土石坝地基混凝土防渗墙设计分析.pdf
土石坝地基混凝土防渗墙设计分析土石坝地基混凝土防渗墙设计分析摘要： 土石坝地基混凝土防渗墙是在松散透水地基中连续造孔， 以泥浆固壁，往孔内灌注混凝土而建成的墙形防渗建筑物。 它是对闸坝等水工建筑物在松散透水地基中进行垂直防渗处理的主要措施之一。它也可作为土石坝中的防渗心墙，还可用以加固渗漏严重的土石坝。关键词：土石坝；地基；混凝土防渗墙Abstract: the earth dam foundation concrete diaphragm wall is loose in waterfoundation to make hole continuously, with mud solid wall, went to the hole and builtto pouring concrete wall form seepage control building. It is to the sluice gate, etc inloose permeable hydraulic structures in the foundation of vertical seepage preventionis one of the main measures. It also can be used as earth dam seepage prevention ofheart wall, also can be used to reinforce leakage of earth-rockfill dam is serious.Keywords: earth dam; The foundation; Concrete walls1 引言土石坝是土坝和堆石坝的统称，国外也有称之为填筑坝的。除均质土坝外，土石坝坝体一般均设有防渗体。防渗体可以是渗透性较小的土料、混凝土、沥青混凝上或其它防渗材料筑成。 坝体的主体部分主要有砂、 砂砾、 卵砾、 漂石、块石、开挖石碴等或它们的混合料填筑，堆石坝与有防渗体的土坝，从性质上说无严格界限。防渗墙按分段建造，一个圆孔或槽孔浇筑混凝土后构成一个墙段，许多墙段连成一整道墙。墙的顶部与土石坝的防渗体连接，两端与岸边的防渗设施连接， 底部嵌入基岩或相对不透水地层中一定深度，即可截断或减少地基中的渗透水流， 对保证地基的渗透稳定和土石坝安全， 充分发挥水库效益有重要作用。2 混凝土防渗墙设计要求混凝土防渗墙设计，应满足下列要求：1)具有足够的抗渗性和耐久性；2)满足各项强度要求；3)与基岩、岸坡及坝体其它防渗设施连接良好。为满足上述要求，混凝土防渗墙设计步骤和内容如下： 1)根据工程的规模，性质和用途以及地基的实际情况，定坝型在剖面、平面和纵剖面上进行初步的布置； 2)根据防渗墙承担水头大小，以及获得施工设备情况，选定防渗墙的厚度和材料；选择合适的墙型，并参考已建成工程的经验；3)渗流计算与试验，包括两方面内容，一方面计算坝基中的渗流坡降，下游的出逸坡降。另一方面，计算坝体和坝基各部分的渗漏量和总渗漏量；4)渗透稳定性验算，分析和核算防渗墙产生溶蚀可能性和耐久性，及使用年限等，并从水泥品种、材料配比等方面研究改善措施；5)强度计算，分析防渗墙在坝体自重和水压荷载作用下，墙沿高度各截面的变形，压应力，拉应力及剪应力的变化情况；6)其它方面核算，如心墙式坝需核算由于不均匀沉陷所产生的附加压力的大小， 核算坝体抗裂稳定性及墙顶塑性变形区的大小；对于未直达基岩的悬挂式防渗墙，必要时需核算地基承载力；7)材料配比设计，根据上述 3)，4)，5)，6)项的初步成果及施工要求，因地制宜进行混凝土配比设计和试验；8)细部设计，防渗墙与坝体、岸坡与基岩等部分相互连接的设计；9)观测设计，根据工程的具体要求，在防渗墙上布置相应的观测设备，进行防渗、应力及外荷载等方面的观测； 10)方案选定落实后，编写设计说明书，并提出设计对施工的具体要求。必须指出：混凝土防渗墙的主要任务是防渗，它必须有效的截断坝基渗流， 将坝基的渗流坡降和下游出逸坡降控制在安全范围内， 不至于造成渗流破坏，同时必须有效控制渗漏量，保证水库有效蓄水，避免大量漏失。设计时必须抓住这个主要矛盾，在选择墙型、坝型，材料以及施工机具和方法时；均必需围绕满足防渗首要任务而设计。与此同时，防渗墙由于本身具有一定刚度，在承担防渗任务时， 也承受水压力和土压荷载的作用， 故也需进行强度核算， 满足强度要求，但其性质和要求与作为挡土墙和承重墙是不同的，后者本身是直接承荷构件，结构破坏将引起整体失稳， 故必须严格按混凝土构件和钢筋混凝土构件选择厚度和配筋，并满足所要求的安全系数。