下载文档原格式
病险水库大坝防渗加固砼防渗墙设计要点刘芸华1 ,史小平2(1. 江西省水利规划设计院,江西南昌330029 ;2. 江西省水利厅,江西南昌330009)摘要: 针对江西省病险水库大坝防渗加固中采用砼防渗墙的情况,介绍了砼防渗墙发展概况和砼防渗墙设计要点,并提出了有关设计思路和建议.关键词: 病险水库;防渗处理;砼防渗墙;设计砼垂直防渗墙可以适应各种不同材料的坝体和复杂的水文地质条件与工程地质条件的地基,施工进度快,防渗效果好,环境影响小,运行过程中便于监测等优点。
2000 年后江西省大中型病险水库除险加固工程中使用砼垂直防渗墙处理大坝坝体、坝基渗透稳定和控制渗流量,现已成为江西省大中型病险水库除险加固工程大坝坝体、坝基渗流控制的主要措施。
目前国家只颁布了《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》(SL 174- 96) ,尚未颁布砼防渗墙设计规范。
为进一步提高江西省病险水库大坝砼防渗墙设计质量,根据砼防渗墙技术的发展现状,结合江西省的实际情况,介绍砼防渗墙(指机械造(挖) 槽,泥浆护壁、砼浇筑) 设计要点。
1 砼防渗墙概况砼防渗墙最早于1950 年在意大利圣玛丽亚(AntaMaria) 大坝下砂卵石地基中用冲击式钻进法建造了深40 m 的防渗墙,随后各国相继引进推广。
我国于1958年首先在山东省月子口(现名崂山) 水库工程中建成砼防渗墙后,相继在密云白河主坝、毛家村坝、葛洲坝围堰、三峡围堰、小浪底等工程使用,已建最深的是81. 9m 的小浪底主坝砼防渗墙,还建成了世界上防渗面积最大(近30 万m2 ) 的河北黄壁庄水库副坝砼防渗墙,深达140 m 的四川冶勒水电站防渗墙正在施工。
我省于1975 年在柘林水库大坝除险加固时在心墙中用冲击式钻进法修建了深61. 2 m 砼防渗墙,目前我省在大中型病险水库除险加固工程大坝坝体、坝基防渗处理中已大量采用砼防渗墙,批复兴建的砼防渗墙有军民、滨田、店下、五渡港等几十座水库。
水库大坝工程混凝土防渗墙设计要点发布时间：2021-04-15T14:09:45.313Z 来源：《建筑科技》2021年1月下作者：张双红[导读] 本文分析了混凝土使用泥浆固壁，向孔内灌注混凝土形成防渗墙的特点和不同类型的混凝土防渗墙技术应用方法，最后对如何做好防渗墙的设计展开研究。
以帮助设计人员把握混凝土防渗墙的设计要求，制定出更为科学合理的混凝土防渗墙设计方案。
云南昆明皓川工程勘察设计有限公司张双红 650051摘要：本文分析了混凝土使用泥浆固壁，向孔内灌注混凝土形成防渗墙的特点和不同类型的混凝土防渗墙技术应用方法，最后对如何做好防渗墙的设计展开研究。
以帮助设计人员把握混凝土防渗墙的设计要求，制定出更为科学合理的混凝土防渗墙设计方案。
关键词：水库大坝；混凝土防渗墙；设计引言：水库大坝工程建设中，经常使用混凝土防渗墙来进行防渗工作，提升水库大坝的防渗能力并且保证大坝的安全。
由于混凝土防渗墙作用的发挥和很多因素相关，所以在设计的过程中需要掌握对防渗墙设计的要求，使用合理的方法，强化对防渗墙的设计，满足大坝的需求。
1混凝土防渗墙概述1.1混凝土防渗墙的定义混凝土防渗墙是对水库水坝坝体的延伸，通过在透水地基中连续造孔，灌入混凝土，最后就形成了墙式建筑物。
该方法在松散的透水地基中使用广泛，是一种重要的垂直防渗处理措施，施工中一般采用分段建造的方法，使用圆孔或者槽孔，浇筑之后会构成一个墙段，连接多段墙形成连续墙[1]。
