坝、正常溢洪道、非常溢洪道、输水涵洞等建筑物组成。水库主坝是黏土心墙土石混合坝，最大坝高34.00m，坝顶长度220m，坝顶宽度8.60m。副坝为黏土心墙多种土质坝，最大坝高24.00m，坝顶长度150m，坝顶宽度5.10m。溢洪道由正常、非常溢洪道组成，正常溢洪道位于主坝左岸，堰型为宽顶堰，溢洪道闸室段安装两扇弧形钢闸门，宽×高=10m×5.5m，闸室净宽20m，洪水经泄洪陡坡段后汇入下游河道;非常溢洪道位于主坝左岸，型式为宽顶堰自溃式，宽16.00m，非常溢洪道泄洪后汇入正常溢洪道泄洪陡槽段内。输水涵洞为坝下右侧埋管式输水涵洞，1982年输水涵洞套直径1.0m的有压圆形钢管。

经过40多年的运行，水库主、副坝存在渗漏、黏土心墙渗透系数不满足规范要求，坝体防渗性能差等安全隐患，2008年3月25日，福建省水利厅组织专家对三溪水库大坝进行安全鉴定，评定水库大坝为三类坝，需对主、副坝进行防渗加固处理。

2 低弹模混凝土防渗墙设计

根据三溪水库地质勘察资料显示，现有主坝的黏土中，碎砾石及砂含量多达45%。根据注水试验成果表明:主坝心墙黏土渗透系数为5.94×10-5～6.04×10-4cm/s，介于中等～强透水性之间。从ZK4～ZK5揭示代替料区平均渗透系数K-=4.46×10-4cm/s，也属中等透水，因此坝体填土总体达中等透水性。副坝心墙黏土渗透系数为5.05×10-5～7.78×10-4cm/s，介于中等～强透水性之间。主副坝黏土心墙垂直方向平均的渗透系数为2.05×10-4cm/s，水平方向平均的渗透系数为2.24×10-4cm/s。根据《碾压土石坝设计规范》(SL 274—2001)4.1.5规定，心墙土料的渗透系数应不大于1×10-5cm/s，因此不能满足现行规范要求，说明坝体防渗性能差，坝体存在渗漏。

主坝坝基未采取防渗措施。根据地质勘察报告:左岸坡坝基位于强风化花岗岩上，河床及右岸坡坝基位于弱风化花岗岩顶板上。强风化层下部为弱风化岩，透水率多数在5～10Lu，仅有个别点大于规范值，整体属弱透水层，基本满足防渗要求。

副坝建基面表层为强风化花岗岩，渗透系数K=2.48×10-4cm/s，属于中等透水层，为主要渗漏地段。强风化层下部为弱风化岩，透水率在2.30～3.50Lu，属弱透水层，满足防渗要求。右岸坝肩由于不均匀风化，覆盖层较厚，残积砂质黏土中夹球形风化的强风化岩，厚达21.2m，强风化花岗岩厚度达9.4m，以下为弱风化花岗岩。

经多方案设计比较，并综合分析施工质量和防渗效果等，主、副坝体防渗采用薄型液压抓斗低弹模混凝土防渗墙防渗方案。采用低弹模混凝土在水库土坝中造一道封闭的防渗墙，切断坝体的渗漏通道，是一项较新的技术。根据三溪水库的地质资料和实际情况，本次加固低弹模防渗墙轴线布置在坝顶全坝段偏上游侧，具体位置为:

主坝防渗墙布置桩号为0-015～0+215(主坝桩号左坝端为0+000)，左坝段往岸坡延伸15m。防渗墙全长230m，共分29个槽段，槽孔长度为8m，宽0.60m。混凝土防渗墙底部深入弱风化岩以下0.5m，最大的防渗墙高度为30.60m。

副坝防渗墙右岸延伸到右岸山体，总长为170.00m，共分22个槽段，槽孔长度为8m，宽0.60m，副坝最大的防渗墙高度为21.70m，其中副坝基础为弱风化岩的防渗墙孔深至基岩面以下0.5m，基础为残积砂质黏土的坝段孔深至残积砂质黏土层内5m位置。