防渗墙本身深夹于砂砾层中，其后有地基和坝荷作支撑，只要坝体和坝基本身是稳定的，不存在防渗墙本身整体破坏问题，但却存在防渗墙因强度不够发生开裂或严重开裂多处影响防渗效果的问题。因此，结构分析和强度核算， 必须使所选择的墙厚和材料特性， 能综合满足抗压、 抗拉、抗剪等方面强度要求。也就是说，结构分析和强度核算，也是围绕着防渗的要求而进行论证的防渗墙与各方面连接的细部设计，常常是防渗体中的薄弱环节，如处理不当，也易影响防渗效果，不能忽视。此外，观测设计也必须引起重视，加强研究，不仅运行时有进行观察监视的意义，而且也是验证设计的合理性，积累资料，以期不断提高设计水平的途径。3 混凝土防渗墙的基本原理混凝土防渗墙的基本原理是： 在地面上用一种特制的机具(如冲击钻或抓斗)，沿坝基的防渗线或其它工程的开挖线，开挖一道狭窄而很深的深槽，槽内注入泥浆护壁，当单元槽段开挖完毕后；可在泥浆下浇注混凝土 (必要时放置钢筋笼)，筑成一道连续墙，起截水防渗、挡土或承重之用。其施工过程是： 1)制备泥浆，2)沿开挖线挖导沟、筑导墙，3)铺设轨道组装挖槽设备；4)在完成上述三项准备工作基础上即可将泥浆注入导沟， 用挖槽机按戈定的单元槽段进行开挖，5)单元槽段开挖完成后于泥浆下放入浇注混凝土的导管 (在这之前吊放接头管或钢筋笼)，6)泥浆下浇注混凝土形成单元墙段，按计划依次完成各单元墙段，便形成一道连续的地下墙。这种造墙方式能适应于各种复杂的施工条件，具有施工进度较快，造价低，效果比较显著的优点。4 防渗心墙式坝设计中的问题用防渗墙处理已建成土坝缺陷的方法，构成防渗心墙式坝，在国内外已有不少实例。另一种可能的途径，是直接用透水料建坝体，然后再从坝体上造防渗墙形成防渗心墙式坝，这种形式，目前只限于围堰工程，可以预期，今后永久性工程采用这种布置形式，也是有前途的，它具有下述特点： 1)当坝址地区缺乏合适的粘土料而有丰富的透水料时，采用这种坝型可用防渗墙代替粘土心墙防渗；2)当地虽有粘土料，但受气候条件限制，施工条件比较困难，采用这种坝型可以克服粘土料施工受气候影响的一系列困难；3)采用这种坝型，从布置上可将上、下游围堰与坝体结合在一起。施工中因坝料比较单一，互相干扰少，施工期较长，故可以争取全年施工。因此，能加速水电站建设速度 4)在狭窄河谷有条件用定向爆破筑坝，坝体的防渗问题，也可研究采用防渗墙； 5)用防渗墙作坝体的防渗体，虽具有刚性心墙特点，但因在施工过程中，墙体两侧的透水料受到冲击挤压作用、固壁泥浆渗入的固结作用，加上防渗墙两侧的泥皮层等等辅助作用，其防渗及受力情况将比一般立模浇注的刚性心墙有所改善， 而且从材料及布置形式上，还可以进行研究，采取相应措施，使其能满足设计要求。防渗心墙式坝，可以有以下几种布置型式： 1)不透水地基上的防渗心墙式坝：施工时先造上、下游围堰，然后填筑下部坝体与围堰齐平以后，便可建造上部坝体， 在整个坝体断面完成后， 再从坝顶向下造防渗墙， 形成防渗心墙式坝；2)透水地基上的防渗心墙式坝：建坝的程序同 1)所不同的是建在透水地基上，当坝体完成后， 可从坝顶向下造墙并直接穿透透水地基至不透水基岩，防渗墙既是防渗心墙，又是坝基的防渗墙。3)单铰式防渗心墙式坝：当防渗墙比较高时，为改善受力情况，也可考虑采用单铰式，即当坝体填筑至某一预定高程，例如到达渡汛断面，便可从此断面造防渗墙，然后再在其上造浇筑墙，两墙之间可用铰连接起来。4)双排防渗心墙式坝：对于高坝，由于承担水头较高，不能满足要求时，可考虑造双墙。双捎要求坝顶适当加宽，以便于布置和施工：双墙之间留有一定间隔， 必要时还可从中补以灌浆，如有必要还可用横隔墙将双墙造成整体以增强抗渗性及改善受力状况。适当加宽的坝顶防渗心墙的材料，视需要而定，既可做成柔性的如塑性混凝土、自凝灰浆等，也可做成刚性较大的，如标号较高的混凝土，加筋混凝土等等。5 结语随着我国的经济和科技的发展， 对于水利工程的建设也越来越重视，本文就土石坝的设计， 简要分析在土石坝的地基混凝土防渗墙的设计，希望可以对土石坝设计的专业人员有些帮助。参考文献：1郑秀培著.土石坝地基混凝土防渗墙设计与计算.水利电力出版社,1979.2（英）P. Novak等著；谢遵党等译.水工建筑物.黄河水利出版社,2006.3 李梅华，王飞寒主编.土石坝设计与施工.中国水利水电出版社,2011.01.
