水利工程之防渗墙施工技术

关键词 水利工程；防渗墙；混凝土；施工技术 

　　随着我国水利水电和整个国民经济建设的发展，防渗墙技术不断向深度、难度和广度发展，取得新的进展。但由于该项技术的特殊性及其适应的局限性，仍然存在一些工程问题。 

　　1 我国水利水电工程的现状 

　　我国水利水电枢纽工程数量繁多，分布广，坝型多样化，在防洪减灾的同时也为生产和生活提供水源。然而，随着许多水利工程的渐久，都在不同程度上存在一些病险问题：渗透破坏、滑坡、开裂和没治等等，其中以渗透破坏最为常见。 

　　渗透破坏主要表现在以下几方面。 

　　1）堤身物质组成的不均匀性和填筑密实度的不均匀性造成的，如部分堤段堤身壤土为粉细砂、砂壤土或存在孔洞、裂缝等。 

　　2）筑堤时未清基，堤身堤基接触带物质较混杂，存在透水性较强的砂层、砂土层，导致坝基渗漏、渗透破坏等。 

　　文章结合个人工作实践经验，以防渗墙为主，探讨水利防渗加固施工技术，提高我国水利事业发展水平。 

　　2 防渗墙的作用与结构特点 

　　防渗墙是一种修建在松散透水地层或土石坝（堰）中起防渗作用的地下连续墙。由于结构可靠、防渗效果好、适应各类地层条件、施工简便以及造价低等优点，在国内外水利工程中得到广泛的应用。 

　　1）防渗墙是一种防渗结构，但是它的作用已远远超越了防渗的范围，可用来解决防渗、防冲、加固、承重及地下截流等水利工程问题。具体的运用主要有以下几点：①防止控制闸、坝基础的渗流；②防止控制土石围堰及其基础的渗流；③防止泄水建筑物下游基础的冲刷；④加固一些有病害的土石坝及堤防工程；⑤作为一般建筑物基础的承重结构，起到承重作用；⑥栏截地下潜流，抬高地下水位，形成地下水库。 

　　2）防渗墙的类型较多，但从其构造特点来说，主要是两类：槽孔（扳）型防渗墙和桩柱型防渗墙，槽孔（扳）型防渗墙是我国水利水电工程中混凝土防渗墙的主要型式。 

　　3）防渗墙系垂直防渗措施，其立面布置有两种型式：封闭式与悬挂式。封闭式防渗墙是指墙体插到基岩或相对不透水层一定深度，以实现全面截断渗流的目的。而悬挂式防渗墙，墙体只深入地层一定深度，仅能加长渗径而无法完全封闭渗流。 

　　4）对于高水头的坝体或重要的围堰，有时设置两道防渗墙一共同作用，按一定比例分担水头。这时应注意水头的合理分配，避免造成单道墙承受水头过大而破坏，这对另一道墙也是很危险的。 

　　5）防渗墙的厚度主要由防渗要求、抗渗耐久性、墙体的应力与强度及施工设备等因素确定。其中．防渗墙的耐久性是指抵抗渗流侵蚀和化学溶蚀的．眭能，这两种破坏作用均与水力梯度有关。目前，防渗墙厚度d（m）主要是根据水力梯度考虑确定的，即：d=H/J。 

　　J。=Jmax/K 

　　式中：H为防渗墙的工作水头；J。为防渗墙的允许水力梯度；Jmax为防渗墙破坏时的最大水力梯度；K为安全系数。 

　　6）不同的墙体材料具有不同的抗渗耐久性，其允许水力梯度值J。值也就不同。如普通混凝土防渗墙的J。一般在80～100，而塑眭混凝土因为其抗化学溶蚀性能较好，Jmax可达300，J。一般在50～60。 

