碾压式土石坝塑性混凝土防渗墙设计方案探讨

□何清举（河南省水利第二工程局）

碾压式土石坝塑性混凝土防渗墙设计方案探讨

□何清举（河南省水利第二工程局）

文章以河南省出山店水库工程为例对碾压式土石坝两种不同的塑性混凝土防渗墙设计方案进行对比，分析研究如何对碾压式土石坝工程中的塑性混凝土防渗墙设计方案进行优化，不但确保工程质量，同时又便于施工，减少投资。经过经济技术对比分析不难发现，采用先筑坝至防渗墙顶高程后用液压抓斗开槽一次完成塑性混凝土墙体浇筑方案更为科学，应在其他类似工程中推广应用。

碾压式土石坝；塑性混凝土防渗墙；设计方案优化

1 序言

随着施工技术的逐步发展，当前设计的碾压式土石坝大多都采用塑性混凝土防渗墙解决砂砾石坝基渗漏问题。塑性混凝土防渗墙的主要优点在于其对地质条件的适应性较强，施工效率较高，防渗效果好。根据设计规范要求，塑性混凝土防渗墙伸入粘土心墙的深度应≥2 m，且墙顶应做成光滑的楔形。鉴于此，在以往的工程设计中，防渗墙伸入粘土心墙部分大多都设计成刚性混凝土，要求与坝基内部分分开施工。即先施工建基面以下部分，然后施工建基面以上部分。但笔者以为，为了保证防渗墙的防渗效果，确保土石坝施工质量和安全，应考虑将防渗墙伸入粘土心墙部分设计成塑性混凝土，这样既便于施工，又能保证施工质量。文章以出山店水库工程施工1标段为例试进行分析探讨。

2 工程概述

2.1 地层岩性描述

本标段坝址区地层有新生界古近系吴城群毛家坡组、新近系尹庄组，第四系中、上更新统及全新统松散层。

2.2 坝基渗漏及渗透变形问题

坝基下部存在Q3、Q4的级配不良砂及级配良好砾，蓄水后在水头差压力作用下，库水将通过坝基向坝下游渗漏，超过允许比降则造成渗透变形破坏，危及坝基安全。因此存在堤基渗漏及渗透稳定问题。根据颗粒分析资料综合工程经验，提出级配不良砂允许渗透比降J允许=0.25，提出级配良好砾允许渗透比降J允许=0.20。

坝基渗漏及渗透变形问题必须进行防渗处理，其方式有二：一是垂直防渗：沿坝轴线做防渗帷幕，截断主要透水层，进入下伏相对隔水层（基岩），处理范围为Ⅰ、Ⅱ级阶地段，彻底截断地下水的渗透途径，效果好。二是利用阶地上部的低液限粘土做为天然铺盖，增加地下水的渗径，达到防渗目的，这层低液限粘土，厚2～17 m，但其厚度变化大，薄处仅2 m，而且阶地上坑塘较多，作为天然铺盖，就存在一部分铺盖厚度不够的问题。此外，还要解决好混凝土坝段与土坝段的接头防渗问题。采用水平铺盖防渗，增加渗径、减少坝基渗漏量和降低坝后水头，但还是有水从坝基渗出，使坝后地下水位增高，带来浸没等问题。

综上所述，建议采用垂直防渗，以天然水平铺盖作为安全储备，防渗体深度应进入下部相对隔水层（基岩），处理范围为Ⅰ、Ⅱ级阶地段，以天然水平铺盖作为安全储备。

2.3 原设计方案

由于坝基存在约10 m厚的砂砾石层，为了解决坝基渗漏问题，出山店水库工程土坝段坝轴线上游5 m处设混凝土防渗墙，墙厚0.40 m。建基面以下防渗墙采用塑性混凝土浇筑，下部深入基岩1 m；建基面以上防渗墙原设计采用C15现浇混凝土，伸入粘土心墙内2.60 m，顶部0.50 m浇筑成楔形墙帽。现浇混凝土墙与塑性混凝土墙之间采用插筋连接。主要设计指标见表1。

