淺談水利工程中塑性混凝土防滲墻的構(gòu)造與施工

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定地向前發(fā)展，每年用于江河治理、大壩防滲等地下防滲墻工程（簡(jiǎn)稱防滲墻）的投資規(guī)模達(dá)幾千億元，且防滲墻工程項(xiàng)目有逐年遞增的趨勢(shì)。在舉世矚目的長(zhǎng)江三峽、黃河小浪底水利樞紐、二灘電站等大型水利水電工程中，防滲墻技術(shù)都得到了成功的推廣和應(yīng)用。

2 水利工程中防滲墻的的構(gòu)造

防滲墻一般都是槽板式的，并按單元槽段施工，通過(guò)接頭將其連成整體。對(duì)于水利水電工程的防滲墻，是在松散透水地基或土石壩（堰）壩體中以泥漿護(hù)壁連續(xù)造孔，在泥漿下澆筑混凝土或回填其它防滲材料筑成的起防滲作用的地下連續(xù)墻。國(guó)內(nèi)外水利水電工程的防滲墻厚度一般為35-140cm（超薄墻厚度8-30cm），其底部嵌入基巖或不透水層中0.5-1.0m，三峽工程二期上游圍堰塑性混凝土防滲墻代表了我國(guó)迄今防滲墻技術(shù)的最高水平。

20世紀(jì)60-80年代，國(guó)內(nèi)防滲墻工程墻體材料主要采用普通混凝土（或鋼筋混凝土）、粘土混凝土和粉煤灰混凝土等剛性材料，該類混凝土抗壓強(qiáng)度高（5-35MPa），彈性模量大（15000-32000MPa），適合于作防滲、擋土和承重等共同作用的地下墻體。若僅用于防滲作用，采用剛性材料作為墻體其工程造價(jià)過(guò)高（600-1200元/m2），且剛性混凝土在地基土水平力作用下，易發(fā)生局部開(kāi)裂現(xiàn)象，致使抗?jié)B能力反而降低。

到20世紀(jì)80年代，我國(guó)防滲墻的墻體材料有了重大創(chuàng)新，塑性混凝土、自凝灰漿和固化灰漿等柔性材料墻體不斷問(wèn)世。這類柔性墻體材料因含有粘土、粉煤灰、水玻璃以及有機(jī)外加劑，漿材固結(jié)后呈現(xiàn)很大的塑性，其抗壓強(qiáng)度較低（0.1-5MPa）、彈性模量小于2000MPa，即墻體強(qiáng)度指標(biāo)和防滲墻周圍地基土比較接近，墻體受力后與地基土的協(xié)調(diào)變形能力強(qiáng)，不易出現(xiàn)開(kāi)裂；加之抗?jié)B性能好（單位吸水率ω≤10-8m/s）、工程造價(jià)較低（120-400元/m2），與剛性材料相比，單純用作防滲的墻體，柔性材料有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3 塑性混凝土防滲墻的設(shè)計(jì)

3.1 塑性混凝土防滲墻的設(shè)計(jì)深度

塑性混凝土防滲墻底部原則上嵌入相對(duì)不透水層1m左右，頂部嵌入壩體防滲體中。目前，平原地區(qū)土壩塑性混凝土防滲墻深度大多在40m以內(nèi)。

3.2 塑性混凝土防滲墻墻體厚度的確定

防滲墻的厚度應(yīng)滿足墻體抗?jié)B性、耐久性、滿足墻體應(yīng)力和變形的要求，同時(shí)還應(yīng)考慮到地質(zhì)情況及施工設(shè)備等因素。

由于國(guó)內(nèi)防滲墻設(shè)計(jì)無(wú)規(guī)范，防滲墻的滲透計(jì)算和滲透穩(wěn)定分析以及強(qiáng)度、變形計(jì)算尚無(wú)規(guī)范的計(jì)算方法和理論。在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)防滲墻破壞時(shí)的水力坡降確定墻體厚度（δ），計(jì)算公式如下：

δ=K？啄=■

式中：ΔHmax-作用在防滲墻上的最大水頭差（m）；K-抗?jié)B坡降安全系數(shù)，一般取3～5；Jmax-防滲墻滲透破壞坡降，取300。

根據(jù)已建成的塑性混凝土防滲墻統(tǒng)計(jì)，防滲墻允許承受的水力坡降Jp=Jmax/K，可達(dá)到100，當(dāng)K=5時(shí)，Jp為60，假定防滲墻承受的最大水頭差與壩前水深相同。平原區(qū)水庫(kù)，由于河流水頭較低，ΔHmax一般在10～30m之間居多。計(jì)算得：δ=0.15～0.5m即可滿足要求為節(jié)約材料，降低成本，平原地區(qū)土壩塑性混凝土防滲墻可以做得薄一些，受造孔機(jī)具限制，參考國(guó)內(nèi)工程經(jīng)驗(yàn)，平原區(qū)土壩塑性混凝土防滲墻墻體厚度一般確定為0.20～0.8m之間。

