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摘要:文章结合某水库存在大坝渗漏严重的病险隐患,通过工程特点的分析,研究了塑性混凝土防渗加固的设计理论和施工方法,对类似工程的补强加固有重要的借鉴作用。
关键词:水库大坝;防渗加固设计
中图分类号:TV214 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)24-0053-02
大坝建成蓄水,坝址自然环境发生剧变。坝前巨大的库水压力长期作用于大坝坝体和坝基岩体,库底有机物质的富集,促使下层库水多呈弱酸性和含侵蚀CO2。因而,库水不仅具渗透压力作用,而且具溶蚀作用。坝基地下水分布的不均匀性在坝址环境下,尽管库水渗透压力作用相对稳定,但由于岩石裂隙分布的不均匀以及工程措施及其不完善程度的影响,因而坝基裂隙水分布是复杂的、不均匀的。本文结合某水库工程,对其坝基存在的问题、部位、原因、原防渗加固措施失败的经验教训进行了深入分析;在此基础上,从方法、工艺、材料、设备等方面,研究了混凝土防渗墙防渗加固方案的设计和施工技术。本文所做的工作和取得的成果对于科学、经济、合理地进行坝基的防渗加固具有重要的实践和指导意义。
1工程简介
该工程大坝坝基截渗采用混凝土防渗墙,截渗范围:坝段为防渗墙桩号0+000～4+5 700。本次大坝坝基截渗设计分为两期:第一期防渗墙距坝轴线18.55 m处,防渗墙项高程78.0 m,墙顶设高l m的高塑性黏土区,墙厚0.4 m,最大墙身高度为31.45 m,其中,墙下部为Cl0混凝土防渗墙,上部为塑性混凝土防渗墙,C10混凝土防渗墙与塑性混凝土防渗墙分界线位于第一层卵砾石层顶高程以上2 m;第二期防渗墙轴线位于副坝上游坡,距上游坝肩13 m,墙顶高程75.0～79.0 m,墙项设高1 m的高塑性黏土区,墙厚0.4 m或0.6 m,最大墙身高度为49.50 m,其中墙下部为C10混凝土防渗墙,上部为塑性混凝土防渗墙,C10混凝土防渗墙与塑性混凝土防渗墙分界线位于第一层卵砾石层项高程以上2 m。施工平台到墙项高程79.5 m。
2混凝土防渗墙设计
2.1混凝土防渗墙厚度确定
混凝土防渗墙厚度取决于其承受的水头、防渗材料、使用年限和投资经济性。另外,槽孔垂直度对防渗墙的有效厚度也有一定的影响。
2.1.1作用水头控制
取混凝土防渗墙允许渗透坡降60,作用水头9.5 m,则墙厚15.8 cm。
2.1.2强度控制
混凝土防渗墙的应力不大于材料的设计强度,变形应与周围介质相适应。
2.1.3使用年限控制
根据混凝土的耐久性,即混凝土防渗墙的使用年限确定墙体的厚度,一般考虑混凝土渗水使石灰质淋蚀而丧失强度50 %所需时间,应不小于50 a。应用梯比里斯建筑物与水能科学研究所公式计算。
T=αcL/βJK
式中,T:强度损失50 %所需的时间,α;
L:渗径长度,m;
J:水力坡度,J=H/L,其中H:上下游水头差,m;
K:渗透系数,m/a;
C:水泥用量,kg/m3;
α:使强度减低50 %时淋洗石灰(CaO)所需的水量,取α=l.54 m3/kg-2.20 m3/kg;
β:安全系数8～12。
经计算,墙厚为40 cm或60 cm,T均不小于50 a。
2.1.4槽孔垂直度控制
目前,造孔不一垂直度控制一般为0.5 %,按此计算混凝土防渗墙最深处其单侧偏离轴线最大允许值,由此推出混凝上防渗墙满足搭接厚度的要求所需的墙厚。本工程防渗墙深度在30～50 m,则防渗墙最深处其单侧偏离轴线最大允许值为15～25 cm。满足搭接厚度的要求所需的墙厚为30.8～40.8 cm。
2.2墙体设计
(1)防渗墙桩号0+000～0+800混凝土防渗墙设计自防渗墙桩号0+000～0+800范围内做长800 m的混凝土防渗墙,其轴线位于坝顶上游坡78.0 m高程处。墙厚40 cm,墙底插入强风化基岩深1.0 m,墙顶高程78.0 m。基岩至坝基卵砾石层顶部以上2.0 m范围内防渗墙为C10混凝土,以保证墙体有足够的抗渗性和耐久性,坝基卵砾石层项部2.0 m以上防渗墙为I型塑性混凝土,以充分适应心墙变形。防渗墙最大深度31.57 m。
