1、混凝土防渗墙在花椒水库除险加固工程中的应用殷商民云南省宣威市水利水电勘察设计研究所，655400 【摘要】宣威市花椒水库除险加固工程根据工程水文地质和坝体条件，采用低弹模混凝土防渗墙。依据设计技术指标通过配合比试验确定粘土、粉煤灰的参入量，使其满足弹性模量在 30004000MPa，且渗透系数小于 1.010-7cms 的技术要求，经过现场原型取样达到预期设计要求。【关键词】防渗墙，花椒水库宣威市花椒水库位于珠江流域北盘江一级支流花椒河上，距宣威市中心 3km，控制径流面积 16.2km2,总库容 365 万 m3,为小（一）型水库。花椒水库是一座以城市防洪为主，兼有灌溉，供水等功能的小型水利
2、枢纽，水库枢纽工程包括：拦河坝、溢洪道、输水涵洞等。花椒水库拦河坝为均质土坝，建于 20 世纪 50 年代，最大坝高 23.68m，坝顶高程2041.0m，坝顶宽 6.0m，上游坡比 1：3.0（20412031 之间）至 1：3.5(2031 2016 之间)，下游坡比 1:2.5(20412032 之间)至 1：3.0(2032 2017.32 之间)。坝基为冲积层，坝肩基岩为全至强风化，透水率较大，坝基、坝肩的防渗处理措施不力，形成渗漏带。坝体渗漏系数偏大，未设排水体，下游坝坡湿润区达 2000m2,坝脚渗漏量 20L/S。右坝肩接触带渗漏，浸湿面积 150m2,渗水量 10L/S;左坝
3、肩坡面沼泽化，渗水量 14.46L/S。坝基出逸比降大于允许比降，存在渗透变形隐患，渗流性态异常。大坝碾压质量差，经复核，正常运用工况下游坝坡最小坑滑稳定安全系数为 0.954，低于规范要求。坝址区地震基本烈度为度，地震工况下游坝坡最小抗滑稳定安全系数为 0.829,低于规范要求。安全鉴定确定该大坝为三类坝，必须进行除险加固。根据以上安全问题，经多方案比较，大坝防渗加固采用防渗墙结合帷幕灌浆形式。防渗墙布置在坝顶轴线上游 0.5m 处，厚 40cm,底部伸入强弱风化层，以下采用帷幕灌浆，帷幕灌浆底界为 q10LU 线以下 5m,帷幕灌浆与防渗墙搭接 1.5m。防渗墙最大深度为28m。经渗透稳定
4、及坝体稳定分析当防渗透系数 k1.010-7cm/s，允许渗透坡降 J80 时，只需要完善下游排水体，即可保证渗流及坝体稳定，大坝除险加固的造价最低。因此，如何做好防渗处理成为花椒水库除险加固工程成败的关建。1 防渗墙用料配比混凝土防渗墙是在松散透水地基或土石坝坝体连续造孔槽，以泥浆固壁，在泥浆下浇筑混凝土而建成的地下连续墙，是保证地基稳定和大坝安全的工程措施。由于防渗墙具要施工简便、速度快，防渗效果好等优点，已成为水利水电工程覆盖层防渗处理的常选方案。防渗墙混凝土根据组成材料的不同可分为普通混凝土、粘土混凝土、粉煤灰混凝土及塑性混凝土。普通混凝土是指抗压强度在 7.5MPa 以上，胶凝材料除
5、水泥外不掺加其它混合材料的高流动性泥浆下浇筑的混凝土；粘土混凝土是指粘土的掺加率一般为水泥和粘土总量的 12%20%的混凝土，粘土混凝土的 28d 抗压强度一般低于 10MPa，其 28d 抗压强度为 10MPa 的粘土混凝土的弹性模量为 1100014000MPa，比相同标号的普通混凝土的弹性模量约低 32%38%，其抗渗性能比不掺粘土者差；粉煤灰混凝土是在普通混凝土中掺入粉煤灰以替代部分水泥及砂，且掺入粉煤灰的重量大于水泥重量 10%以上的混凝土，掺加粉煤灰的混凝土早期强度较低,后期强度增长较好,特别是粉煤灰质量越好,后期强度增长越高，粉煤灰对混凝土弹性模量的影响较小,掺入粉煤灰有利于提高
6、混凝土的抗渗性能。粘土灰混凝土配比设计技术指标为：抗压强度：R28=4.0MPa，p=8%；相对渗透系数：K281.010 -6cm/s静力受压弹性模量：E284000MPa坍落度：1822cm，扩散度 3440cm初凝时间6h，终凝时间24h原材料情况水泥：采用 32.5MPa 普通硅酸盐水泥，R28=40.7MPa，表观密度 2970kg/m3;砂：当地机制砂，细度模数 3.4，表观密度 2740kg/m3;石子：二级配机制碎石，表观密度 2670kg/m3;粉煤灰：采用级粉煤灰，表观密度 2870 kg/m3;粘土：塑性指数 41.0，粘粒含量 65.5%外加剂：QX-A（昆产缓凝高效减
