《浅谈水利工程塑性混凝土防渗墙设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浅谈水利工程塑性混凝土防渗墙设计.doc（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、浅谈水利工程塑性混凝土防渗墙设计随着我国经济和科学技术的快速发展，有效解决水利工程的防渗加固问题成为当务之急。塑性混凝土防渗墙较混凝土防渗墙具有弹性模量低,适应变形能力强的优点,是土质坝基垂直防渗的首选形式。还出于它具有良好的和易性和比刚性混凝土有较长的终凝时间，因而易于水下混凝土浇注。同时由于其强度低，便于防渗墙槽接头施工和保证接头质量。某水电工程是一项中型跨流域调水发电工程，其水库枢纽利用天然地形条件，封堵暗河以山体作坝建库。副坝基础古河道防渗与暗河拱堵头、山体防渗灌浆帷幕共同组成枢纽挡水建筑物。该工程为等中型工程，挡水建筑物为3级。副坝位于暗河右侧的古河道，利用古河道的原状冲洪积层和两岸
2、的崩坡积体作为坝体材料，经开挖和局部回填形成副坝，副坝坝顶高程1185m，坝顶长度210m，坝顶宽13m，最大坝高7m。古河道底基岩呈开敞“u”型。最低基岩面高程1137m。副坝防渗体采用塑性混凝土防渗墙，墙顶高程，墙长。墙厚，墙底最低高程，平均墙深，最大墙深达。防渗体的型式及布置防渗体采用塑性混凝土防渗墙，墙顶高程按水库设计洪水位加安全超高确定为。墙底要求嵌入两岸及河床基岩内，墙底最低高程。有限元计算基本数据1)水库特征水位校核洪水位：(P=%)设计洪水位：(P=2%)正常蓄水位：1180m汛限水位：1177m死水位：1140m2)塑性混凝土物理力学指标容重：/m3浮容量：/m3抗压强度：2
3、3MPa弹性模量：500800MPa水力梯度：60抗渗：W6安全系数：K=6塑性混凝土非线弹性指标见表1。表1防渗墙塑性混凝非线性弹性参数计算工况及荷栽组合计算工况为水库正常蓄水情况，并考虑坝体开挖施工过程。计算选用副坝0+桩号断面。荷载组合为：施工过程荷载+墙体自重力+正常蓄水后的水作用力。应力、应变分析1)塑性混凝土的力学模型计算选用邓肯一张模型进行静力作用下的强度分析：强度准则采用莫尔一库仑强度标准。2)数值分析计算采用大型岩土工程数值分析软件系统FINAL源程序，容纳了非线性弹性，弹塑性，粘弹塑性、损伤断裂等岩土材料的多种本构模型.对岩土工程的施工方法和施工步骤可进行跟踪模拟分析。有限
4、元模型及边界条件在墙上游取100m，下游取45m，整个分成953个三角形6节点高精度等参元。89个高精度节理元，节点总数4120。节理单元参数实际计算中节理单元参数如表2所示。表2节理单元参数计算结果考虑基岩为全风化情况，墙体弹模分别选500、800、1200MPa几种类型，依据前述参数及理论，计算正常蓄水时防渗墙的应力和变形。由些可见，在墙体弹模为500MPa、墙体最大压应力max为，其值小于抗压强度指标3MPa;当墙体弹模为800MPa，max为，比抗压强度标准高%：当墙体弹模为1200MPa时，max比抗压强度指标高%;整个墙体均受压，不出现拉应力。墙体位移：弹模愈小，变形愈大，且最大水
5、平位移为，出现在淤泥层处。墙体材料设计防渗墙深夹于古河道覆盖层中，其后有延伸达3km的深厚覆盖层作支承，下部为岩石基础，不存在整体破坏问题。为适应坝体和坝基不均匀沉陷引起的变形，并避免因强度不够发生局部开裂而影响防渗效果，参考国内外已成工程经验，确定墙体材料采用低弹、高强的塑性混凝土。塑性混凝土的设计指标1)设计强度指标：抗压强度R90=抗折强度T2)初始切线弹模：E=8001000MPa3)抗渗标号：W64)强度保证率：P=90%5)强度离差系数：Cv=6)浇筑地点坍落度：1822cm(塌落度保持16cm以上的时间应大于1h)。7)扩散度：3440cm8)凝结时间：初凝6h，终凝/m3配比试
