[摘要]结合观上水库地质条件，介绍了水库除险加固的设计方案，阐述了混凝土防渗墙工程布置、墙型选择、墙体厚度、墙体材料等各个参数的确定及具体的施工过程，通过加固，达到了预期效果，可为类似工程除险加固提供参考。

　　[关键词]混凝土防渗墙;除险加固;观上水库

　　1 工程概况

　　观上水库位于原平市城区西南15 km的永兴河出山口处，是一座以城镇防洪、农业灌溉、城市供水为主，兼顾养鱼、发电、旅游等综合效益的中型水库，总库容1 560 万m3，控制流域面积150 km2。水库始建于1958 年，1960 年拦洪蓄水，1976 年进行加坝改建。水库枢纽由大坝、溢洪道、灌溉洞、水电站组成。大坝为水中填土均质坝，最大坝高32.8 m，坝顶高程935.44 m，坝顶长485.3 m，宽4.0 m。建库50 多年来，坝基渗漏及渗透变形破坏严重，经部、省专家组鉴定为“三类坝”，是水利部认定急需改造的病险库之一。

　　2 水库除险加固任务

　　工程建设主要内容为大坝防渗加固、溢洪道改建、新增灌溉排砂洞、上坝交通道路工程及增设大坝观测设施。

　　大坝防渗加固工程原初步设计方案为：根据坝基渗漏和渗透变形隐患，在大坝上游坝脚处做混凝土垂直防渗墙工程;防渗墙顶至大坝坝顶沿上游坝坡铺设土工布，以增加坝体的防渗性;对下游坝坡及大坝坝顶进行加固。由于工程量大、工期长，在坝脚处空库施工做混凝土防渗墙与灌溉用水的矛盾难以协调，且地质钻探表明，1976 年所加坝体施工质量欠佳，单纯采用土工布防渗达不到全面加固坝体的目的。因此，为最大限度地体现工程防渗加固效果，结合水库实际，具体施工方案确定为：1976 年所加坝体坝顶以下2 m全部清除，碾压密实后作为混凝土防渗墙施工平面，混凝土防渗墙自此穿过坝体、坝基砂卵石覆盖层至基岩面，并深入岩面下1 m，下游坝坡及大坝坝顶进行相应加固。

　　3 混凝土防渗墙设计

　　3.1 工程布置

　　结合加固质量及施工平面布置要求，防渗墙轴线布置于坝轴线上游2.66 m处，平行于坝轴线。防渗墙顶布置于现坝顶2 m以下，墙顶高程932.94 m，墙顶长487.62 m，墙基(包括岸坡结合带)深入岩面下1 m。

　　3.2 墙型选择

　　防渗墙技术自1958 年引进我国以来，已形成了刚性墙和柔性墙两个不同系列。20 世纪80 年代以来，从降低运行过程中墙体自身实际应力出发，运用于土石坝防渗加固的混凝土防渗墙逐渐由最初的刚性墙向柔性墙发展。本次设计采用当地黏土为塑性材料的槽板式柔性混凝土防渗墙。

　　3.3 墙体厚度

　　混凝土防渗墙厚度应综合考虑墙体的抗渗性、耐久性及造孔施工机具的高效作业等因素。根据忻州市米家寨水库已建混凝土防渗墙工程经验，用主、副孔方法建造防渗墙时，墙厚0.8 m可使冲击钻机在最高效率区工作，且厚度0.8 m的墙体在中小型水库防渗加固实践中运用较广，已积累了丰富的经验。柔性墙体目前所能承受的渗透比降可达90 以上。有关资料表明，柔性墙体允许渗透比降为70。观上水库防渗墙承受最大水头50 m，墙厚0.8 m，可满足渗透稳定要求，因此确定墙厚为0.8 m。