(2)防渗墙桩号0+800～2+732混凝土防渗墙设计自防渗墙桩号0+800～2+732范围内做长1 932 m的混凝土防渗墙,其轴线位于坝顶上游坡79.0 m高程处。墙厚分别为60 cm、40 cm,墙顶高程79.0 m。墙底插入强风化基岩深1.0 m,如遇全风化层厚超过2 m,入岩以全风化层计算不少于2 m,如遇弱风化层,入岩以弱风化层计算不少于0.8 m。基岩至坝基卵砾石层顶部以上2.0 m范围内防渗端为C10混凝土,以保证墙体有足够的抗渗性和耐久性,坝基卵砾石层项部2.0 m以上防渗墙为I型塑性混凝土,以充分适应心墙变形。防渗墙最大深度34.55 m。
(3)防渗墙桩号2+732以南混凝土防渗墙设计自防渗墙桩号2+732～4+570范围内做长1 838 m的混凝土防渗墙。该段防渗墙中,桩号2+800～3+800墙厚60 cm,其他段墙厚40 cm,防渗墙材料为Ⅱ型塑性混凝土,插入强风化基岩深1.0 m,如遇全风化层厚超过2 m,入岩以全风化层计算不少于2 m,如遇弱风化层,入岩以弱风化层计算不少于0.8 m。防渗墙最大深度49.5 m,墙项高程79.0 m,墙顶设0.2 m的黏土保护。
3防渗墙附属设计
3.1顶部塑性黏土区设计
为满足防渗需要并改善墙顶周围土、墙体的受力条件,在防渗墙顶部填筑1 m厚高塑性黏土,底宽3.2 m,顶部至护坡反滤层。高塑性黏土应满足以下要求:渗透系数≤1×10-3 cm/s;压实度≥0.97;干容重≥l6.5 kN/m3;含水量:最优含水量2 %范围内。
3.2观测设计
为了便于了解混凝土防渗墙的工作状态和运行效果,对混凝土防渗墙进行观测设计。
应力应变观测。选择两个断面安装应力应变观测设备。0+750、1+700断面各埋设应变计10支,埋设无应力计3支。观测房位于水库管理所内,观测电缆顺坝坡埋设。
大坝的渗流监测方面,选择四个断面布置测压管,桩号分别为0+300、0+750、1+700、3+000,每个断面设2根坝体测压管和3根坝基测压管,坝体与坝基测压管顺坝轴线之间距离3.0 m。每个断面测点布置,测压管位于坝上游侧,距坝顶轴线8 m,其余测压管位于大坝下游,管距坝顶轴线5.5 m,管距坝项轴线22.0 m。坝体测压管管底座于坝体壤土底部,距坝基覆盖层0.2 m,层壤土、层卵砾石层、层卵砾石层坝基测压管管底座于距该层层项以下1.5 m处。观测房和观测电缆埋设同应力应变观测一起进行。
应变计和测压管埋设后,通过观测房内的观测设备及时进行观测,并对观测资料进行整理和分析,确定混凝土防渗墙的工作状态及运行效果。
4结束语
20世纪70年代初期以来,我国在坝基防渗技术及其工程应用方面已有了长足的发展,无论是在防渗新材料的研制与开发、渠道防渗衬砌结构形式还是防渗施工新技术方面均取得了一定的进展。考虑本工程的工程地质和水文地质特点、防渗加固部位和以往的防渗加固经验,经过多种方案比较,确定了采用混凝土防渗墙和塑性混凝土防渗墙相结合的防渗加固方案,以适应下部承受荷载大上部变形大及防渗的要求。
参考文献
1 邵永强、高洪祥、赵玉莲.大黑松沟水库防渗设计[J].城市建设:下旬,2010.4
2 李兴军.沙葱滩水库防渗设计[J].甘肃水利水电技术,2003.4
Discusses the Reservoir Base of Dam Anti-seepage Reinforcement Design
Chen Jianfeng
Abstract:The article unifies some reservoir existence dam leakage serious sickness danger hidden danger, through the project characteristic’s analysis, has studied the quaking concrete anti-seepage reinforcement design theory and the job practice, has importantly to the similar project’s reinforcement reinforcement profits from the function.
