论文部分内容阅读
[摘 要]在实践中，混凝土裂缝的产生一般是由在混凝土的施工不当、混凝土变形等问题所引发的。因此水利工程建设部门高度重视对混凝土裂缝的控制。文章详细地阐述了水库大坝混凝土防渗墙的设计，分析了施工方案，以期能够对工程有所裨益。
[关键词]水利工程；土坝防渗；混凝土；施工技术
中图分类号：TU761 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2014）13-0025-02
1.引言
多数的水利工程是采用现浇或者是砼预制拼装而成的，人们一直在探求一定的方法和措施来解决在水利施工中出现的砼的裂缝。而砼产生裂缝是在多种因素共同制约下所产生的结果，且其会带来很多负面的影响，例如使水利工程的耐久性以及适用性不合格，导致砼出现质量问题，钢筋容易被锈蚀，最为严重的是可能破坏构建以及结构。受到历史原因的影响，中国早期建设的水库、大坝普遍出现填筑质量问题。主要表现为坝高高度不够、坝基不牢固、坝体容易产生裂缝、出现坝基渗漏等想象。尤其是在汛期的时候，由于水位比较高，导致大坝的下游地段的地面容易渗水，使得水平存在安全隐患。在技术地不断完善之下，现在已经开始将混凝土防渗墙技术广泛的使用到土坝的防渗加固之中，使得以上问题开始得以解决，加强了大坝的防渗功能和作用。本文详细地阐述了水利工程中的防渗墙设计及其施工。
2.混凝土防渗设计指标与质量要求
应该根据质量要求来确定成墙混凝土、槽孔建造、墙内孔管、膨润土泥浆等的设计指标，以下是几个主要的指标。
第一个指标是槽孔建造指标，要确定基岩岩样和槽孔嵌入基岩深度，同时要规定孔斜、孔位、槽孔间接头套接、孔深以及槽宽的厚度。第二个指标是清孔指标，主要是包括泥浆密度、含沙量、孔底淤积的厚度以及接头孔壁刷洗的质量。第三个指标是成墙混凝土指标，允许渗透比降、强度、渗透系数和弹模。第四个指标是膨润土泥浆指标。pH 值、静切力、浓度、粘度和密度。第五个是墙内孔管指标。管身的弯曲度以及管位的偏差值。应该在成墙之后的1个月之后检查混凝土防渗墙墙身质量，检查的主要内容包括弹模、存在的不足、渗透系数、墙体的混凝土强度、墙体的均匀性、墙段的接缝和允许渗透比降、允许渗透比降。第六个是泥浆下混凝土浇筑指标。混凝土的扩散度和坍落度， 混凝土面高差、上升速度，导管间距、埋深。
3.混凝土防渗墙设计方案
通过对地质勘探资料的详细分析，我们可以发现在土坝坝体上存在一些共同的问题，即未严格的对土坝的土料进行选择，没有明显的将筑坝土料进行分区以及碾压不足等等。通过抽样的检查，我们可以发现干密度低于1.5t/m3 的土样达到了百分之六十，另外一般要将坝基的的透水系数很小的土层的埋藏深度保持在5～20m。主要采用在坝顶布孔修筑混凝土防渗墙和在大坝上游坝坡坡脚设混凝土防渗墙， 上游坝坡铺设复合土工膜两种主要的方案来进行防渗墙的布置设计，从而达到防渗的要求。
其中第一种方案只需要较少的施工人员，同时在坝顶进行施工，因此可以免受汛期洪水的影响的优势。但是由于防渗墙的墙体比较深， 因此施工过程中的塌孔的问题经常发生，而且问题产生之后，很难对其进行补救。另外也不能有效的解决上游坝坡漏水、沉陷等相关问题。