　　3.4 墙体材料

　　防渗墙能否满足使用要求，墙体材料的合理选择及科学配比至关重要。观上水库混凝土防渗墙是从土坝坝顶穿过坝体和坝基覆盖进入基岩的。由于土坝建成已有50 余年，坝体变形基本完成，因而墙体两侧因变形差引起的摩擦力及墙顶竖向荷载很小，防渗墙所受荷载以水平荷载为主，与米家寨水库混凝土防渗墙工作条件相同。根据米家寨水库已建混凝土防渗墙在水压力和地震荷载作用下的应力反算结果可知，柔性混凝土防渗墙无论是在高水头作用还是在地震荷载作用下均不会出现高应力状态。由于其应力应变关系与其周围土层的力学性能适应较好，墙体结构应力状态有较高的安全余量。因而，该类型的防渗墙设计指标应以在静水压力作用下的渗透稳定性和耐久性为主。墙体抗压强度指标可在2～5 MPa 之间酌定。

　　混凝土防渗墙所能承担的水力坡降按70 考虑，在墙体承受水头50 m、墙厚0.8 m时，从墙体抗渗透稳定和耐久性考虑，可由梯比里斯建筑物与水能科学研究所公式估算墙体渗透系数指标如下：

　　K=acl/TBJ .

　　式中：K——防渗墙渗透系数;

　　a——使混凝土强度降低50%，淋蚀混凝土石灰所需之掺水量1.54～2.2 m3/kg;

　　c——1 m3混凝土的水泥量，根据米家寨水库已建防渗墙施工试验配比，取169 kg/m3;

　　l——渗径长度，即墙体有效厚度0.8 m;

　　B——安全系数，根据米家寨水库已建防渗墙工程经验，取8～20;

　　J——允许水力坡降，取70;

　　T——使用年限，取50年。

　　代入上式可得K=(1.3～2.4)×10-8 cm/s。根据已建米家寨水库混凝土防渗墙材料配合比试验结果表明，只要混凝土配合比适当，K≤ 3.91×10-8 cm/s 能达到要求，能够保证墙体抗渗透的稳定性和耐久性。

　　结合《混凝土防渗墙施工技术规范》，参考塑性混凝土防渗墙施工实践及有关理论研究成果，并在已建米家寨水库施工配合比试验的基础上，观上水库混凝土防渗墙主要设计施工参数如下：抗压强度5 MPa，弹性模量1 000 MPa，渗透系数3.91×10-8 cm/s，坍落度18～22 cm，扩散度34～38 cm。

　　在保证抗渗透稳定和耐久性的前提下，从就地取材、节约材料、降低成本等方面考虑，主要材料选用普硅42.5 水泥、当地崖底黏土(黏粒含量40%左右)、云中河砂及当地加工的石子。施工前进行配比试验，确定合理的材料配合比以及外加剂掺入量、水灰比、水胶比等控制参数。

　　3.5 墙体与边界的连接

　　根据混凝土防渗墙轴线地质钻探结果，覆盖层下及两岸坡基岩强风化层厚度大于10 m，从防渗堵漏角度考虑，防渗墙应深入弱风化岩石内0.5～0.8 m。但已建工程经验表明，防渗墙插入基岩深度大于1 m时，固端弯矩将会使墙体的受力状况趋于复杂，出现防渗效果不利的较大拉应力，且施工难度增大。当高水头和防渗要求较高时，一般采用在防渗墙底部增设灌浆帷幕的方法。该工程主要是除险加固，且风化层单位吸水率小于10 Lu，渗透系数虽大于防渗墙但接近于坝体土，水库渗漏带及渗变隐患主要存在于砂卵石覆盖层内，因而从消除渗变隐患、减少渗漏考虑，防渗墙深入岩面以下1 m即可满足要求。

　　3.6 造孔泥浆

　　造孔泥浆主要是固结孔壁、悬浮、携带钻渣和冷却钻具，因此，泥浆应具有良好的物理性能、流变性能、稳定性及抗污染性能。拌制泥浆的黏土的物理特性为：黏粒含量大于50%，塑性指标大于20，含砂量小于5%。

　　4 混凝土防渗墙施工

　　4.1 造孔

　　第一，孔位确定。首先根据设计移交的坐标控制点复核坐标系统，测出防渗墙轴线，然后根据防渗墙的长度、深度及地质条件划分槽段。导向槽做好后，用隔泥板将每个槽分隔开，用黏土将导向槽填满，然后测定防渗墙轴线，并在导向槽两端固定标记，测定每个孔的位置(主孔和副孔)，并用红漆标在导向槽的下游侧，以便施工定位。

