防渗墙在水库土石坝加固中的应用探讨

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摘要：防渗墙是目前治理水库土石坝的加固工程中的设计与施工问题最为有效的方法之一，其应用相当广泛。本文笔者结合自身多年的工作经验，阐述防渗墙的设计过程和施工应注意的几个方面，并提出有关防渗墙的施工建议，旨在为类似工程提供借鉴和参考价值。
 　　关键词：土石坝加固；修建；防渗墙；设计

 　　1前言
 　　在我国，随着水利建设的迅速发展，对水库土石坝的工程质量越来越重视。但目前国内修建的很多土石坝仍存在质量普遍差等问题。例如坝基存在渗水通道的工程败笔，坝体存在裂缝、沉陷、渗漏等现象。未解决土石坝的稳定性工程质量问题，应特别注意其加固的设计。而伴随着防渗墙施工工艺技术的成熟和施工工具的不断改进完善，将防渗墙用于水库土石坝的加固设计，已经成为土石坝加固工程的重要方法，而且以往的经验数据告诉我们，防渗墙在土石坝加固中的应用成果是可喜可贺的。本文笔者结合自身多年的工作经验，阐述防渗墙的设计过程和施工应注意的几个方面，并提出有关防渗墙的施工建议，旨在为类似工程提供借鉴和参考价值。
 　　2土石坝防渗墙的设计过程
 　　2.1防渗墙的设计深度的确定
 　　土石坝防渗墙的底部用作坝基时，防渗墙底部在设计时应要求开挖截水槽，将全风化岩挖除，原则上嵌入相对不透水层（弱风化岩）0.5～1.0米左右，顶部嵌入坝体防渗体中。当土石坝防渗墙的墙体用作坝身或坝基时，其顶部与坝顶防浪墙相接或低于坝顶0.5m左右。
 　　2.2防渗墙墙体厚度的确定
 　　土石坝防渗墙厚度的确定除了应满足墙体的抗渗性、耐久性、墙体应力和变形的要求等条件外，还应考虑其土石坝所在地的地质情况及其施工的机械设备等因素。
 　　在土石坝防渗墙的厚度计算方面，国内尚未有严格的防渗墙设计规范。有关防渗墙的渗透量的计算和渗透稳定分析以及强度、变形许可范围等的计算没有规范的计算方法和理论理论依据。而在土石坝的设计方面，以往的经验都是以防渗墙破坏时的水力坡降作为参考，来确定墙体厚度（δ），其计算公式如下所示[1]：
 　　
 　　式中：——作用于防渗墙的最大水头差（m）；
 　　K——抗渗坡降安全系数，一般取3～5；
 　　——防渗墙渗透破坏坡降，取300。
 　　根据以往修建的防渗墙数据统计，防渗墙允许承受的水力坡降可达到100，当K=5时，为60，假定防渗墙承受的最大水头差与坝前水深相同。
 　　2.3防渗体插入高度的确定
 　　根据《碾压式土石坝设计规范》，防渗墙的墙顶插入坝体的高度以1/10坝高最佳，而且应保证防渗墙插入坝体的高度应不小于3m。基岩内1.5m至坝基面以上3m处可采用C10混凝土，为了使防渗墙能与坝基整体协调，距坝基3.0m以上可采用塑性混凝土修建，而墙顶部则用高塑性粘土封顶。
 　　2.4防渗墙的墙体材料确定
 　　材料的好坏很大程度决定土石坝的加固修建质量。因此，在防渗墙的墙体材料选择方面，应参考国内外己建防渗墙的经验，一般采用塑性混凝土作为墙体材料比较合适。这种材料的特点是抗渗性能好，变形模量较低，极限应变值大，适应变形能力强等[2]。
 　　3土石坝加固修建防渗墙的施工应注意的问题
 　　3.1应力集中造成墙体破坏
