水库大坝防渗加固设计分析

摘要:文章结合某水库大坝存在的渗漏严重的病险隐患,通过对该工程特点的分析,通过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,并对墙体材料和分区以及防渗墙的观测进行了详细的设计,达到了加固目的,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;防渗墙;加固设计;墙体设计;观测设计

中图分类号:TV214文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)24-0105-02

一、工程简介

水库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～桩号4+5700。坝基防渗墙800m,防渗墙总长4570m。本次大坝坝基截渗设计分为两期:

第一期截渗范围为防渗墙桩号0+000～0+800,坝基防渗墙长800m,防渗墙北部与主坝心墙连接,连接点位于主坝桩号0+621.5;防渗墙南部与第二期坝基截渗墙相连接,连接点位于防渗墙桩号0+800。

第二期截渗范围为防渗墙桩号0+800～4+570,防渗墙长3770m。第二期大坝坝基截渗分三段。第一段防渗墙桩号0+800～2+620;第二段防渗墙桩号2+620～3+154段,该段又分为二段,即第一分段桩号2+620～2+732和第二分段防渗墙桩号2+732～3+154;第三段为防渗墙桩号3+154～4+570。

混凝土防渗墙的主要作用是对坝基卵砾石层截渗,同时还兼顾坝体的防渗,故防渗墙应放在副坝上游。第一期防渗墙距坝轴线18.55m处,防渗墙顶高程78.0m,墙顶设高1m的高塑性粘土区,墙厚0.4m,最大墙身高度为31.45m,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顶高程以上2m;第二期防渗墙轴线位于副坝上游坡,距上游坝肩13m,墙顶高程75.0～79.0m,墙顶设高lm的高塑性粘土区,墙厚0.4m或0.6m,最大墙身高度为49.50m,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顶高程以上2m。施工平台导墙顶高程79.5m。

二、混凝土防渗墙设计

(一)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。

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9.5m,则墙厚15.8cm。

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。

3.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,由此推出混凝土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30～50m,则防渗墙最深处其单侧偏离轴线最大允许值为15～25cm。满足搭接厚度的要求所需的墙厚为30.8～40.8cm。

4.厚度确定。通过以上计算和分析,结合已建工程经验,初步选用的混凝土防渗墙厚见表1:

(二)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800m的混凝土防渗墙,其轴线位于坝顶上游坡78.0m高程处。墙厚40cm,墙底插入强风化基岩深1.0m,墙顶高程78.0m。基岩至坝基卵砾石层顶部以上2.0m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,坝基卵砾石层顶部2.0m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31.57m。

2.防渗墙号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1932m的混凝土防渗墙,其轴线位于坝顶上游坡79.0m高程处。墙厚分别为60、40cm,墙顶高程79.0m.墙底插入强风化基岩深1.0m,如遇全风化层厚超过2m,入岩以全风化层计算不少于2m,如遇弱风化层,入岩以弱风化层计算不少于0.8m。基岩至坝基卵砾石层顶部以上2.0m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,坝基卵砾石层顶部2.0m以上防渗培为I型塑性混凝土,以充分适应心墙变形。防渗墙最大深度34.55m。

3.防渗墙号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1838m的混凝土防渗墙。该段防渗墙中,桩号2+800～3+800墙厚60cm,其他段墙厚40cm,防渗墙材料为II型塑性混凝土,插入强风化基岩深1.0m,如遇全风化层厚超过2m,入岩以全风化层计算不少于2m,如遇到弱风化层,入岩以弱风化层计算不少于0.8m。防渗墙最大深度49.5m,墙顶高程79.0m,墙顶设0.2m的粘土保护。

(三)墙体材料

混凝土防渗墙采用的水泥标号不低于425号。

C10混凝土各项指标应能达到:抗压强度:fc28=5MPa;抗拉强度:ft28=0.65MPa;弹性模量:E28=1.5×104MPa;渗透系数:k≤2×10-8～1×10-9cm/s。

I型C5塑性混凝土各项指标应能达到:抗压强度:fc28=2MPa;抗拉强度:ft28=0.35MPa;弹性模量:E28=400～1000MPa;渗透系数:k≤1×10-7。

掺粉煤灰的II型C5塑性混凝土各项指标应能达到:抗压强度:fc28=2MPa;抗拉强度:ft28=0.35MPa;弹性模量:E28=400～1000MPa;渗透系数:k≤1×10-7cm/s。

其中,掺加粘土的粘粒含量不小于48%,塑性指数不小于29。膨润土塑性指数在29.8左右,粘粒含量在62.5%左右。

三、防渗墙附属设计

(一)顶部塑性粘土区设计

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lm厚高塑性粘土,底宽3.2m,顶部至护坡反滤层。

高塑性粘土应满足以下要求:

渗透系数不大于1×10-7cm/s;

压实度不小于0.97;

干容重不小于16.5kN/m3;

含水量:最优含水量+2%范围内。

(二)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。

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运行效果。

四、结语

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,经多方案比较,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。对墙体材料和分区进行了详细设计,提出了C10混凝土、I型塑性混凝土和掺粉煤灰的II型C5塑性混凝土以及墙顶塑性粘土的控制指标,对防渗墙的观测进行了设计,提出了坝体测点布置和监控方案。

参考文献

[1]程福安.溪洛渡水电站围堰塑性混凝土防渗墙施工[J].水电站设计,2009,(1).

[2]张伟,任旭光.白莲河电站塑性混凝土防渗墙施工技术[J].人民长江,2009,(6).

[3]晏继杰.白莲河抽水蓄能电站塑性混凝土防渗墙施工[J].人民长江,2009,(6).

[4]盖益民,尹健梅,严磊,崔静贤,刘大鹏.沙湾水电站一期围堰防渗墙施工技术[J].中国农村水利水电,2008,(4).

[5]李家正,严建军,杨华全.塑性混凝土在三峡工程中的应用研究[J].水力发电学报,2009,(1).

[6]李江海.横泉水库塑性混凝土防渗墙三维有限元计算分析[J].科学之友(B版),2009,(2).