不同的墙段之间一般使用防渗体进行连接，对于两端和岸边进行防渗设计时，会使用专门的防渗设施，对于混凝土防渗墙的底部，需要嵌入基岩或者相对不透水的地层当中，确保渗入的深度，从而有效降低地基中存在的渗透水流的同时，也能保证地基渗透的稳定性和闸坝的安全性，使水库的效果可以被充分地发挥出来。
由于防渗墙深夹在覆盖层当中，所以在坝基的支撑下，只要保证坝体和坝基的稳定，就能够避免防渗墙出现整体破坏。
但是如果设计存在问题，导致防渗墙强度不足，并不能承受土压力和水压力的同时作用，防渗墙就会出现开裂的问题，会严重影响防渗墙的防渗效果。
水库大坝除险加固的设计要点我国境内虽然河流众多，但是在水资源的利用上存在着明显的季节和地域差异性。
所以，我国兴建了很多不同规模的水库大坝，以满足不同时间、不同地区人们的生活用水、农业灌溉、水力发电等需求。
但是随着使用年限的增加，很多大坝都出现了一些安全隐患，妨碍了水库大坝发挥它的功能。
因此，采取合理的措施，加强水库大坝除险加固设计，解决病险水库和河道的防洪安全问题刻不容缓。
1 水库大坝工程存在的主要病险问题1.1 水库大坝渗漏现象比较严重渗漏主要表现为水库大坝存在渗漏、管涌、散浸、流土，甚至是坝脚呈现沼泽化；浆砌石坝下游坝面及坝内的廊道漏水等现象。
出现渗漏的主要原因有以下几个方面：1）水库大坝的土质防渗体渗透性没有满足规范要求；2）水库大坝的坝基、坝肩清理不彻底；3）水库大坝的下游没有设排水棱体或者是已经失效了；4）水库大坝的坝下涵管管壁与坝体接触的部位发生了冲刷，存在接触冲刷问题；5）浆砌石坝砌体不密实，上游防渗面板混凝土产生裂缝，遭到破坏等等。
1.2 抗震标准不够抗震标准不够主要表现为水库大坝的抗震安全性较低，安全系数没有满足规范要求。
如果遇到地震等情况，坝体就会出现裂缝、沉陷、变形和滑塌等现象。
出现这些现象的主要原因有：1）水库大坝中的细砂或黏性土有可能液化了，降低了坝坡抗滑稳定性；2）建设水库大坝时，没有考虑到地震设防安全措施，或是地震设防标准低，没有满足现行规范要求。
1.3 结构稳定性不满足要求水库大坝结构的稳定性不满足要求主要表现为溢流坝闸墩结构产生裂缝、变形，下游的冲刷破坏较严重，涵管出现漏水、裂缝甚至断裂等现象。
产生这些现象的主要原因有：1）溢流坝闸墩结构单薄，混凝土的强度又低；2）输水隧洞衬砌结构施工质量差，强度低或设计不完善；3）涵管基础差，易产生不均匀变形等。
1.4 设备老化，锈蚀严重容易老化的设备主要有闸门，启闭机等，表现为闸门高度不满足挡水要求，引起变形，启闭机不能正常启闭。
水库除险加固工程大坝混凝土防渗墙施工技术摘要：本文主要针对水库除险加固工程大坝混凝土防渗墙的施工技术展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对防渗墙的施工以及质量控制两方面作了详细的阐述和系统的分析，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。
关键词：水库大坝；混凝土；防渗墙；施工技术0 引言大坝混凝土防渗墙为隐蔽工程，施工质量要求比较严格。
而所谓的防渗墙，是一种修建在松散透水层或土石坝中起防渗作用的地连续墙，在国内外有着广泛的应用。
我们需要重视对防渗墙的施工，通过保障防渗墙的施工质量，从而为水库大坝安全稳定地运行带来帮助。
1 概况某水库通过多年运行后，大坝产生了部分下陷，致使钢筋混凝土板开裂。
1998年在水位为207.3m时，泄漏达120L/s。
尽管进行了多次修复，主坝体仍是中度透水，造成堤坝的渗泄漏过大，排水廊道渗水量20L/s。
为了解决漏水的问题，主坝的除险加固工程设计使用了混凝土墙。
