塑性混凝土防渗墙在水库除险加固中的应用和分析
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【摘要】以狮子山水库为案例，针对水库大坝、溢洪道等存在的渗漏问题，分析了砼防渗墙施工应用和工程加固的相关措施。同时提出，要加强对水库大坝的日常管理和养护。
1 工程概况
狮子山水库位于临海市江南街道紫砂岙村，距离市区5km。水库枢纽主要建筑物有大坝、溢洪道、放水隧洞、引水渠道及虹吸管等。水库坝址以上集雨面积2.7km2，引水面积0.65km2，总库容130.65万m3，水库主要功能为防洪、供水及灌溉，影响下游人口400人，灌溉面积200亩。
水库大坝为岩基粘土心墙坝，坝顶高程为109.70m，长126m，顶宽4.0m，最大坝高25.5m，坝顶设浆砌块石防浪墙，墙顶高程110.20m；大坝上游坡为干砌块石护坡，自上而下坡比为1:1.9、1:2.4、1:1.30；坝顶及下游坝坡无护砌，下游坝坡自上而下坡比为1:1.8、1:2.0、1:2.78。
溢洪道位于大坝左岸，由山体开挖而成，开敞侧槽宽顶堰形式，堰顶高程为106.20m，堰长45m，堰体为浆砌块石；泄槽段底宽约8.0m。引水渠道位于溢洪道左岸，总长227m，底部及内侧为山体岩基，外侧为浆砌块石砌体。
放水隧洞位于大坝右侧山体内，隧洞断面型式为城门洞型，断面尺寸为1.8×1.8m，进口底高程87.57m。
2 水库渗漏问题
据现场勘测，水库大坝坝脚处湿润，杂草丛生，左坝头与侧堰连接处存在明显漏水现象。根据坝体填筑土现场注水试验，坝壳土①-2层含砾砂粉质粘土渗透系数在4.79×10-3～1.06×10-4cm/s，属中等透水性。心墙土渗透系数在2.94×10-3～2.54×10-5cm/s，属中等～弱透水性，其中坝顶以下深度约10m以上部分渗透系数基本上为10-3，属中等透水性，渗漏问题比较突出；深度约10m以下部分渗透系数为或接近10-5，属中等偏小～弱透水性，防渗性能较好。大坝渗流安全性级别为B级。
3 防渗施工方案比选
针对大坝心墙存在的渗漏问题，本次除险加固需要对大坝心墙进行防渗处理，降低坝体浸润线。防渗处理方案由套井回填和砼防渗墙进行比选。
3.1 套井回填方案
套井回填是土体置换成墙的一种处理方法，利用冲抓钻机造孔，然后进行粘土回填。套井的优点是使用机械设备简单，施工方便，在粘土回填的同时，对井壁土层进行挤压，使井孔周围土体密实，能较好的解决坝体土防渗系数不满足要求的状况，对均质坝能有效降低浸润线；缺点是不能对坝基含泥砂砾石进行彻底处理，施工时受库水位影响较大，容易出现塌孔等现象。
大坝心墙防渗采用套井回填方案，在坝顶新坝轴线上游0.8m处打一排套孔，孔径为110cm，孔距为78cm，有效厚度为78cm，两坝肩套孔打至强风化下限，其余坝段套孔打至坝底基岩，套孔回填粘土要求渗透系数不大于1×10-5cm/s；套井施工平台高程为108.50m，平台宽度不小于5m。
大坝套井回填、左坝头粘土回填、头墙砼贴面及帷幕灌浆形成一道封闭的防渗系统。按本工程防渗需要，大坝套井回填共需3263m，每米单价为224.38元，投资为73.22万元。
3.2 砼防渗墙方案
砼防渗墙是利用专门的造槽机械设备营造槽孔，并在槽孔内注满泥浆，以防孔壁坍塌，最后用导管在注满泥浆的槽孔中浇注混凝土并置换出泥浆，筑成墙体。混凝土防渗墙优点是适用性广，适用于各种地质条件；施工条件要求简单，施工时噪音低、震动小，可在较复杂条件下施工，不受库水位条件限制。
大坝心墙防渗采用C15砼防渗墙，防渗墙轴线布置在坝顶新坝轴线上游0.5m处，墙厚80cm；防渗墙全断面底部至弱风化基岩面以下0.5m，防渗墙与左坝肩头墙砼贴面采用C25混凝土衔接，衔接长度为0.5m；防渗墙施工范围为坝0-001.00～坝0+119.00段共15个槽段，每个槽段长度8m，坝0-006.00～坝0-001.00段1个槽段，槽段长度5m。砼防渗墙施工平台高程为108.50m。
大坝砼防渗墙、C25砼衔接墙、头墙砼贴面及帷幕灌浆形成一道封闭的防渗系统。按本工程防渗需要，大坝砼防渗墙共需2651.55m2，每平方单价为1058.89元，投资为280.77万元。
3.3 方案比选
综上所述，上述两种方案均适用本工程的防渗处理，施工技术要求均较简单；投资方面差别比较大，砼防渗墙方案较套井回填方案要大207.55万元； 但方案一套井回填对回填土料要求较严格，施工过程中较难控制，回填土量需求较大，工程附近无适合土料场，且施工过程中要求水库放空。故本阶段推荐C15砼防渗墙方案来处理大坝心墙的渗漏问题。
4 防渗墙施工
4.1 施工导流
本工程在枯水期施工，以利于工程施工，在工程施工期间采用放水隧洞和虹吸管导流；隧洞进口施工过程中，由虹吸管导流，待隧洞进口施工完毕后，方可拆除虹吸管，由放水隧洞导流[1]。
4.2 砼防渗墙施工
防渗墙项目是施工的关键点，根据其它工程的施工经验，水库水位降至高程98.00m运行；降低坝顶高程，形成施工面。主要施工方法如下：
(1) 施工场区布置：将现状大坝拆除到108.50m高程，作为施工平台，满足施工要求。防渗墙划分为主槽孔和横向接头槽孔，根据施工需要布置好施工作业区。
(2) 槽孔的开挖施工：槽段长度为8m，共划分为16个槽段。采用两钻一抓成槽法施工。
(3) 固壁泥浆制备：该系统由制浆、储浆、振动除砂滤浆、压力供浆四个部分组成。制浆、储浆和滤浆系统布置在下游坝脚，通过供浆管使泥浆与防渗墙孔组成一个完整的固壁泥浆系统。在施工期间须特别注意环保要求，防止泥浆流向下游。
(4) 砼浇筑：采用直升导管法，导管为厚壁钢管，导管顶部安一漏斗，砼泵直接将料泵入漏斗，使砼经导管进入槽孔底部，导管内径应不小于0.15m；导管应布置在槽孔中部，距离孔段0.5m～1.0m；开浇前，导管底口距槽孔底应控制在0.15～1.0m；导管埋入砼的深度不得小于1.0m，不宜大于6.0m；砼面上升速度不应小于2.0m/h；严禁不符合质量要求的砼浇入槽孔内；砼面应均匀上升，高差不应大于0.5m。