第二种方案能够很好的防止坝体塌孔，且由于墙体较浅，给施工带来了极大的便利，使得施工的进度质量、以及上游坝坡质量能够得以有效的保证。但是这种方案也存有不足，需要将水库放空之后，才能进行施工，而且施工的过程中容易受到汛期洪水的影响，很难度汛，甚至建设一些施工围堰等临时工程才能使得施工得以顺利开展。所以要根据不同水库的特点，在大坝除险加固的过程中，选择科学合理的防渗加固方案。如果水库不能被放空，但是大坝的游坝坡防护质量可靠，则选用第一种方案。如果拥有良好的放空条件的水库，则选用第二种方案。
4.混凝土防渗墙的设计
（1）混凝土防渗墙的设计深度混凝土防渗墙底部原则上嵌入相对不透水层1m 左右， 顶部嵌入坝体防渗体中。目前，土坝混凝土防渗墙深度大多在40m以内。
（2）混凝土防渗墙墙体厚度的确定。在确定防渗墙的厚度的时候，应该充分考虑其是否能够满足墙体的耐久性、抗渗性以及满足墙体的应力以及变形的特殊要求。另外还需要将施工的设备以及地质的状况纳入到考虑范围之内。
由于国内防渗墙设计无规范， 防渗墙的渗透计算和渗透稳定分析以及强度、变形计算尚无规范的计算方法和理论。在设计时， 根据防渗墙破坏时的水力坡降确定墙体厚度（δ）， 计算公式如下：
式中： ΔHmax—作用在防渗墙上的最大水头差（ m） ； K—抗渗坡降安全系数， 一般取3～5。Jmax—防渗墙渗透破坏坡降， 取300。
根据已建成的混凝土防渗墙统计， 防渗墙允许承受的水力坡降Jp=Jmax/K， 可达到100， 当K=5 时， Jp 为60， 假定防渗墙承受的最大水头差与坝前水深相同。
可以适当的将土坝混凝土防渗墙厚度降低一点，这样就能够节约材料，从而使成本降低。由于受到造孔机具约束，以及根据国内工程积累的经验，应该将其厚度控制在0.20～0.8m 之间比较恰当。
（3）墙体材料。通过对国内以及国外已建的防渗墙进行分析，我们可以发现墙体材料一般是使用塑性混凝土。该种材料具有极限应变值大，抗渗性能好， 变形模量低， 适应变形能力强等优点。
塑性混凝土防渗墙的设计指标为： 28d 弹性模量800～1000MPa， 抗压强度≥2.5MPa， 渗透系数<（ 1～9） ×10-8cm/s。
5.混凝土防渗墙的施工
防渗墙是在坝体内连续造孔成槽， 以泥浆固壁， 在泥浆下浇筑混凝土而建成的。主要采用冲击式钻机造孔或两钻一抓法来处理小型工程。这两种方法都先施工一期槽孔（ 主孔） ， 后二期槽孔（ 副孔） 。后一种方法工效高， 现阶段是水利工程主要运用的方法。但是这种方法对施工台的要求是高于十八米，因此给施工的布置增加了难度。成墙厚度受开槽机械限制， 防渗墙一般较厚。 现阶段，液压开槽机连续槽孔法也是土坝防渗墙的工程施工过程中运用的一种主要方法，液压开槽机是由在同一轨道上行走的开槽机、水下混凝土浇筑机、清槽砂石泵及混凝土搅拌机组成。液压开槽机沿墙体轴线连续成槽， 槽孔完全连续。墙体厚度20cm 左右， 最大深度可达40m。该法适用于砂壤土、粉土、粘土等地质条件。每台班工效可达150m2， 造价150 元/m2 （ 20m 深22cm 厚的墙体150 元/m2） 。
将桩顶检查工作以及桩头处理工作一起开展，同时回填之前需要做好以下几个方面的工作，一是对漏桩的情况进行检查；二是要根据设计的要求要检查搭接厚度是否达标。如果发现漏桩，则要及时的进行补桩，防渗墙桩头顶部应于挖除并回填。在条件允许的情况之下，可以采用粉质粘土或者粘土进行回填，也可以用原堤身开挖土回填， 但是要将一些碎石等杂物进行剔除，同时保证回填密实度大于0.92。