防渗墙的施工最大垂直高度是43.03m，两个序列，每个序列槽段长度6.6m，宽度0.6m，在上面一共有25个插槽段抬高防渗墙212.0m，坝顶的轴线长为168m，坝顶宽6m，防渗墙主要技术指标见表1。
表1 防渗主要技术指标2 施工顺序该工程防渗墙施工顺序为：老混凝土坝拆除，开挖导槽，导墙放置，安装导轨，进行机械设备安装，配置泥浆入插槽，冲击钻成槽，清孔换浆和槽孔验收，帷幕灌浆预埋管安装钢筋笼，混凝土浇筑成管道。
3 防渗墙施工3.1 建设布局墙施工安排在某水库的主坝坝顶钻井操作平台，泥浆池安排在上游▽200.0平台，其它的设施具体在现场进行位置安排。
3.2 混凝土防渗墙钻孔3.2.1 槽段划分为了减少接缝数量，需要增加槽段长度。
（表1为防渗主要技术指标）28天抗压强度≥15.9MPa，弹性模量指数≥2.2万MPa，抗渗性能等级≥W6，渗透系数指数≤4.19×10-9cm/s。
图纸施工顺序为坝顶公路混凝土拆除，土方坝顶施工，平台导墙建设和构建交通，水，电，泥钻机高端系统如中间部分冲击钻洞岩，擦洗混凝土槽连接器插槽，插槽验收，清孔换浆，预埋管制下设浇筑的导管和预埋浇筑混凝土拌和，输送槽二期结束。
水库大坝中混凝土加固技术与防渗墙设计水库大坝是重要的水利工程设施，为确保其安全可靠运行，常常需要进行混凝土加固和防渗墙设计。
本文将详细介绍水库大坝混凝土加固技术和防渗墙设计。
一、水库大坝混凝土加固技术水库大坝混凝土加固技术是指对已经建成的大坝进行补强，以提高其抗震性能和承载力。
1.混凝土强化混凝土强化主要是通过添加纤维材料和高性能混凝土等方式来改善混凝土的抗拉、抗弯和抗冲刷性能。
纤维材料可以增加混凝土的韧性和耐久性，提高其抗震和抗冲刷能力。
高性能混凝土则具有更高的抗压强度和抗渗透性能，可以提高混凝土的整体承载力。
2.预应力加固预应力加固是通过在混凝土中施加预应力力，以提高其抗弯和抗剪能力。
预应力可以采用预应力钢筋、压气法或旋风发电机等方式施加，通过人工或设备来产生应力。
预应力加固能够显著提高大坝的抗震性能和整体稳定性。
3.重力坝变钢筋混凝土圆拱坝加固重力坝变钢筋混凝土圆拱坝加固是一种将重力坝通过加装钢筋混凝土圆拱来提高其强度和稳定性的方法。
这种加固方式可以有效地提高大坝的抗震性能和整体承载力。
水库大坝防渗墙设计是为了防止水库大坝中的水渗漏和泄露，在施工中采取一系列措施来确保大坝的水密性。
1.防渗材料选择防渗材料选择是防渗墙设计的关键。
常用的防渗材料包括土工合成材料、水泥砂浆、高聚物、胶体土和粘土等。
不同材料具有不同的特性和适用范围，需要根据具体情况进行选择。
2.防渗墙类型防渗墙一般可以分为土工合成材料型、粘土层型、混凝土型和土工膜型等几种类型。
不同类型的防渗墙具有不同的优缺点，需要根据具体情况进行选择。
3.防渗墙施工防渗墙施工包括挖土、铺设防渗层材料、回填土壤和加固等步骤。
施工时需要注意保护防渗层材料的完整性和密实性，确保防渗墙的效果。
4.防渗墙监测和维护防渗墙的监测和维护是确保大坝水密性的重要环节。
通过定期检查防渗墙的状态，及时修补和更换受损部分，以保证大坝的安全可靠运行。
以上是关于水库大坝中混凝土加固技术和防渗墙设计的简要介绍。
病险水库大坝防渗加固设计分析摘要：随着运行时间的增加，水库大坝暴露出来的安全隐患也日益明显。
文章结合某水库大坝存在严重的渗漏病险隐患，通过对该水库大坝渗漏的原因进行分析，采用入岩式混凝土防渗墙方案进行防渗加固，并对加固工程布置、混凝土防渗墙墙体厚度的确定及墙体设计进行了详细分析，以达到防渗加固的目的，对类似水库大坝防渗加固有重要的借鉴作用。
关键词：病险水库；大坝渗流；原因；混凝土防渗墙；设计随着水库运行时间的增加，有些水库工程存在较严重的质量问题，成为了带病运行的水库。