　　3 防渗墙的墙体材料 

　　水利工程防渗墙在墙体材料的选择，按其抗压强度和弹性模量，一般分为刚性材料和柔性材料。可根据水利工程性质和技术经济等客观因素比较后，选择合适的墙体材料。 

　　刚性材料包括普通混凝土、黏土混凝土和掺粉煤灰混凝土等，其抗压强度大于5 MPa；弹性生模量大于10 000 MPa。柔性材料的抗压强度则小于5 MPa，弹性模量小于10 000 MP。，包括塑陛混凝土、自凝灰浆和固化灰浆等。另外，现在有些工程开始使用强度大于25 MPa的高强混凝土，以适应高坝深基础对防渗墙的技术要求。当前防渗墙在墙体材料上主要有以下几种：①普通混凝土；②黏土混凝土；③粉煤灰混凝土；④塑性混凝土；⑤自凝灰浆；⑥固化灰浆。 

　　4 水利工程防渗墙的类型和主要特点 

　　不同的水利工程对防渗墙有不同的要求，成墙工艺上也有所不同。 

　　4.1 多头深层搅拌成墙技术 

　　这种技术是多头深层搅拌桩机一次多头钻进，把水泥浆喷入土体并搅拌，使土体与水泥浆液混合凝固成一组水泥土桩，桩与桩搭接形成水泥土防渗墙，目前最大成墙深度为22 m，水泥土渗透系数<10 cm/s，抗压强度>0.3 MPa。多头深层搅拌成墙技术的优点在于施工简便、无泥浆污染、造价较低，适用于粘土、砂土、淤泥和砂砾层。多头深层搅拌水泥土防渗墙防渗效果明显，防渗质量可靠，投资最经济、最有效，具有一定发展前景。 

　　4.2 锯槽法成墙技术 

　　锯槽法成墙技术：在先导孔中锯槽机的刀杆以一定的倾角一边作上下往复切割运动，一边以0.8 m/h～1.5 m/h的速度（根据地层状况）向前移动开槽；被锯切割下来的土体可由反循环或正循环方式的排渣系统排出槽外，并采用泥浆护壁。浇筑塑性混凝土，形成宽度为0.2 m～0.3 m的防渗墙体。锯槽机由行走底盘、动力及传动系统、刀杆及支架加压系统、排渣系统、起重设施及电气控制系统组成；传动方式有机械式与液压式两种。以不同规格的刀杆进行组合，槽宽，可达0.2 m～0.5 m，深度可达40 m。优点：连续成槽、工效高、墙体连续、质量好，且成墙深，适应于粘土、砂土和卵石粒径小于100 mm的砂砾石地层；还可以采用自凝灰浆、固化灰浆形成不同强度和抗渗指标的防渗墙。 

　　4.3 链斗法成墙技术 

　　链斗法成墙技术即是由链斗式开槽机排桩上的旋转链斗取土，同时将斜放的排桩下放到成墙深度，开槽机前进开挖沟槽，并采用泥浆护壁，其浇筑混凝土方法类似锯槽法。链斗式开槽机的开槽宽度为 

　　16 cm～50 cm，深度可达10 m～15 m。适应于粘土、砂土和粒径小于槽厚的、含量小于30%的砂砾石地层。 

　　4.4 薄型抓斗成墙技术 

　　薄型抓斗成墙技术即是：采用斗宽为0.3 m的薄型抓斗挖土开槽，泥浆护壁，浇筑塑性混凝土或用自凝灰浆形成薄壁防渗墙，最大成墙深度可达40 m。适用于粘土、砂土及卵石和砂砾的含量与粒径在一定范围内的土层。 

　　4.5 射水法成墙技术 

　　射水法成墙技术的设备主要由造孔机、混凝土搅拌机和浇筑机组成。其技术即是利用造孔机成型器内的喷嘴，射出高速水流来切割土层，成型器上下运动切割修整孔壁，采用泥浆护壁，正循环或反循环出渣。槽孔形成后，浇筑水下混凝土或塑性混凝土，形成薄壁防渗墙。成墙厚度为0.22 m～0.45 m，深度可达30 m。成墙垂直精度可达1/300，适应于粘土、砂土和粒径小于100 mm的砂砾石地层。 