6.防渗墙施工中应注意的问题
造孔质量的好坏会对防渗墙的质量产生决定性的影响，因此在防渗墙的施工过程中要充分地保障造孔质量。另外，造孔时间对整个防渗墙的施工的工期产生很大的制约作用，因为其占总工期的三分之二以上。在施工的过程中为了尽量避免或者是减少偏孔的现象，应该采取预防偏孔措施，从而将孔斜限制在合理的范围内。
开槽的连续性以及浇筑的及时性是保证混凝土防渗墙施工速度及质量的重中之重。同时在施工的过程中要认真对待泥浆固壁，否则，如果产生塌孔， 则会中断整个施工。所以应该根据规程要操作每一个工序，保证质量的同时，也要控制施工的进度。要对机械设备进行定期的维护，避免在施工的工程中出现问题，而影响混凝土防渗墙“连续作业”。从而使得混凝土防渗墙施工质量能够得到相应的保证。
7.结语
一旦砼出现裂缝会给工程带来很大的负面影响，如果砼表面开裂，会降低砼的抗渗、抗侵蚀以及抗冻的功能，且也会降低其强度。当前防渗墙技术日臻成熟，使其应用范围也在不断地扩展。在大坝除险加固工程上应用混凝土防渗墙技术，能够使得坝基以及坝体的渗漏问题得到良好的解决，从而降低工程的造价，加快施工的速度的同时又能达到良好的防渗效果。是一种良好的水库大坝防渗加固技术手段。
参考文献
[1]陈贫元.对水利工程施工技术有关问题的思考[J].中国高新技术企业，2010， （18）.
[2]王晨阳，王小格.水利工程施工中的常见技术问题[J].河南科技，2011， （06）.
[3]李志明.水利工程施工技术探讨[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2009， （04）.
[4]杨晓红.水利工程施工中应当把握的几个问题[J]科技致富向导，2011， （17）.
[关键词]水利工程；土坝防渗；混凝土；施工技术
中图分类号：TU761 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2014）13-0025-02
1.引言
多数的水利工程是采用现浇或者是砼预制拼装而成的，人们一直在探求一定的方法和措施来解决在水利施工中出现的砼的裂缝。而砼产生裂缝是在多种因素共同制约下所产生的结果，且其会带来很多负面的影响，例如使水利工程的耐久性以及适用性不合格，导致砼出现质量问题，钢筋容易被锈蚀，最为严重的是可能破坏构建以及结构。受到历史原因的影响，中国早期建设的水库、大坝普遍出现填筑质量问题。主要表现为坝高高度不够、坝基不牢固、坝体容易产生裂缝、出现坝基渗漏等想象。尤其是在汛期的时候，由于水位比较高，导致大坝的下游地段的地面容易渗水，使得水平存在安全隐患。在技术地不断完善之下，现在已经开始将混凝土防渗墙技术广泛的使用到土坝的防渗加固之中，使得以上问题开始得以解决，加强了大坝的防渗功能和作用。本文详细地阐述了水利工程中的防渗墙设计及其施工。
2.混凝土防渗设计指标与质量要求
应该根据质量要求来确定成墙混凝土、槽孔建造、墙内孔管、膨润土泥浆等的设计指标，以下是几个主要的指标。