病险水库最主要的病征是渗漏问题，渗漏的存在不仅造成水库不能正常运行及无法充分发挥其效益，而且严重威胁到下游人民生命财产的安全，因此，必须及时进行防渗加固设计。
在病险水库大坝防渗加固设计中，应根据渗漏的病因情况及水库地质条件采取不同的防渗加固方法，这样才能使水库结构得到了加强，水库安全运行才有了保障。
某水库主坝全长938m，最大坝高21.7m，是一座以防洪灌溉为主，结合发电养殖等综合利用的中型水库。
对水库大坝进行了安全鉴定，安全鉴定发现主坝桩号0+400-0+440段，坝后坡脚存在渗透变形问题，已发生管涌破坏。
在主坝桩号0+440附近，存在隐伏断层，该断层贯通水库上下游，形成渗漏水通道，并产生渗透变形破坏，建议进行防渗加固处理。
1大坝渗流成因分析1.1坝基岩土分布及特征本区地貌单元主要为侵蚀～剥蚀地貌及河流冲积～沉积地貌，人工地貌等，地形上总体走势为北高南低之势。
主坝坝基第四系沉积层主要分布在主河槽段，岩性为含砾中粗砂，左岸阶地上残存壤土，基岩岩性主要为白垩系砂砾岩和泥岩分述如下：①层中粗砂（q4al）：为第四系全新统冲积堆积层，黄褐色，饱和，松散-稍密，砂质较纯。
在坝轴线齿槽处清基至基岩，在上游149.50m戗台处，分布范围0+265-0+431，厚度2.40～3.10m，层底高程131.35～133.21m，渗透系数5.2×10-2cm/s。
水利大坝工程混凝土防渗加固措施研究摘要：水利大坝工程与我国长久的经济发展有着密切的联系，每项水利工程的施工周期都较长，需要耗费的物力资源、人力资源都较大，前期的设计与技术要保证施工的质量，能够有效地开展管理工作。
施工质量对于一项工程的重要程度举足轻重。
其中，混凝土在水利大坝工程当中的地位不言而喻。
如若混凝土会影响后期大坝的正常使用，所引起的后果将是不堪设想的。
所以，对于每一个涉及质量的环节都需要严密地控制监管，确保混凝土的施工质量达到既定的标准。
水利大坝建设的每一步，都关乎未来的水利建设发展。
小到施工时间的缩短，施工质量得以提升，总结了更多有用的施工经验；大到对于水利大坝工程长远的技术提升到新的阶段，为国民经济的发展提供了应有的保障。
关键词：水利大坝；混凝土；防渗加固引言混凝土防渗墙是在坝轴线上开挖成槽，然后浇筑混凝土，等混凝土凝结后形成稳定的防渗连续墙。
除了发挥防渗作用外，混凝土墙体也能提高水库大坝的结构稳定性，因此对保障水库工程的运行安全也有积极帮助。
在应用混凝土防渗墙时，需要熟悉其施工流程，并重点对先导孔施工、槽段施工、混凝土浇筑作业等环节开展质量控制，才能保证水库防渗加固效果达到预期。
1水利大坝混凝土防渗墙概述防渗墙的建设需要遵循分段规律在容易渗透的水利工程建筑物中进行墙体建造，一段段的墙体最终连接成为一个长度围绕整个水利大坝工程的固体墙。
墙体的顶部又与大坝的闸坝相互关联，将墙体的根部防放置到不易渗漏的大坝深处，以减少大坝渗漏的可能性。
照目前出现的防渗墙体可以归纳出，防渗固体墙主要有几种类型分别是：原桩柱型、槽孔墙板型、圆孔以及双反弧形混合桩型、槽形孔和双反弧形孔混合桩型。
前两种墙体的类型由于对墙体之间的连接厚度有较高的要求因此其的防渗漏效果比后两种固体墙的效果稍差。
而后两种墙体在实际的水利大坝工程建设工程中常常相互辅助，混合运用增强防渗漏性能。
2水利大坝工程的问题2.1施工材料问题。
水利大坝工程的施工量较大，所包括的施工材料也更纷繁复杂。
水库大坝混凝土防渗墙施工要点摘要：文章结合水库大坝工程混凝土防渗墙施工技术要点及质量控制措施进行了简要的分析，以供类似工程借鉴、参考。