　　第二，主、副孔划分。主孔为Ⅰ序孔，孔径0.8 m，孔间距2.0 m，采用冲击钻孔造孔;副孔为Ⅱ序孔，长度1.2 m，采用“一钻两劈”法劈打成槽。防渗墙分Ⅰ序槽段和Ⅱ序槽段。造孔时，选用CZ-22 型冲击钻，采用多台钻机分序、分段、同向、同时作业，每台钻机配置2 个空心钻头和1 个十字钻头。同时结合实际情况采用反循环泵清渣。

　　第三，钻孔施工。先铺设钻机道轨平台，再安装移动台车，在台车上固定冲击钻。造孔前调整钻机，使钻头垂直对准孔位，施工时先Ⅰ序孔，待相邻两个Ⅰ序槽孔浇筑完成后，再打Ⅱ序孔，同一槽孔内先打主孔，后打副孔，最后劈打小墙。槽孔完成后进行混凝土浇筑，混凝土浇筑完成12 h 后，立刻钻打接头孔。

　　第四，泥浆固壁。泥浆质量对成孔成槽非常重要，施工中应严格控制泥浆标准：密度1.1～1.2 g/cm3，黏度18～25 s，含砂量小于5%。在造孔过程中始终保持孔内泥浆面在导墙顶面下30～50 m，以防塌孔。

　　4.2 清孔换浆

　　造孔达到设计要求后，采用抽筒抽渣法和反循环泵吸法进行清孔换浆，孔底淤积厚度不大于10 cm，孔内泥浆密度不大于1.2 g/cm3，黏度不大于30 s，含砂量不大于10%。清孔换浆合格后进行混凝土浇筑。

　　4.3 混凝土浇筑

　　混凝土浇筑顺序为：配置导管、安装导管、混凝土拌制、混凝土浇筑。选配3 套直径219 mm的无缝钢管作为混凝土浇筑导管，根据已验收槽孔的孔深确定导管长度，由专人进行配置，统一编号，分段组装，以便浇筑混凝土和提升导管。在已验收的槽孔内安置3 根导管，间隔2 m。导管下端距孔底20 cm，顶部一般设置数节长度为0.3～1.0 m 的短管。导管固定在槽孔口，由冲击钻、卷扬机配合提升，导管上端安置拉料漏斗，浇筑前将隔离球放入导管内。导管连接必须密封可靠。混凝土浇筑采用集中拌制，黏土采用泥浆加入的方法，管道泵压力输送，直升导管法浇筑。

　　浇筑混凝土时，先注入少量水泥砂浆，随即浇入足量的混凝土，确保挤出隔离球，并埋住导管底部。浇筑应连续作业，导管埋入混凝土中的深度应在1~6 m之间，同一槽孔内混凝土面应均匀上升，上升速度不得小于2 m/h，同一上升面各点高差控制在0.5 m以内。在浇筑过程中，至少每隔30 min 测量一次槽孔内混凝土面的高度，绘制混凝土上升曲线图，以指导混凝土浇筑施工和导管拆卸，校对混凝土浇筑质量、检验浇筑质量。当混凝土面上升距孔口10 m左右时，因沉积泥浆含砂量大，稠度增加，混凝土浇筑压差减小，浇筑难度加大，增用6 BS 砂浆泵抽排泥浆。混凝土最终浇筑顶面应高于导槽底部混凝土面50 cm。待成墙后，人工凿除桩头，凿至设计墙顶高程。

　　4.4 接头处理

　　接头处理是防渗墙施工的关键工序，直接关系到墙体质量和防渗效果。Ⅰ序槽孔浇筑完成后12 h，立即在其两端主孔位置再钻一孔，即Ⅰ序槽和Ⅱ序槽的接头孔。Ⅱ序槽孔清孔换浆结束前，应清除接头孔壁的泥浆，方可进行混凝土的浇筑。

　　5 结语

　　在观上水库除险加固工程中，采用混凝土防渗墙对其坝体和坝基处理后，取得了很好的效果。目前，观上水库已蓄水5 年，运行情况良好。