Key words:reservoir dam; the anti-seepage reinforcement designs
关键词:水库大坝;防渗加固设计
中图分类号:TV214 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)24-0053-02
大坝建成蓄水,坝址自然环境发生剧变。坝前巨大的库水压力长期作用于大坝坝体和坝基岩体,库底有机物质的富集,促使下层库水多呈弱酸性和含侵蚀CO2。因而,库水不仅具渗透压力作用,而且具溶蚀作用。坝基地下水分布的不均匀性在坝址环境下,尽管库水渗透压力作用相对稳定,但由于岩石裂隙分布的不均匀以及工程措施及其不完善程度的影响,因而坝基裂隙水分布是复杂的、不均匀的。本文结合某水库工程,对其坝基存在的问题、部位、原因、原防渗加固措施失败的经验教训进行了深入分析;在此基础上,从方法、工艺、材料、设备等方面,研究了混凝土防渗墙防渗加固方案的设计和施工技术。本文所做的工作和取得的成果对于科学、经济、合理地进行坝基的防渗加固具有重要的实践和指导意义。
1工程简介
该工程大坝坝基截渗采用混凝土防渗墙,截渗范围:坝段为防渗墙桩号0+000～4+5 700。本次大坝坝基截渗设计分为两期:第一期防渗墙距坝轴线18.55 m处,防渗墙项高程78.0 m,墙顶设高l m的高塑性黏土区,墙厚0.4 m,最大墙身高度为31.45 m,其中,墙下部为Cl0混凝土防渗墙,上部为塑性混凝土防渗墙,C10混凝土防渗墙与塑性混凝土防渗墙分界线位于第一层卵砾石层顶高程以上2 m;第二期防渗墙轴线位于副坝上游坡,距上游坝肩13 m,墙顶高程75.0～79.0 m,墙项设高1 m的高塑性黏土区,墙厚0.4 m或0.6 m,最大墙身高度为49.50 m,其中墙下部为C10混凝土防渗墙,上部为塑性混凝土防渗墙,C10混凝土防渗墙与塑性混凝土防渗墙分界线位于第一层卵砾石层项高程以上2 m。施工平台到墙项高程79.5 m。
2混凝土防渗墙设计
2.1混凝土防渗墙厚度确定
混凝土防渗墙厚度取决于其承受的水头、防渗材料、使用年限和投资经济性。另外,槽孔垂直度对防渗墙的有效厚度也有一定的影响。
2.1.1作用水头控制
取混凝土防渗墙允许渗透坡降60,作用水头9.5 m,则墙厚15.8 cm。
2.1.2强度控制
混凝土防渗墙的应力不大于材料的设计强度,变形应与周围介质相适应。
2.1.3使用年限控制
根据混凝土的耐久性,即混凝土防渗墙的使用年限确定墙体的厚度,一般考虑混凝土渗水使石灰质淋蚀而丧失强度50 %所需时间,应不小于50 a。应用梯比里斯建筑物与水能科学研究所公式计算。
T=αcL/βJK
式中,T:强度损失50 %所需的时间,α;
L:渗径长度,m;
J:水力坡度,J=H/L,其中H:上下游水头差,m;
K:渗透系数,m/a;
C:水泥用量,kg/m3;
α:使强度减低50 %时淋洗石灰(CaO)所需的水量,取α=l.54 m3/kg-2.20 m3/kg;
β:安全系数8～12。
经计算,墙厚为40 cm或60 cm,T均不小于50 a。
2.1.4槽孔垂直度控制
目前,造孔不一垂直度控制一般为0.5 %,按此计算混凝土防渗墙最深处其单侧偏离轴线最大允许值,由此推出混凝上防渗墙满足搭接厚度的要求所需的墙厚。本工程防渗墙深度在30～50 m,则防渗墙最深处其单侧偏离轴线最大允许值为15～25 cm。满足搭接厚度的要求所需的墙厚为30.8～40.8 cm。
2.2墙体设计
(1)防渗墙桩号0+000～0+800混凝土防渗墙设计自防渗墙桩号0+000～0+800范围内做长800 m的混凝土防渗墙,其轴线位于坝顶上游坡78.0 m高程处。墙厚40 cm,墙底插入强风化基岩深1.0 m,墙顶高程78.0 m。基岩至坝基卵砾石层顶部以上2.0 m范围内防渗墙为C10混凝土,以保证墙体有足够的抗渗性和耐久性,坝基卵砾石层项部2.0 m以上防渗墙为I型塑性混凝土,以充分适应心墙变形。防渗墙最大深度31.57 m。