关键词：水库大坝、防渗墙、混凝土施工一、工程简介该水库是一座以灌溉、防洪为主，结合供水、发电综合利用的大型水利工程。
坝顶高程为174.50m，最大坝高为57.5m，坝顶宽7.0m，坝顶长300m。
为实现正常蓄水位，本次除险加固的主要任务是在粘土坝中间浇筑宽0.8m长300m的混凝土防渗墙，单孔最大深度为60m，总共完成成墙面积11634.58m2。
施工过程中对墙深小于20m的防渗墙及大坝左右两岸地基进行帷幕灌浆处理，沿防渗墙轴线单排布置，左端桩号坝0-005.5～坝0+22.5，长28m；右端桩号坝0+256～坝0+298，长42m。
二、水库大坝混凝土防渗墙施工技术混凝土防渗墙是在地面上进行造孔施工，在地基中以泥浆固壁开凿成槽形孔或联锁桩柱孔，回填防渗材料筑成具有防渗性能的地下连续墙。
防渗墙施工流程主要由临建工程、防渗墙钻孔成槽、浇筑混凝土及拆除头墙构成。
2.1防渗墙施工临建工程临建工程包括导向槽、施工平台、制浆站、泥浆沉淀池、浆水管路铺设、混凝土拌和站和风、水、电路布设等，其施工方案的科学性、合理性和可靠性，直接关系到防渗墙施工的质量、进度和成本。
导向槽、施工平台在施工中起到墙体定位，稳定孔口土体，稳定和移位钻机，避免塌孔、缩孔等重要作用。
由于该水库坝体填筑密实度差，存在渗漏现象，这对保证导向槽在施工过程中的稳定提出了较高的要求。
常用的导向槽断面形式主要有：矩型、梯型、“L”型。
施工机械设备重达几十吨，使导向槽底部的土体承受较大压力；孔口附近槽壁所受的泥浆压力较小，孔口土体稳定性差；造孔过程中产生的震动，加之槽孔壁土体受泥浆的长期浸泡，易产生滑动。
为减小导向槽底部土体承受的压力强，避免槽孔壁土体的滑动，保证导向槽的稳定，本工程在进行导向槽设计过程采用矩型断面，导向槽的深度1.2～1.5m，宽度0.8m，用Φ18@200配筋，坝面用30cm碎石填筑，下游面浇筑30cm厚混凝土施工平台，保证工作面施工干净，坝体不被泥浆渗漏浸泡。
工程技术五一水库除险加固工程混凝土防渗墙施工技术瞿庆英梁柳波(浙江省丽水市莲都区大港头水利服务中心站，浙江丽水323000)?睛要】五一水库除险加固工程大坝采用低弹模砼防渗墙。
根据丽水独特的地质条件，结合大型水库犬坝防渗墙施工方法，从中取更合适．f于小型水库防渗墙施工的方案。
主要介绍了施工准备、砼浇筑等方面进行详细的介绍。
|Ij|滞斌长薅、蝌幽jill；料m西；1t k‰j．hm。
j j。
b；}㈠l。
¨_一～。
，_∥∥}-_1_n|。
-t√j bj_矗j皤j㈠1L j㈠}27t4h t‰i‰?i■lⅧb；j l am|，L?。
!j l!，i、hj j…一|‘?o i_。
I}，n}t j|j“7．}。
j h，?l。
j??‰!j，％?1工程概况I3：上游坝壳土体，性质同l，o五一水库(又名。
五里亭水库。
)位于丽水市莲都区白云街道五星l。
：下游坝壳钻孔在高程86．55m以上为块石、碎石堆石层，块亭村附近，瓯江水系大溪支流五一溪上，距离丽水市中心城区约3km，石直径—般10—20cm，高程8655—85m为坝体粉质粘土。
水库坝址集水面积2．1km2(从丽阳坑引水面积62km2)。
因年久失修，32砂繇石层水库被浙江省水利厅列入2005年-T-黼T程，进行除险加固。
水库分布于填土与基岩问，厚度05—15m，砾石直径3—5cmo原正常蓄水位为1065m，相应库容116万m3，加固扩建后的五一水33基岩库除险加固后总库容为258万m3，正常蓄水位为113．0m，相应库容白垩系下统朝川组(K1c1(2))紫红色晶屑熔结凝灰岩，新鲜岩202万m3，工程等别为I V等，水库规模为小(1)型。