第一个指标是槽孔建造指标，要确定基岩岩样和槽孔嵌入基岩深度，同时要规定孔斜、孔位、槽孔间接头套接、孔深以及槽宽的厚度。第二个指标是清孔指标，主要是包括泥浆密度、含沙量、孔底淤积的厚度以及接头孔壁刷洗的质量。第三个指标是成墙混凝土指标，允许渗透比降、强度、渗透系数和弹模。第四个指标是膨润土泥浆指标。pH 值、静切力、浓度、粘度和密度。第五个是墙内孔管指标。管身的弯曲度以及管位的偏差值。应该在成墙之后的1个月之后检查混凝土防渗墙墙身质量，检查的主要内容包括弹模、存在的不足、渗透系数、墙体的混凝土强度、墙体的均匀性、墙段的接缝和允许渗透比降、允许渗透比降。第六个是泥浆下混凝土浇筑指标。混凝土的扩散度和坍落度， 混凝土面高差、上升速度，导管间距、埋深。
3.混凝土防渗墙设计方案
通过对地质勘探资料的详细分析，我们可以发现在土坝坝体上存在一些共同的问题，即未严格的对土坝的土料进行选择，没有明显的将筑坝土料进行分区以及碾压不足等等。通过抽样的检查，我们可以发现干密度低于1.5t/m3 的土样达到了百分之六十，另外一般要将坝基的的透水系数很小的土层的埋藏深度保持在5～20m。主要采用在坝顶布孔修筑混凝土防渗墙和在大坝上游坝坡坡脚设混凝土防渗墙， 上游坝坡铺设复合土工膜两种主要的方案来进行防渗墙的布置设计，从而达到防渗的要求。
其中第一种方案只需要较少的施工人员，同时在坝顶进行施工，因此可以免受汛期洪水的影响的优势。但是由于防渗墙的墙体比较深， 因此施工过程中的塌孔的问题经常发生，而且问题产生之后，很难对其进行补救。另外也不能有效的解决上游坝坡漏水、沉陷等相关问题。
第二种方案能够很好的防止坝体塌孔，且由于墙体较浅，给施工带来了极大的便利，使得施工的进度质量、以及上游坝坡质量能够得以有效的保证。但是这种方案也存有不足，需要将水库放空之后，才能进行施工，而且施工的过程中容易受到汛期洪水的影响，很难度汛，甚至建设一些施工围堰等临时工程才能使得施工得以顺利开展。所以要根据不同水库的特点，在大坝除险加固的过程中，选择科学合理的防渗加固方案。如果水库不能被放空，但是大坝的游坝坡防护质量可靠，则选用第一种方案。如果拥有良好的放空条件的水库，则选用第二种方案。
4.混凝土防渗墙的设计
（1）混凝土防渗墙的设计深度混凝土防渗墙底部原则上嵌入相对不透水层1m 左右， 顶部嵌入坝体防渗体中。目前，土坝混凝土防渗墙深度大多在40m以内。
（2）混凝土防渗墙墙体厚度的确定。在确定防渗墙的厚度的时候，应该充分考虑其是否能够满足墙体的耐久性、抗渗性以及满足墙体的应力以及变形的特殊要求。另外还需要将施工的设备以及地质的状况纳入到考虑范围之内。
由于国内防渗墙设计无规范， 防渗墙的渗透计算和渗透稳定分析以及强度、变形计算尚无规范的计算方法和理论。在设计时， 根据防渗墙破坏时的水力坡降确定墙体厚度（δ）， 计算公式如下：
式中： ΔHmax—作用在防渗墙上的最大水头差（ m） ； K—抗渗坡降安全系数， 一般取3～5。Jmax—防渗墙渗透破坏坡降， 取300。
根据已建成的混凝土防渗墙统计， 防渗墙允许承受的水力坡降Jp=Jmax/K， 可达到100， 当K=5 时， Jp 为60， 假定防渗墙承受的最大水头差与坝前水深相同。
可以适当的将土坝混凝土防渗墙厚度降低一点，这样就能够节约材料，从而使成本降低。由于受到造孔机具约束，以及根据国内工程积累的经验，应该将其厚度控制在0.20～0.8m 之间比较恰当。
（3）墙体材料。通过对国内以及国外已建的防渗墙进行分析，我们可以发现墙体材料一般是使用塑性混凝土。该种材料具有极限应变值大，抗渗性能好， 变形模量低， 适应变形能力强等优点。