7、水剂），QA9（引气剂）配合比设计据式 Rg=1.25Rd/(1-tCv); w/c=1/(Rm/Arc)+B及其抗渗性能，得其水灰比应为0.550.65 范围，选择三种水灰比（0.55、0.60、0.65）和三种砂率（41%、42% 、43%）分别计算其理论配合比。确定配合比试验方案。考虑到防渗墙混凝土性能的主要影响因素是水灰比、掺土率及掺灰率，故对这三个因素各安排三个水平，进行正交试验，拟定初步配合比。试拌调整后的混凝土配合比。按理论计算配合比和上述试验方案进行混凝土试拌工作，在维持水胶比、掺土率及掺灰率不变的情况下，对砂率和外加剂掺量进行适当调整，以便拌制的混凝土满足和易性和含气量的要求
8、。经多次调整及试验得出粘土粉煤灰混凝土配合比成果如下：粘土粉煤灰砼配合比试验成果表试验编号 HJG1 HJG2 HJG3粘土掺量 % 35 35 35粉煤灰掺量 % 25 25 25水胶比 W/C 0.55 0.6 0.65单位用水量 Kg/m3 260 280 250水泥 +粘土+粉煤灰 Kg/m3 473 467 385水泥 Kg/m3 189.1 186.7 153.9粘土 Kg/m3 165.6 163.5 134.8单位胶凝材料用量 粉煤灰 Kg/m3 118.3 116.8 96.3砂 Kg/m3 634 644 740石 Kg/m3 913 889 905QX-A % 0.6 0
9、.6 0.6外加剂掺量 DH9 % 0.01 0.01 0.01砂率 % 41.0 42.0 45.0配合比重量比 （水泥+ 粘土+ 粉煤灰）：砂：石 % 1：1.34:1.93 1： 1.38:1.70 1:1.92:2.35坍落度 cm 19.5 19.5 20.0扩散度 cm 42.5 42.0 43.0初凝 h:min 16:05 16:27 15:46凝结时间终凝 h:min 21:50 22:30 21:207d MPa 2.3 1.9 1.7抗压强度28d MPa 4.5 3.9 3相对渗透系数 Cm/s 5.12310-8 轴压强度 MPa 3.2 2.5 2.1静力受压弹性模
10、量 弹模 MPa 2033.6 1811.4 1555.7龄期系数 R7/R28 0.511 0.487 0.567经比较配合比选定 HJG2。2 粘土粉煤灰混凝土防渗墙效果评价机口取样成果。经花椒水库大坝防渗墙全部 40 组机口取样试验件统计，28d 平均抗压强度、平均弹性模量及相对渗透系数如下：R28=4.1MPa , E28=3414.9MPa, K28=2.2510-8cm/s，均满足设计要求，取得了良好的防渗效果，并有效地降低了弹性模量。现场检测成果。经 60d 现场开挖取样检测，共取样 5 组，其 60d 平均抗压强度、平均弹性模量及相对渗透系数如下：R60=5.35MPa , E
11、60=3850.7MPa, K60=2.0110-8cm/s，均满足设计要求，防渗效果良好，并有效地降低了弹性模量。表明花椒水库大坝防渗墙混凝土配合比（HJG2），粘土掺入率为 35%，粉煤灰掺入率为 25%，有效地结合了粘土混凝土低弹模，粉煤灰混凝土良好抗渗性的优点，是一次较好且成功的工程应用。3 结语（1）为提高混凝土防渗墙的安全性，一方面要适当降低混凝土的弹性模量（或变形模量），另一方面应适当提高混凝土的强度，即降低弹性模量和抗压强度的比值（模强比）。但在满足混凝土模强比的前提下，应尽量提高混凝土的强度，以满足耐久性的要求。（2）本工程混凝土防渗墙的弹性模量要求4000MPa，相对应的抗
12、压强度为 4.0 MPa。通过混凝土配合比试验，达到或优于上述要求。（3）塑性混凝土防渗墙指弹性模量在 1000MPa 以下的墙体，本工程混凝土防渗墙的弹性模量大于 1000MPa，介于塑性和刚性之间，为低弹模混凝土防渗墙。低弹模混凝土防渗墙不仅具有适应土坝变形的能力，还具有较高的强度、抗渗能力，同时还具有较强的抗溶蚀性和耐久性，具有较好的应用前景。（4）本工程的混凝土防渗墙粘土掺入率为 35%，粉煤灰掺入率为 25%，有效地结合了粘土混凝土低弹模，粉煤灰混凝土良好抗渗性的优点，是一次成功应用。参考文献1 高钟璞大坝基础混凝土防渗墙中国电力出版社 2000.1 ISBN 7-5083-0216-82 白永年中国堤坝防渗加固新技术中国水利水电出版社 2001.9 ISBN 7-5084-0624-9