主要建筑物拦河石块状、中等坚硬，性脆易碎。
大坝、泄洪洞、发电引水洞，大坝设计洪水标准为50年一遇，相应洪4低弹模混凝土防渗墙施工水位为115．41m，校核洪水标准为500年一遇，相应洪水位为4．1旄工方法11586r n。
病险水库大坝防渗加固砼防渗墙设计要点刘芸华1 ,史小平2(1. 江西省水利规划设计院,江西南昌330029 ;2. 江西省水利厅,江西南昌330009)摘要: 针对江西省病险水库大坝防渗加固中采用砼防渗墙的情况,介绍了砼防渗墙发展概况和砼防渗墙设计要点,并提出了有关设计思路和建议.关键词: 病险水库;防渗处理;砼防渗墙;设计砼垂直防渗墙可以适应各种不同材料的坝体和复杂的水文地质条件与工程地质条件的地基,施工进度快,防渗效果好,环境影响小,运行过程中便于监测等优点。
2000 年后江西省大中型病险水库除险加固工程中使用砼垂直防渗墙处理大坝坝体、坝基渗透稳定和控制渗流量,现已成为江西省大中型病险水库除险加固工程大坝坝体、坝基渗流控制的主要措施。
目前国家只颁布了《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》(SL 174- 96) ,尚未颁布砼防渗墙设计规范。
为进一步提高江西省病险水库大坝砼防渗墙设计质量,根据砼防渗墙技术的发展现状,结合江西省的实际情况,介绍砼防渗墙(指机械造(挖) 槽,泥浆护壁、砼浇筑) 设计要点。
1 砼防渗墙概况砼防渗墙最早于1950 年在意大利圣玛丽亚(AntaMaria) 大坝下砂卵石地基中用冲击式钻进法建造了深40 m 的防渗墙,随后各国相继引进推广。
我国于1958年首先在山东省月子口(现名崂山) 水库工程中建成砼防渗墙后,相继在密云白河主坝、毛家村坝、葛洲坝围堰、三峡围堰、小浪底等工程使用,已建最深的是81. 9m的小浪底主坝砼防渗墙,还建成了世界上防渗面积最大(近30 万m2 ) 的河北黄壁庄水库副坝砼防渗墙,深达140 m 的四川冶勒水电站防渗墙正在施工。
我省于1975 年在柘林水库大坝除险加固时在心墙中用冲击式钻进法修建了深61. 2 m 砼防渗墙,目前我省在大中型病险水库除险加固工程大坝坝体、坝基防渗处理中已大量采用砼防渗墙,批复兴建的砼防渗墙有军民、滨田、店下、五渡港等几十座水库。
砼防渗墙是利用造(挖) 槽孔机械设备,借助泥浆的护壁作用,在地下挖出窄而深的槽孔,并在其内浇注砼而形成一道具有防渗功能的连续的地下墙体。
砼防渗墙自身要能满足强度和变形的要求,有足够的抗渗性和耐久性,能有效地截住渗透水流,控制渗流量,墙体渗透比降和出逸比降均满足设计要求。
砼防渗墙设计的主要内容有:造(挖) 槽孔工法比选;总体布置;墙厚比选;选墙体材料比选;泥浆比选;细部设计;设计指标和质量要求。
2 造(挖) 槽孔工法比选常用的造(挖) 槽孔工法主要有冲击式钻进法(钻劈法) 、冲击式反循环钻进法、射水法、锯槽法、抓斗挖槽法(抓取法) 和双轮铣槽法等,施工中又有两种或两种以上工法的组合,如“两钻一抓”法、“两钻三抓(铣) ”法和“铣、砸、爆“法等组合方法,以抓斗挖槽法和双轮铣槽法为先进。
2. 1 冲击式钻进法冲击式钻进法是利用曲柄连杆机构将回转运动变为往复运动来提升和下落钻头,利用钻头提升后自由下落的重力冲击孔底,使土层(岩石) 破碎而进行钻进,并用一定浓度的泥浆护壁(泥浆会在钻孔孔壁上形成泥皮,在泥浆压力作用下使孔壁保持稳定而不坍塌,并能防止泥浆渗漏) ,当孔底的钻渣逐渐增加以后,取出钻头放入抽筒掏渣,成孔后采用水下直升导管法浇注砼,砼靠自重和自流平特性而自密实形成一段砼墙体,墙段间一般用钻凿法连接。
