水庫土石壩防滲流及加固設(shè)計技術(shù)

陳偉 袁昳雯

（楚雄欣源水利電力勘察設(shè)計有限責任公司，云南 楚雄 675000）

1 土石壩防滲加固設(shè)計分析

①土石壩壩體及壩基、兩岸壩肩的滲流控制應使?jié)B徑、滲流坡降(包括平均坡降、逸出坡降)、滲水流速及滲水量控制至小于允許值；② 壩體防滲措施主要是“前堵、中截、后排”，壩基為“前延、中截、后壓排”；③土石壩經(jīng)長期運行，填筑料及其地基土層的工程力學性質(zhì)已發(fā)生變化，其計算、分析參數(shù)應以近期勘察、試驗成果為主，并考慮壓密、滲透加固與破壞情況進行綜合分析；④土石壩長年擋水，已形成較穩(wěn)定的滲流場，宜按最不利穩(wěn)定滲流場設(shè)計；⑤防滲加固措施，應充分利用已有的防滲、反濾及排水措施，形成連續(xù)、完整的防滲體；⑥防滲體不能與表面張開裂隙直接接觸。壩身與壩基及不同土質(zhì)接觸長度應滿足不產(chǎn)生接觸沖刷要求；⑦地質(zhì)條件和工程復雜的病險土石壩，采用單一的技術(shù)措施往往難以奏效或不經(jīng)濟，宜采用綜合防滲加固措施；⑧應有利于盡早釋放滲透壓力，以增加下游壩坡及地基靜力穩(wěn)定性。一般宜采用截斷滲流的著底式防滲體。當采用完全截斷滲流措施不經(jīng)濟時，采用的措施應有利于滲流分散，滲流坡降均勻；⑨新采用的防滲體應在其兩側(cè)形成反濾層、過渡層，采用的防滲材料應有較小的防滲系數(shù)，較大的允許滲流坡降和較強抗溶濾能力；⑩采用的防滲措施應要求施工場地不大，最好能在一個枯水期，在一定水頭情況下施工完成。

2 防滲加固措施

土石壩防滲加固措施一般分為垂直防滲與水平防滲兩大類措施。垂直防滲是加固工程中十分常見的防滲處理措施。對于透水地基，垂直防滲與水平防滲措施相比，截流效果更顯著。下面重點介紹幾種常用的垂直防滲措施。

2.1 混凝土防滲墻

混凝土防滲墻是利用專門的造槽機械設(shè)備營造槽孔，用導管在槽孔中澆筑混凝土，形成一道連續(xù)的防滲墻體。混凝土防滲墻墻體材料有普通混凝土、粘土混凝土和塑性混凝土等。成槽方法有多種，常用的有鉆劈法、鉆抓法及銑削法等。

混凝土防滲墻施工工藝屬置換式防滲墻，即先造槽，再澆筑混凝土，墻體性能好，質(zhì)量可靠；地層適用性廣，無論是砂土、砂壤土、砂礫石層和砂卵石層均可以造槽成墻。但施工速度較慢，造價較高，廢漿液排放量大，易造成環(huán)境污染。

2.2 薄壁混凝土防滲墻

2.2.1 射水法薄壁防滲墻

射水法是利用水泵及成型射流的沖擊力破壞土層結(jié)構(gòu)，水土混合回流溢出地面，同時利用卷揚機操縱特制的成型器具不斷上下沖動，進一步破壞土層，切割修整孔壁，形成有規(guī)則的槽孔，隨后澆筑混凝土或塑性混凝土，或灌注各種柔性砂漿、鋪設(shè)防滲土工膜，形成一個完整的防滲墻。

適用于砂性土、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土，并能穿過砂卵石層，成墻深度可達30m。成墻寬度22～45mm。由于該工法簡單，設(shè)備搬運靈活，地層適應性廣，施工成本在射水、液壓抓斗和拉槽3種工法中最低，一次性投資較小，因而，在防滲墻施工中得到廣泛應用。

2.2.2 薄型液壓抓斗薄壁防滲墻

薄型液壓抓斗防滲墻采用分序抓取法，抓取時采用泥漿固壁，澆筑采用泥漿下直升導管法。液壓抓斗適用于軟土、砂礫土和強風化巖地層，滿斗率較高，效率高，其運行費用低，配有測斜糾偏裝置，能夠保證槽孔的垂直度符合規(guī)范要求，成墻質(zhì)量有保證，但一次性投入較大，施工成本較高。

2.2.3 拉槽法防滲墻

拉槽法是采用拉槽機進行連續(xù)拉槽造孔，分段隔離澆筑成墻的一種施工方法。

拉槽法適用于淤泥質(zhì)土、砂性土、松散的粘性土以及直徑<10mm的砂卵石層中成墻，最大成墻深度達25m。拉槽法防滲材料水下澆筑可采用3～4管澆筑，一次澆筑槽段長度可達12m以上。成墻墻體連續(xù)性好，施工工效高。

2.3 深層攪拌連續(xù)墻

深層攪拌連續(xù)墻是通過深層攪拌機將水泥漿噴入壩體并攪拌均勻，經(jīng)過一系列水化離子交換與硬化等反應，形成多樁搭接且有一定強度和抗?jié)B能力的防滲墻。深層攪拌樁機有單頭和多頭之分，多頭小直徑樁機工效較高，一次成墻長度較長，而且一次成墻的樁之間不會出現(xiàn)底部分叉現(xiàn)象，提高了墻體的連續(xù)性和完整性。