3 可能存在的问题

第一，由于建基面以上C15混凝土防渗墙高度达2.00 m，上部还有楔形墙帽，为了保证混凝土浇筑质量，必须分两次浇筑，这样又人为增加了一道施工缝，对防渗不利。第二，由于塑性混凝土防渗墙强度较低，仅为1.50～5.00 MPa，在其上部连接2.60 m高的C15混凝土防渗墙将造成墙体根基不牢，容易出现安全隐患。第三，为了保证建基面以上防渗墙在黏土心墙填筑过程中不被碰撞，填筑施工用的大型机械在行进时必须与防渗墙墙体留出一定的安全距离，如此一来，靠近墙体两侧的粘土心墙还需由人工或采用小型机械夯实，这部分土体的压实度难以保证。第四，根据设计要求，塑性混凝土防渗墙施工完成一个月后需进行钻芯取样，检查其渗透性能及均匀性，检查合格后方可进行上部C15现浇混凝土防渗墙的施工，这样将大大延长防渗墙的施工周期。另外，由于上部现浇墙体为薄板结构，在强度不足情况下受两侧土压力作用可能会发生弯折破坏，故必须待现浇墙体抗压强度达到设计要求后方可进行其两侧土体的填筑，这样将造成粘土心墙填筑施工进度受到较大影响。第五，由于防渗墙与坝轴线平行布置，且距离很近，上部墙体施工完成后将对大坝上下游的交通造成较大影响。

4 解决问题的措施

鉴于上述分析，为了有效解决上述问题，设计单位经充分论证后将建基面以上现浇防渗墙体变更为塑性混凝土墙体，这样就可以采用在粘土心墙填筑到防渗墙顶设计高程时一次性开槽浇筑的施工工艺。

根据这一方案，施工单位河南省水利第二工程局将原定施工方案相应做出调整。调整后的施工方案为：在塑性混凝土防渗墙施工前，首先将坝体粘土心墙填筑至建基面以上3.30 m高，作为塑性混凝土防渗墙的施工平台。混凝土搅拌运输车行驶于心墙上游侧，液压抓斗置于心墙下游侧，自卸汽车自下游侧运输渣料至弃渣场。施工排出的泥浆通过管道泻入主坝下游的泥浆池内。

这样做至少有以下五个方面的好处：第一，减少了墙体接缝，墙体整体性更好，提高了防渗性能。第二，建基面以上坝体填筑时不用担心对塑性混凝土造成挤压破坏，采用机械回填可确保墙体两侧回填土的密实度，同时还使防渗墙体与两侧土体实现了无缝结合。第三，挤密砂桩施工完毕经检验合格后可直接填筑粘土心墙，这样可及早开始进行粘土心墙填筑，为坝体沉降留出更充分的时间；同时，塑性混凝土防渗墙也可做到连续施工，缩短了基础处理的施工周期。第四，由于建基面以上部分墙体是在大坝填筑到防渗墙顶高程以上时才开始进行施工的，故不会对大坝上下游交通造成任何影响。第五，可节约施工投资约9.50万元。详见表2。

表2 防渗墙优化前后投资对比表

5 结语

按照调整后的设计方案，出山店水库工程顺利完成了塑性混凝土防渗墙的施工。从施工过程来看，由于设计方案调整，大坝填筑施工得以提前开展，防渗墙施工周期也明显缩短。通过上述案例分析不难看出，对于碾压式土石坝工程而言，设计人员在进行坝体结构设计时，要尽可能把设计方案同可能采用的施工方案结合起来进行研究。

［1］王先忠，张利滨，宋五朋等.河南省出山店水库初步设计阶段工程地质勘察报告［R］.郑州：河南水利勘测有限公司，2014：57.

［2］王先忠，张利滨，宋五朋等.河南省出山店水库初步设计阶段工程地质勘察报告［R］.郑州：河南水利勘测有限公司，2014：101-102.

TB2

B

1673-8853（2017）11-0039-02

何清举（1975—），男，高级工程师，主要从事水利水电工程施工工作。

2017-8-23

编辑：刘长垠