3 低弹模混凝土防渗墙施工

三溪水库主、副坝现有坝顶宽度不能满足薄型液压抓斗机施工平台的要求，需要降低坝顶高度，挖除坝顶土方，将坝顶宽度拓宽至满足施工条件后再进行防渗墙的施工。

三溪水库低弹模混凝土防渗墙施工主要工序为:

a.导向槽施工:用GB30抓斗机进行挖槽。首先在设计防渗墙两边，沿防渗墙轴线方向保持60cm间距，各设一条宽0.3m、高90cm、长度为防渗墙总长的钢筋混凝土施工导墙。

b.低弹模混凝土槽孔施工:在已完成的导墙内逐孔间隔开挖，防渗墙分一、二期施工，每孔槽长8.0m，开挖过程中，不断地在槽中加入泥浆进行固壁，槽孔开挖5～10m深进行一次孔深及泥浆指标检测，挖至设计深度后清孔，并进行一次严格的终孔检测。

c.成槽后低弹模混凝土灌注:水下低弹模混凝土浇筑是防渗墙施工的关键工序，在经过终孔、清孔、凿岩深度和泥浆指标等检测合格后，可下设混凝土导管，采用直升导管法进行水下混凝土浇筑。导管直径为300mm，壁厚3mm，每节长2～2.5m;导管试验前要检查是否渗漏和变形，接头是否牢靠，并丈量导管组装后的实际长度，导管间连接要安放密封圈，并进行水密性试验;导管依次下放，并详细记录导管根数、下设顺序、每根长度。低弹模混凝土防渗墙主要控制指标为:墙厚0.60m，弹模3000MPa≤E28≤5000MPa，抗压强度R28≥5MPa;渗透系数 k28≤1×10-7cm/s;经试验，低弹模混凝土配合比如下:水 315kg/m3，水泥150～218kg/m3，优质膨润土 80kg/m3，砂 868 kg/m3，小石子(5 ～20mm)629 kg/m3，外加剂(BD-9)5.36 kg/m3。

d.一、二期槽段连接:槽段连接是低弹模混凝土防渗墙施工中的另一道关键工序。三溪水库防渗墙施工分一、二期间隔施工，防渗墙一、二期槽段采用接头管法连接，在一期槽段端部安装直径0.60m的套管至槽底，后浇一期槽段混凝土，待一期槽段混凝土具有一定强度后，利用千斤顶拔出套管，形成接头孔;二期槽段施工时，利用专用机具清除一期槽段混凝土接头管侧面上附着的泥土等残留物，清孔换浆，浇筑混凝土，行成连续的混凝土防渗墙。

e.与原防浪墙连接:防渗墙顶设置C20钢筋混凝土盖帽，与防浪墙有效连接，以达到防渗体闭合的目的。

4 低弹模混凝土防渗墙施工中应注意的事项

采用低弹模混凝土防渗施工技术及控制至关重要，如把握不到位，将造成墙体内部空洞或裂隙，不能形成封闭的防渗体。因此在低弹模防渗墙施工过程中，除采取有力的质量保证措施，按施工程序施工外，还应该注意以下事项:

4.1 开槽垂直度

开挖过程中应采取措施保证成孔的垂直度，垂直偏差不超过1.0%，孔位偏差不超过10mm，按施工要求的施工参数进行施工，认真记录成孔过程中的各种参数，适时调整挖进速度，确保开挖质量。

4.2 泥浆制作

泥浆制作用制浆机在泥浆池制作，制作流程为:新制泥浆——泥浆池——槽孔——泥浆分离净化——泥浆池。泥浆制作配合比如下:水∶膨润土∶纯碱∶基纤维素 =1000∶60～80∶2.5～4.0∶0～0.6(重量比);优质泥浆性能指标如下:相对密度1.03～1.1，黏度18～22s，含砂率小于2%，PH值大于8～10，胶体率大于98%。

4.3 清孔换浆

槽孔挖至设计深度后清孔要严格进行，在清孔换浆结束1h后，达到以下标准:孔底淤积厚度不大于0.10m，槽内泥浆比重不大于1300kg/m3，黏度不大于30s，含砂量不大于10%。各项指标合格后进行水下混凝土浇筑。在终孔清孔换浆超过4h还未浇筑混凝土时，需重新检测孔内沉淤值等指标，超出范围的需作二次清底，直到合格后才能浇筑混凝土。

4.4 导管放置及混凝土浇捣

混凝土开浇前，导管应下放至槽底，并在导管内放置一个胶球作为导管塞，以便将泥浆和混凝土隔离，并备足混凝土。混凝土一旦开始浇筑，必须连续进行，不得中断，每隔10min测量一次槽内混凝土面深度，槽内浇筑的混凝土方量应与混凝土顶面位置相符，如不相符，则要找出原因所在，及时处理。