　　虽然在应用范围、构造形式和墙体材料等方面存在各种类型的防渗墙，但是因为防渗墙在施工程序与工艺上有些类似，所以文章主要简单介绍槽孔（板）型的防渗墙的施工工艺。槽孔（板）型的防渗墙是由一段段槽孔套接而成的地下墙，施工工艺主要包括：①造孔前的准备工作；②泥浆固壁与造孔成槽；③终孔验收与清孔换浆；④槽孔浇筑；⑤全墙质量验收等过程。根据施工图的要求，结合实际情况，相对以往的冲击钻造孔，在垂直度、材料能源以及施工速度方面明显落后于液压抓斗，特别是对于地基不良的地形，冲击钻造孔易塌孔及造孔倾斜等毛病及其他弱点暴露无疑，采用的BH7与BH12在以上几个方面将远远优于冲击钻；另外，处理基岩的能力更强，BH7与BH12的抓斗斗体自重达11 t，它们能直接冲击处理硬度在16 KPa以内的岩石。所以“液压抓斗直接成槽法”得到了广泛应用，同时槽段连续采用反弧形接头管法，抓斗清渣清孔法、CMC泥浆固壁，下导管浇筑砼。 

　　1）造孔前的准备工作是防渗墙施工的一个重要环节。首先根据防渗墙的设计要求和槽孔长度划分，做好槽孔的测量定位工作，并在此基础上，设置导向槽。导向槽沿防渗墙轴线设在槽孔上方，用于控制造孔的方向，支撑上部孔壁。它对于保证造孔质量，预防塌孔事故。导向槽的净宽一般等于或略大于防渗墙的设计厚度，高度以l.5 m～2 m为宜。为了维持槽孔的稳定要求导向槽底部高出地下水位0.5 m以上。同时为了防止地表积水倒流和便于自流排浆，其顶部高程应比两侧地面略高。 

　　2）成槽方法主要采用液压抓斗直接抓取施工，第一期槽孔采用反弧形结头管，第二期槽孔采用刷壁清刷接头处泥皮杂物，抓斗直接抓取沉渣清孔。在造孔前，须用10 cm方木支撑于导墙内，防止导墙坍塌。基础与导墙后回填土应分层夯实。为分散坝面的施工荷载，避免坝体受力集中，出现漏浆、塌槽等事故，采取分层推移建槽施工方法。每段槽孔施工划分为一序和二序，施工顺序为：先一序，后二序。循环施工，直至完成全部槽段。 

　　3）固壁泥浆和泥浆系统：在松散透水的地层和坝（堰）体内进行造孔成墙，如何维持槽孔孔壁的稳定是防渗墙施工的关键技术之一。泥浆固壁是解决这类问题的主要方法。 

　　泥浆固壁原理：由于槽孔内的泥浆压力要高于地层的水压力，使泥浆渗入槽壁介质中，其中较细的颗粒进人空隙，较粗的颗粒附在孔壁上，形成泥皮。泥皮对地下水的流动形成阻力，使槽孔内的泥浆与地层被泥皮隔开。泥浆一般具有较大的密度，所产生的侧压力通过泥皮作用在孔壁上，就保证了槽壁的稳定。 

　　6 结束语 

　　在水利工程中，由于历史客观的原因加上时间推移一些水利工程不可避免的出现渗漏现象，做好水利工程的防渗加固是我们水利工作人员的职责所在。我们有义务提供自身的专业水平，为水利事业的发展贡献自己的一份力量，促进我国水利事业的发展。 

　　参考文献 

　　[1]王勇,赵德珍.小型水库除险加固中应注意的问题及施工质量控制[J].水利技术监督,2010,04.