3.3 墻體材料

參考國(guó)內(nèi)外已建防滲墻的經(jīng)驗(yàn)，柔性防滲墻一般采用塑性混凝土作為墻體材料。這種材料有抗?jié)B性能好，變形模量低，極限應(yīng)變值大，適應(yīng)變形能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

塑性混凝土防滲墻的設(shè)計(jì)指標(biāo)為：28d彈性模量800～1000MPa，抗壓強(qiáng)度≥2.5MPa，滲透系數(shù)<（1～9）×10-8cm/s。配合比見(jiàn)表1。

表1 塑性混凝土配合比（kg）

4 塑性混凝土防滲墻的施工

防滲墻是在壩體內(nèi)連續(xù)造孔成槽，以泥漿固壁，在泥漿下澆筑塑性混凝土而建成的。對(duì)于小型工程，一般采用沖擊式鉆機(jī)造孔或兩鉆一抓法。這兩種方法都先施工一期槽孔（主孔），后二期槽孔（副孔）。后一種方法工效高，目前被水利工程廣泛采用。但該法施工平臺(tái)要求大于18m，施工時(shí)難以布置。成墻厚度受開(kāi)槽機(jī)械限制，防滲墻一般較厚。

目前，平原地區(qū)土壩防滲墻工程施工的另一種方法采用液壓開(kāi)槽機(jī)連續(xù)槽孔法。液壓開(kāi)槽機(jī)是由在同一軌道上行走的開(kāi)槽機(jī)、水下混凝土澆筑機(jī)、清槽砂石泵及混凝土攪拌機(jī)組成。液壓開(kāi)槽機(jī)沿墻體軸線連續(xù)成槽，槽孔完全連續(xù)。墻體厚度20cm左右，最大深度可達(dá)40m。該法適用于砂壤土、粉土、粘土等地質(zhì)條件。每臺(tái)班工效可達(dá)150m2，造價(jià)150元/m2（20m深22cm厚的墻體150元/m2）。

防滲墻頂部處理。樁頭處理時(shí)結(jié)合樁頂檢查一并進(jìn)行，在回填前查明有無(wú)漏樁，搭接厚度是否滿足設(shè)計(jì)要求等情況，如有應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)樁處理。防滲墻樁頭頂部應(yīng)于挖除并回填。有條件的采用粘土或粉質(zhì)粘土回填，也可以用原堤身開(kāi)挖土回填，但應(yīng)除掉碎石和雜物?；靥蠲軐?shí)度不小于0.92。

5 防滲墻施工中應(yīng)注意的問(wèn)題

防滲墻施工過(guò)程中，造孔質(zhì)量是保證防滲墻質(zhì)量的首要環(huán)節(jié)。同時(shí)，在防滲墻施工過(guò)程中，造孔時(shí)間占總工期的2/3以上，是制約工期的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。施工中應(yīng)采取預(yù)防偏孔措施，有效地防止或減少偏孔，使孔斜控制在允許范圍內(nèi)。

保證塑性混凝土防滲墻施工質(zhì)量和速度的關(guān)鍵在于開(kāi)槽的連續(xù)性，澆筑的及時(shí)性。

并且要把泥漿固壁作為一個(gè)重要的施工環(huán)節(jié)去對(duì)待。否則，一旦出現(xiàn)塌孔，將導(dǎo)致施工中斷，而斷開(kāi)段的處理相當(dāng)困難。因此，各工序必須嚴(yán)格按規(guī)程進(jìn)行操作，控制進(jìn)度和質(zhì)量。同時(shí)加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的維修養(yǎng)護(hù)，保證完好率，確保塑性混凝土防滲墻“連續(xù)作業(yè)”，達(dá)到保證塑性混凝土防滲墻施工質(zhì)量的目的。

6 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐表明，塑性混凝土防滲墻技術(shù)應(yīng)用于平原地區(qū)大壩除險(xiǎn)加固工程，可有效解決壩體，壩基滲漏問(wèn)題，且具有施工速度快，工程造價(jià)低，防滲效果好，可靠性高等特點(diǎn)，是水庫(kù)大壩防滲加固較好的措施。隨著塑性混凝土防滲墻技術(shù)的迅速發(fā)展，施工機(jī)具的不斷創(chuàng)新和完善，經(jīng)濟(jì)效益的不斷提高，其用途將日益廣泛。

參考文獻(xiàn)

[1]水利水電工程塑性混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范[S].SL174-96

[2]高鐘璞.大壩基礎(chǔ)防滲墻[M].北京：中國(guó)電力出版社，2000.

[3]白永年，等.中國(guó)堤壩防滲加固新技術(shù)[S].2001.