(2)防渗墙桩号0+800～2+732混凝土防渗墙设计自防渗墙桩号0+800～2+732范围内做长1 932 m的混凝土防渗墙,其轴线位于坝顶上游坡79.0 m高程处。墙厚分别为60 cm、40 cm,墙顶高程79.0 m。墙底插入强风化基岩深1.0 m,如遇全风化层厚超过2 m,入岩以全风化层计算不少于2 m,如遇弱风化层,入岩以弱风化层计算不少于0.8 m。基岩至坝基卵砾石层顶部以上2.0 m范围内防渗端为C10混凝土,以保证墙体有足够的抗渗性和耐久性,坝基卵砾石层项部2.0 m以上防渗墙为I型塑性混凝土,以充分适应心墙变形。防渗墙最大深度34.55 m。
(3)防渗墙桩号2+732以南混凝土防渗墙设计自防渗墙桩号2+732～4+570范围内做长1 838 m的混凝土防渗墙。该段防渗墙中,桩号2+800～3+800墙厚60 cm,其他段墙厚40 cm,防渗墙材料为Ⅱ型塑性混凝土,插入强风化基岩深1.0 m,如遇全风化层厚超过2 m,入岩以全风化层计算不少于2 m,如遇弱风化层,入岩以弱风化层计算不少于0.8 m。防渗墙最大深度49.5 m,墙项高程79.0 m,墙顶设0.2 m的黏土保护。
3防渗墙附属设计
3.1顶部塑性黏土区设计
为满足防渗需要并改善墙顶周围土、墙体的受力条件,在防渗墙顶部填筑1 m厚高塑性黏土,底宽3.2 m,顶部至护坡反滤层。高塑性黏土应满足以下要求:渗透系数≤1×10-3 cm/s;压实度≥0.97;干容重≥l6.5 kN/m3;含水量:最优含水量2 %范围内。
3.2观测设计
为了便于了解混凝土防渗墙的工作状态和运行效果,对混凝土防渗墙进行观测设计。
应力应变观测。选择两个断面安装应力应变观测设备。0+750、1+700断面各埋设应变计10支,埋设无应力计3支。观测房位于水库管理所内,观测电缆顺坝坡埋设。
大坝的渗流监测方面,选择四个断面布置测压管,桩号分别为0+300、0+750、1+700、3+000,每个断面设2根坝体测压管和3根坝基测压管,坝体与坝基测压管顺坝轴线之间距离3.0 m。每个断面测点布置,测压管位于坝上游侧,距坝顶轴线8 m,其余测压管位于大坝下游,管距坝顶轴线5.5 m,管距坝项轴线22.0 m。坝体测压管管底座于坝体壤土底部,距坝基覆盖层0.2 m,层壤土、层卵砾石层、层卵砾石层坝基测压管管底座于距该层层项以下1.5 m处。观测房和观测电缆埋设同应力应变观测一起进行。
应变计和测压管埋设后,通过观测房内的观测设备及时进行观测,并对观测资料进行整理和分析,确定混凝土防渗墙的工作状态及运行效果。
4结束语
20世纪70年代初期以来,我国在坝基防渗技术及其工程应用方面已有了长足的发展,无论是在防渗新材料的研制与开发、渠道防渗衬砌结构形式还是防渗施工新技术方面均取得了一定的进展。考虑本工程的工程地质和水文地质特点、防渗加固部位和以往的防渗加固经验,经过多种方案比较,确定了采用混凝土防渗墙和塑性混凝土防渗墙相结合的防渗加固方案,以适应下部承受荷载大上部变形大及防渗的要求。
参考文献
1 邵永强、高洪祥、赵玉莲.大黑松沟水库防渗设计[J].城市建设:下旬,2010.4
2 李兴军.沙葱滩水库防渗设计[J].甘肃水利水电技术,2003.4
Discusses the Reservoir Base of Dam Anti-seepage Reinforcement Design
Chen Jianfeng
Abstract:The article unifies some reservoir existence dam leakage serious sickness danger hidden danger, through the project characteristic’s analysis, has studied the quaking concrete anti-seepage reinforcement design theory and the job practice, has importantly to the similar project’s reinforcement reinforcement profits from the function.
Key words:reservoir dam; the anti-seepage reinforcement designs