严格按试验配比进行混凝土的拌和，不符合质量要求的混凝土严禁浇入导管内，并应防止入管的混凝土将空气压入导管内;槽口设置盖板避免混凝土洒落槽内;混凝土上升速度2m/h以上;事故中断处理应快速，不应超过相应混凝土初凝时间;混凝土置换出的泥浆应通过泥浆排污沟排到其他正在施工的槽段或沉淀池中，以防止泥浆溢出污染环境。

4.5 一、二期槽段接头清理

一、二期槽段混凝土接头清理非常关键，如清理不干净，则会形成混凝土分缝和孔隙，使混凝土防渗墙不能闭合，影响防渗效果。要利用专用机具反复清除一期槽段混凝土接头管侧面上附着的泥土等残留物，清孔换浆，浇筑混凝土，形成连续的混凝土防渗墙。

4.6 弱风化岩坝段孔底嵌槽开挖

本次加固大坝坝基为弱风化花岗岩的，混凝土防渗墙底部要深入弱风化花岗岩下0.5m。此孔底嵌槽开挖在施工中难度非常大，需用凿岩机反复开凿才能形成，嵌槽能使混凝土防渗墙插入弱风化岩中，形成有效的、密闭的防渗体，还能使少量的孔底沉淀物(不超过10cm厚)沉入嵌槽底部，避免形成混凝土与弱风化岩之间的夹层，这对低弹模混凝土防渗墙的质量来说是至关重要的。

5 施工中的事故处理

5.1 堵管事故

在灌注混凝土过程中，由于混凝土配合比不当，其流动性过小，严重离析，骨料超径;浇筑混凝土方法不当，浇筑时间过慢或中断时间过长;导管内径过小，或同一根导管采用了不同内径的导管等原因造成浇筑导管堵塞。

处理措施:分析堵管原因和部位，查对记录，确认管底位置和埋深，采取措施避免其他导管同时堵管;上下反复抖动导管，抖动无效时，在导管埋深许可的范围内提升导管，以增加导管内的压力;在堵管部位不深时下钻杆捅，较深时可用压缩空气顶推管内混凝土;若以上所有措施均无效时，则抓紧时间起出导管重新下管，重新开浇时，管底应插入混凝土面以下0.5～1.0m。

5.2 导管破裂事故

在灌注混凝土过程中，由于孔深较大，管内压力较大;导管强度不足或制作质量不好;各导管下料不均，造成导管严重倾斜时会发生导管破裂事故。导管破裂的位置一般发生在底部的一、二节导管，不易及时发现，往往会造成整槽混凝土混浆全部报废的严重后果。

处理措施:开浇混凝土前应仔细检查，排除质量不好的导管;开浇阶段拆卸导管时，严密监视管内情况，发现功能混凝土面过低、漏浆等异常情况时，应立即下放导管增加埋深，并在以后的浇筑中继续保持较大的埋深，防止泥浆进入导管;若导管破裂位置较高，则应起出破裂导管，更换后重新下管。

5.3 导管脱出事故

在灌注混凝土过程中，由于导管的埋深误判，托空浇筑;拆卸导管记录错误，造成拆管时将导管提出混凝土面;混凝土面测量错误等会造成导管脱出事故。

处理措施:当发现导管内混凝土面过低，或有泥浆进入管内时，应立即下放导管，增加管底插入深度，直至管内恢复正常;如果导管拔出导管混凝土面，发现及时，除管内进入泥浆外，无其他已浇筑混凝土严重混浆的迹象，可在下放导管的同时用小抽筒抽出管内泥浆，然后继续浇筑;如果长时间处于脱管状态浇筑，经查，槽内混凝土已发生大范围严重混浆，则应立即停止浇筑，尽快清除全部已浇筑的混凝土，重新清孔，重新浇筑。

6 结语

三溪水库低弹模混凝土防渗墙施工从2009年10月开工至2010年8月完工，总工期10个月。经福建省水利水电勘测设计研究院试验中心现场钻孔取样试验，其检测结果为弹模3280MPa≤E28≤3900MPa，抗压强度 R28≥5.1～5.6MPa，渗透系数 k28≤5.39×10-8～9.35×10-8cm/s;满足设计指标的要求。经过一年多的现场观测，没有发现大坝存在明显的渗漏等现象，防渗加固取得预期效果。实践表明，采用低弹模混凝土防渗墙进行土坝防渗加固是可行的，其工程技术成熟、施工质量可靠、施工方法可操作、检测方便，具有防渗效果好、使用寿命长等优点，可在土坝防渗加固中进行推广应用。◆

福建省宏禹水利水电咨询设计院.长乐市三溪水库除险加固工程初步设计报告［R］.