6、验采用的原材料结合工地实际情况，试验所用的各种材料就近选用以降低工程造价。1)水泥采用勉县水泥厂所产425号普通硅酸盐水泥.质量应符合国标(GB2938862)的各项技术要求。2)砂料采用勉县黄沙河砂场所采黄砂。细度模数，含泥量50%、塑性指数20、含砂量5%。4)膨润土采用洋县产的膨润土，质量应符合石油工业部部颁标准钻进液用膨润土(SY506085)膨润土的要求。5)骨料采用工地现场加工而成的骨料，粒径520mm，含泥量%。6)用水应符合水工混凝土拌制用水质量要求。7)为满足混凝土的各项技术要求，可使用缓凝剂高效减水剂、引气剂等混凝土外加剂，但应符合混凝土外加剂应用的有关技术规范，同时力求操
7、作简单，易于控制施工质量。选定施工用配合比混凝土防渗墙由于上下游为软基，为适应变形，原设计为粘土水泥塑性材料并进行了有限元计算。由于当地粘土不合格，改用膨润土塑性混凝土防渗墙，施工单位委托西北水科所进行试验，最终确定的配比是：水泥180kg/m3，碎石837kg/m3，砂707kg/m3，膨润土180kg/m3，水274kg/m3，混凝土性能R28=，抗渗S6。混凝土防渗墙要穿透的古河道深厚覆盖层下基岩起伏变化大，特别是崩坡积层及湖积层砂卵石层块石含量大(最高70%)，石质坚硬，加之水下开挖爆破，难度极大。监理、设计和施工单位克服重重困难.不断修正设计.取得了成功，并实现了2个突破：1)人工成
8、槽和机械成槽同时并举。修正后防渗墙全长，厚度80cm，共分33个槽段。20XX年6月冲击钻试钻中，发现抓斗成槽机在硬度高块体大的石中无法发挥效能，冲击钻极易发生孔斜、夹钻、掉钻等事故，因此，决定在古河道左右两岸崩坡积层中采用人工开挖护壁成槽，为减少塌孔并将槽段长由、调整为以6m及为主机械成槽。中段18个槽段采用机械成槽。1520号槽段用CZ一30冲击钻，10号、1214号、2128号槽段用CZ一22冲击钻，钻头采用，重的十字型冲击锤，先主孔后副孔，主孔间距1m。成槽时以膨润土泥浆护壁，泥浆参数随地层改变及时调整。槽内孤石采用水下定向聚能爆破，施工中及时测斜并纠偏。清孔采用抽渣桶抽浆、换浆的办法
9、，二期槽段清孔前用刷子钻头刷壁，要求最终孔底沉淤厚度小于10cm。2227号槽段最深达50m左右最高日平均进尺10m(23号)，由于塌孔事故处理或孤石含量大，最小日平均进尺仅(20号)。人工成槽。15个槽段采用人工护壁开挖成槽施工，分别是29号，11，2934号槽段。人工护壁采用30cm厚钢筋(12单层)混凝土护壁，护壁模板采用平面钢模板，边护壁边支撑向下开挖。每循环进尺一般为，支撑用直径大于10cm的硬质圆木，每单元槽段共设4列支撑，间距1m左右。一期槽段两端设30cm厚的混凝土隔墙，隔墙在二期槽段开挖时拆除。在槽一端设钢梯供施工人员上下，槽内渗水由50m扬程水泵抽出。槽内孤石用防水乳胶炸药
10、解小，再用吊土斗配卷扬机出渣。灌注混凝土时自下而上，逐步分段拆除支撑。槽段最深47m(29号)，最高日平均进尺/d(5号)，最低/日(3号)。2)超深灌浆管的埋设。防渗墙下的基岩要进行帷幕灌浆，若从中层灌浆洞向上打仰孔，难度大，质量难保证。从防渗墙顶向下钻孔，则孔斜可能打穿80cm厚的墙，高压灌浆可能破坏墙体结构。只能在墙体灌注混凝土过程中，预埋超高灌浆管。经认真研讨，解决了这个问题。灌浆管直径108，单节长6m，用法兰连接。管与管间距2m。在机械成槽段，同一单元槽段内三根灌浆管并列相连，整体吊入.灌浆管上每隔3m设钢筋定位架，为加强底部定位架刚度，底部3层定位架钢筋加粗，同一高度的定位架用l
11、2钢筋相连，吊人前，管底用两层5mmx5mm铁丝网绑罩，并在每根管底分别嵌套2块直径40cm厚10cm的混凝土块，以利管底稳定，使灌浆管垂直，终端管VI用铁板点焊。该防渗墙自20XX年5月1日开工，同年11月12日完工，共完成防渗墙造孔进尺9408m，防渗墙浇筑7955m3。超声波检测结果：平均波速27603100m/s，强度在34MPa，离差系数只有一个槽段大于5%，平均小于5%。说明塑性混凝土防渗墙均质性好，连续性好，无不良缺陷，相邻槽段衔接和底部嵌岩均良好。通过对河道深厚覆盖层的地质特点，采用膨润土塑性混凝土防渗墙，成功地解决了副坝基础的防渗问题。工程实施过程中，采用人工成槽和机械成槽并举，同时克服了超深灌浆管埋设的难题。【1】牛志丰 姬志军 莫振伟，小南海水库塑性混凝土防渗墙的设计J.河南水利与南水北调，20XX .11【2】王清友 孙万功 熊欢，塑性混凝土防渗墙，中国水利水电出版社，20XX。