 　　由于防渗墙弹性模量一般比周围覆盖层地基的弹性模量高出数百倍甚至上千倍，因此可把防渗墙看成一刚性体，当地基承受上部荷载产生压缩变形时，防渗墙顶部所承受的载荷远大于上部土柱的荷载，而墙体两侧同时也承受较大摩擦力。由此造成防渗墙的在工程中的实际承载应力远远大于其设计强度，从而产生防渗墙开裂甚至破坏等后果。
 　　体。
 　　3.2工程投资较大、施工工期长
 　　随着对防渗墙的受力分析研究的不断深入，人类对防渗墙的稳定性和强度有了更进一步的了解和掌握。在工程上，为了尽可能减少防渗墙出现裂缝等不良后果，防渗墙在设计时不可避免地考虑大量的钢筋的添加，以此增加防渗墙的抗裂性能。但这设计思路造成工程造价的增加，更重要是施工工序的增加，甚至会延长施工工期[3]。
 　　4提高土石坝的加固修建防渗墙的施工质量的建议
 　　综合以往土石坝的防渗墙施工所暴露出来的质量问题，经验告诉我们，技术问题的总结需要认真考虑，前面的土石坝防渗墙的修建经验对今后类似大量的中小型工程的设计、施工都有着重要的指导或借鉴作用。以往的施工质量问题，为防渗墙的设计与施工提供技术参考，一定程度上避免发生类似的施工败笔。笔者根据多年的防渗墙的应用经验和体会，提出几点提高土石坝的加固修建防渗墙的施工质量的建议[4]：
 　　（1）采用混凝土防渗墙处理水库的坝基渗漏问题，可有效控制土石坝的整体质量，比较彻底的消除坝体或坝基的施工隐患，是一种较为积极稳妥和直观可靠的根治土石坝整体质量处理方法，值得借鉴。
 　　（2）注重防渗墙的施工过程的质量控制，这样才能有效保证防渗墙的修建质量，确保水库土石坝的安全。在施工过程，应根据坝体填筑料的质量、土石坝的设计深度、坝体高度、渗透性以及基岩的特性进行充分研究探讨，选择合适的墙体材料和最佳的施工工艺。同时在施工过程应认真考虑坝体的密实度和坝体自身的稳定性，做到从临建工程、防渗墙造孔、孔形及清孔、混凝土浇筑过程等方面进行质量的全面控制。
 　　（3）认真对待作为临时工程的临建工程，因为其在防渗墙造孔过程中起到非常重要的作用，可以说是防渗墙施工中不可缺少的一部分。
 　　（4）在施工过程，应尽量缩短各槽段的施工时间。因为防渗墙造孔过程是防渗墙施工中的事故多发环节，加上槽段的不稳定因素，只有尽量缩短各槽段的施工时间，才能保证槽段正常施工。特别指出的事，土石坝中建造防渗墙常用的施工工艺有纯抓法、钻抓法和钻劈法，应根据实际施工情况，择优选用。
 　　（5）混凝土浇筑质量好坏决定了防渗墙质量好坏的最为重要的因素。因此在混凝土浇筑过程，首先要严格按设计的防渗墙物理力学指标配制合格的混凝土；并按规定要求严格控制浇筑导管间距及导管距孔端的距离；在浇筑过程中，要控制混凝土面的高差在0.5m内，并控制混凝土浇筑强度。对防渗墙与临近建筑物的结合部，如开挖困难，止水难以施工，可考虑采取局部充填灌浆措施，保证防渗的可靠性与整体性。
 　　
 　　4结束语
 　　我国在加固修建防渗墙方面的技术尚未成熟，很多设计方面的计算不够规范，但以往的土石坝加固修建防渗墙的建造经验为今后的类似工作提供很好的技术交流参考。土石坝的加固修建防渗墙的质量问题是多方面的，例如勘测数据不足，设计不周，施工质量控制不好或管理运行欠妥等，均可造成防渗墙出现致命的质量问题。所以在土石坝的加固修建防渗墙时，应结合多方面的影响因素，根据具体的实际施工情况，分析其承载的受力问题，设计最合适的施工工艺和最佳的施工方法。