冲击式钻进法是世界上最早采用的工法,该工法在各种土、砂层、砾石、卵石、漂石、软岩、硬岩中都能使用,工效较低。
国产主力机型是CZ —22和CZ —30 型,钻具包括钻头和抽筒两部分,钻头又可分为空心钻头、一字钻头、十字钻头、圆钻头、角锥钻头和双反弧钻头等。
2. 2 冲击式反循环钻进法冲击式反循环钻进法是在冲击式钻进法的基础上,在空心套筒式钻头中心设置排渣管,利用反循环砂石泵将钻渣与循环浆液经排渣管及循环管路,从孔底连续地抽入设在地面的泥浆净化装置进行净化,净化后的泥浆经循环浆池注入槽孔循环使用,通过这一循环,钻机完成钻进及排渣作业,直至造孔完毕。
由于采用反循环出渣方式,从而大大提高了钻进效率。
冲击式反循环钻机最早由法国公司在20 世纪50 年代研制成功,我国水利水电基础工程局于20 世纪90 年代研制成功CZF - 1200型冲击式反循环钻机,同时地矿部门也研制成功CJF -20 型冲击式反循环钻机,目前国产机型主要是CZF —1200、CZF —1500、CJF —20 和CJF —12 型。
2. 3 射水法射水法是利用水泵送水至成形器中的射水装置所形成的高速射流和成形器及导水管本身质量的冲击力,以及向下移动时成形器内刀片的切削等作用,破坏土层结构,水土混合回流后泥沙溢出地面(三代机是在成形器中设置排渣管用反循环砂石泵抽出地面) ,利用卷扬机操纵成形器不断地上下移动,切削修整孔壁,造成有规则的槽孔,并用一定浓度的泥浆护壁。
成孔后采用水下直升导管法浇注砼,砼靠自重和自流平特性而自密实形成一段砼墙体,利用成形器侧向水喷嘴冲洗一期槽孔砼的侧面,使一、二期砼连接紧密,形成地下连续防渗墙。
该工法适用于粒径小于10 cm 的砂土、粉土、粘土地基,具有工效高、造价低的特点。
射水法1982 年由福建省水利科学研究所开始研究,目前已发展到第三代机型。
2. 4 锯槽法锯槽法是利用锯槽机带动锯管锯割地层,锯出有规则的槽孔,并用泥浆护壁,在锯管上设置排渣管,用反循环砂石泵出渣,再以砼等成墙材料置换护壁泥浆,形成具有一定强度和防渗性能的连续墙体。
该工法仅适用于松散的砂土、粉土、粘土地基,工效较高。
锯槽法是由东北岩土工程公司1990 年开发的一种薄防渗墙施工方法。
2. 5 抓斗挖槽法抓斗挖槽法是指蚌(蛤) 式抓斗,利用机械作用并借助斗体的自重,打开和关闭斗门抓取土体并将其带出孔外,同时用泥浆护壁的一种挖槽工法。
成孔后采用水下直升导管法浇注砼,砼靠自重和自流平特性而自密实形成一段砼墙体,墙段连接一般选用接头管(板) 法。
该工法适用各种土层和软岩,特别适合于在含有小漂石和石块的地基中挖槽。
新型抓斗大多配有测斜和纠偏装置,可调整抓斗斗体角度,使挖槽垂直精度达1P500 以上。
抓斗挖槽法具有墙体整体性好、厚度均匀、适用地层广、工效高的特点。
液压抓斗在粘土层中施工工效一般可80～100 m2P台班。
抓斗最早使用时是用钢丝绳来悬挂并进行控制的,20 世纪60 年代后期开始使用液压抓斗。
根据抓斗的结构特点,可把抓斗分成钢丝绳抓斗、液压抓斗、导杆式抓斗和混合式抓斗等,主要由意大利、日本、英国和德国等国生产,我国已批量引进,并研制开发成功。
2. 6 双轮铣槽法双轮铣槽法是驱使安装在机架上的的两个鼓轮向相反方向转动,鼓轮上的切刀将地层旋铣、切割、挤碎,松动后的土、砂、卵石、岩石碎块用泵抽吸至地面,同时用泥浆护壁,成槽孔后采用水下直升导管法浇注砼,砼靠自重和自流平特性而自密实形成一段砼墙体,墙段连接由双轮铣槽机直接切割一序砼,在一、二序墙段连接中不需专门的连接件和特殊封堵就能形成良好的墙段接头。