塑性混凝土防渗墙的设计指标为： 28d 弹性模量800～1000MPa， 抗压强度≥2.5MPa， 渗透系数<（ 1～9） ×10-8cm/s。
5.混凝土防渗墙的施工
防渗墙是在坝体内连续造孔成槽， 以泥浆固壁， 在泥浆下浇筑混凝土而建成的。主要采用冲击式钻机造孔或两钻一抓法来处理小型工程。这两种方法都先施工一期槽孔（ 主孔） ， 后二期槽孔（ 副孔） 。后一种方法工效高， 现阶段是水利工程主要运用的方法。但是这种方法对施工台的要求是高于十八米，因此给施工的布置增加了难度。成墙厚度受开槽机械限制， 防渗墙一般较厚。 现阶段，液压开槽机连续槽孔法也是土坝防渗墙的工程施工过程中运用的一种主要方法，液压开槽机是由在同一轨道上行走的开槽机、水下混凝土浇筑机、清槽砂石泵及混凝土搅拌机组成。液压开槽机沿墙体轴线连续成槽， 槽孔完全连续。墙体厚度20cm 左右， 最大深度可达40m。该法适用于砂壤土、粉土、粘土等地质条件。每台班工效可达150m2， 造价150 元/m2 （ 20m 深22cm 厚的墙体150 元/m2） 。
将桩顶检查工作以及桩头处理工作一起开展，同时回填之前需要做好以下几个方面的工作，一是对漏桩的情况进行检查；二是要根据设计的要求要检查搭接厚度是否达标。如果发现漏桩，则要及时的进行补桩，防渗墙桩头顶部应于挖除并回填。在条件允许的情况之下，可以采用粉质粘土或者粘土进行回填，也可以用原堤身开挖土回填， 但是要将一些碎石等杂物进行剔除，同时保证回填密实度大于0.92。
6.防渗墙施工中应注意的问题
造孔质量的好坏会对防渗墙的质量产生决定性的影响，因此在防渗墙的施工过程中要充分地保障造孔质量。另外，造孔时间对整个防渗墙的施工的工期产生很大的制约作用，因为其占总工期的三分之二以上。在施工的过程中为了尽量避免或者是减少偏孔的现象，应该采取预防偏孔措施，从而将孔斜限制在合理的范围内。
开槽的连续性以及浇筑的及时性是保证混凝土防渗墙施工速度及质量的重中之重。同时在施工的过程中要认真对待泥浆固壁，否则，如果产生塌孔， 则会中断整个施工。所以应该根据规程要操作每一个工序，保证质量的同时，也要控制施工的进度。要对机械设备进行定期的维护，避免在施工的工程中出现问题，而影响混凝土防渗墙“连续作业”。从而使得混凝土防渗墙施工质量能够得到相应的保证。
7.结语
一旦砼出现裂缝会给工程带来很大的负面影响，如果砼表面开裂，会降低砼的抗渗、抗侵蚀以及抗冻的功能，且也会降低其强度。当前防渗墙技术日臻成熟，使其应用范围也在不断地扩展。在大坝除险加固工程上应用混凝土防渗墙技术，能够使得坝基以及坝体的渗漏问题得到良好的解决，从而降低工程的造价，加快施工的速度的同时又能达到良好的防渗效果。是一种良好的水库大坝防渗加固技术手段。
参考文献
[1]陈贫元.对水利工程施工技术有关问题的思考[J].中国高新技术企业，2010， （18）.
[2]王晨阳，王小格.水利工程施工中的常见技术问题[J].河南科技，2011， （06）.
[3]李志明.水利工程施工技术探讨[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2009， （04）.
[4]杨晓红.水利工程施工中应当把握的几个问题[J]科技致富向导，2011， （17）.