深層攪拌法水泥土防滲墻主要適用于在砂類土、淤泥質(zhì)土以及承載力≤150kPa的粘性土和粉土，成墻深度<20m。成墻質(zhì)量可靠，如墻厚、墻段連接、墻體均勻性及各項性能指標均能滿足設(shè)計要求；工效高、工期短；利用原土注入水泥可就地攪拌，施工造價較低，對環(huán)境污染輕。

2.4 高壓噴射灌漿防滲墻

高壓噴射灌漿就是利用鉆機造孔，然后把帶有噴頭的灌漿管下至土層的預定位置，用高壓設(shè)備把壓力為20～30MPa左右的高壓射流從噴嘴中噴射出來，用該射流沖擊和破壞地層土體，并與灌入漿液摻混，在土體中形成固結(jié)體。噴漿方法有為定噴、擺噴和旋噴。

高壓噴射灌漿防滲適用于軟弱土層砂類土以及砂卵石地層。施工質(zhì)量可靠，漿液的濃度、凝結(jié)體的強度及滲透性等可根據(jù)地層特點，加以控制和調(diào)整；可灌性好，其可灌性和影響范圍超過了一般的注漿效果；施工簡便，施工時只需鉆小孔(如孔徑110mm)，即可獲得較大的凝結(jié)體和較厚的板墻。

2.5 垂直鋪塑防滲

垂直鋪塑防滲是利用開槽鋪塑機，在壩體或壩基內(nèi)開出一定深度的連續(xù)溝槽，并同步在溝槽內(nèi)鋪設(shè)塑膜和填以設(shè)計要求的回填料。經(jīng)過填料的析水固結(jié)后，形成以塑膜為主要幕體材料的復合防滲帷幕。具有無接縫、整體連續(xù)性好、防滲效果顯著、適應變形能力強等優(yōu)點。

2.6 沖抓套井防滲

沖抓套井回填粘土防滲墻是利用沖抓式打井機具，主要在土壩或堤防滲漏范圍造井，用粘性土料分層回填夯實，形成一連續(xù)的套接粘土防滲墻，截斷滲流通道，同時在夯錘夯擊回填粘土時，對井壁的土層產(chǎn)生擠壓，使其周圍土體密實，以提高壩體質(zhì)量，從而起到防滲和加固的目的。主要機械設(shè)備為沖抓機，配有抓瓣式鉆頭和馬蹄式夯錘。

沖抓套井防滲施工機械設(shè)備簡單，對施工場地無特殊要求；防滲效果好，套孔回填的粘土經(jīng)過夯實后，干密度增大，滲透系數(shù)減??；可就地取材，充分利用當?shù)氐恼承酝亮?，工程成本低；當工期緊時，增加機械設(shè)備，多開工作面，可以大大縮短工期；對于壩體局部漏水和壩坡濕潤處理迅速，可以收到立竿見影的效果。

2.7 振動沉模防滲

振動沉模防滲墻技術(shù)是利用強力振動原理將空腹模板沉人土中，向空腹內(nèi)注滿漿液，邊振動邊拔模，漿液留于槽孔中形成單塊板墻，將單板連接起來，即形成連續(xù)的防滲墻帷幕。

主要適用于松散的軟基地層，從粘性土到層厚較薄的砂卵石層；處理深度≤20m。墻體質(zhì)量好，搭接可靠，防滲性能良好；施工效率較高，工效為400～800m2/d；所需的材料屬一般性材料，造價較低。

2.8 各類灌漿施工方法

水泥帷幕灌漿。水泥帷幕灌漿是用水泥漿液灌入巖體或土層的裂隙、孔隙，形成阻水幕，以減小滲流量或降低揚壓力的灌漿。

水泥帷幕灌漿通過對壩基鉆孔、裂隙沖洗、壓水和灌漿，可以了解基巖的透水性能，提高灌漿效果，進行有效的防滲處理；機械設(shè)備簡便，施工技術(shù)成熟，容易取得理想的防滲效果。

劈裂式灌漿。劈裂式灌漿是運用壩體應力分布規(guī)律，用一定的灌漿壓力，將壩體沿壩軸線方向劈裂，同時灌注合適的泥漿，形成鉛直連續(xù)的防滲粘土墻，堵塞漏洞、裂縫或切斷軟弱層，以提高壩體的防滲能力，同時通過漿、壩互壓和濕陷，使壩體應力重新分布，提高壩體變形穩(wěn)定性。

劈裂式灌漿具有造價低、省工、效果顯著和就地取材等優(yōu)點。

化學灌漿?；瘜W灌漿是將化學漿液灌入裂縫內(nèi)部并在硬化后具有一定的粘結(jié)強度，能較好地恢復混凝土結(jié)構(gòu)的整體性，起到固結(jié)、防滲、改善應力傳遞以提高承載和抗變形能力的方法。

3 結(jié)語

土石壩的防滲加固措施的選擇受多種因素的制約，特別是施工條件和工期的限制，所以，選擇土石壩加固措施時，應根據(jù)工程病害的具體情況對各種加固措施進行技術(shù)、經(jīng)濟比較，以最少的投資、最短的工期、較小的環(huán)境污染，創(chuàng)造最佳的工程效益。

[1]吳釗,趙小利,王讜.土石壩滲流初步探討.水利天地.2009-02-15