该工法适用各种土层和软岩,配用特制的滚轮铣刀还可钻进坚硬岩石,利用电子测斜装置、导向调节系统和可调角度的鼓轮旋铣器来保证挖槽精度,精度高达1 ‰～2 ‰。
该工法具有墙体整体性好、厚度均匀、适用地层广、成槽深、挖槽精度高和挖掘效率高的特点,是最先进的造槽机械。
目前世界上最深和最厚的砼地下连续墙都是使用铣槽机建成的。
双轮铣槽机又可分为液压双轮铣槽机和电动双轮铣槽机两类,主要由意大利、法国、德国和日本等国生产,我国已少量引进,三峡工地曾引进过一台德国宝峨(BAUER) 公司生产的BC - 30型液压双轮铣槽机。
2. 7 两钻一抓法两钻一抓法是冲击式钻进法(或冲击式反循环钻进法) 与抓斗挖槽法的组合,施工方法是先用冲击钻机或冲击反循环钻机钻进两相邻的主孔,终孔后再用抓斗抓取中间副孔的造(挖) 槽孔工法。
两钻三抓(铣) 法是在两钻一抓法基础上加以改进的。
造(挖) 槽工法都有各自的主要性能和适用范围(见附表) ,选择造(挖) 槽孔工法和设备时,主要应考虑几个因素的影响:坝体填筑材料,坝基、坝肩地层和岩层特性,水文地质条件;开挖深度、宽度和强度;施工条件;机械设备的适用条件。
根据我省病险水库大坝防渗处理防渗墙深度不大的具体情况,宜优先比选射水法、抓斗法等经济高效工法,或两钻一抓法等。
附表常用工法主要性能表3 总体布置病险水库防渗处理防渗布置时主要考虑以下几点:(1) 坝基地质条件和水文地质条件。
宜将防渗墙放在坚固而不透水的基岩或粘性土层中,尽量避开不利的地质构造,墙底应伸入相对不透水层,与坝的防渗体、坝基覆盖层和基岩内的防渗设施应紧密地连接成一整体。
(2) 与原有防渗体及其他建筑物的连接。
与土质防渗体连接时,应作成光滑的楔形,插入土质防渗体高度宜为1P10 坝高,接触面允许比降应按土料允许比降确定。
设计时应认真做好与坝身砼构筑物的防渗连接,但布置时应尽量避开与坝身砼构筑物连接,以减少接头处理。
(3) 认真做好与两岸的连接设计。
(4) 工程量最小和造价最低。
4 墙厚比选防渗墙的厚度选择是砼防渗墙设计的一个重要内容,影响防渗墙厚度的因素主要有坝高,渗透稳定条件,施工条件和地质条件。
《碾压式土石坝设计规范》(SL274 - 2001) 对此没有明确规定,只在规范第6. 2. 8条条文说明中提出砼防渗墙“一般允许渗透比降80～100 作为控制上限值”。
我省大中型水库大坝80 %以上坝高在40 m 以下,病险水库主要是20 世纪80 年代以前兴建的,坝体经过几十年沉降已趋于稳定,设计中比选防渗墙的厚度时可用防渗墙允许渗透比降确定,建议普通砼防渗墙允许渗透比降取80～100 ,塑性砼防渗墙允许渗透比降取60～80 。
5 墙体材料比选墙体材料主要选用普通砼和塑性砼两种。
普通砼选用强度等级在C10 以上,水泥用量在350 kgPm3 以上,水胶比在0. 65 以下,具有弹模高、强度大的特点,能承受较大的垂直和水平荷载。
但由于普通砼弹模太高,限应变太小,墙体和周围坝体间产生的沉降差和变形差使墙体在垂直压力和侧摩阻力作用下产生的应力易超过普通砼允许强度而产生破坏。
塑性砼就是在普通砼基础上减少水泥用量,增加粘土和膨润土用量的砼,由水泥、水、粘土(膨润土) 、砂石骨料和外加剂等配制而成,水泥用量70～200 kgPm3 ,膨润土用量20～50 kgPm3 ,粘土用量150～300 kgPm3 ,其抗压强度2～5 MPa ,弹性模量300～1000 MPa ,渗透系数K< A ×10 - 6 cmPs。
与普通砼相比具有初始弹性模量低,极限应变大,能适应较大变形,有利于改善墙体应力状态,同时它仍具有必要的强度和抗渗性能,墙段连接采用钻凿法时因墙体强度低而便于实施。
