垂直防滲技術(shù)在平原水庫(kù)建設(shè)中的應(yīng)用

于小梅，吳先敏

（1.泰安市岱岳區(qū)彩山水庫(kù)管理所，山東泰安 271042；2.山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東濟(jì)南 250014）

垂直防滲技術(shù)在平原水庫(kù)建設(shè)中的應(yīng)用

于小梅1，吳先敏2

（1.泰安市岱岳區(qū)彩山水庫(kù)管理所，山東泰安 271042；2.山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東濟(jì)南 250014）

垂直截滲在平原水庫(kù)建設(shè)中主要用于壩基和壩體防滲。結(jié)合目前施工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)垂直防滲技術(shù)的主要優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，為以后水庫(kù)防滲設(shè)計(jì)提供參考。

平原水庫(kù)；垂直防滲；新技術(shù)

平原水庫(kù)的筑壩材料大多數(shù)在庫(kù)區(qū)取土，屬于散粒體結(jié)構(gòu)，加之壩基主要修建于軟土地基或較差的土基上，地質(zhì)條件較差，如不能采取有效的防滲措施，圍壩或壩基滲漏量較大，與山區(qū)水庫(kù)不同，滲漏量是評(píng)價(jià)平原水庫(kù)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。

1 垂直防滲

由于平原水庫(kù)圍壩較長(zhǎng)，垂直防滲在平原水庫(kù)建設(shè)中主要用于壩基防滲；垂直防滲主要分為介入式和置換式，介入式主要有深層攪拌法防滲墻、高壓噴射灌漿防滲墻、雙輪銑削防滲墻；置換式主要有混凝土防滲墻（含塑性混凝土防滲墻和剛性混凝土防滲墻）、垂直鋪塑、振動(dòng)沉模防滲墻等?？傮w來(lái)說(shuō)，置換式比介入式防滲墻可靠性強(qiáng)，其成墻質(zhì)量好，價(jià)格相應(yīng)也比較高。

1.1 深層攪拌法防滲墻

深層攪拌法適用于加固黏土、砂土、粉質(zhì)黏土、含礫直徑小于0.05 m的砂礫層、淤泥等土層，當(dāng)用于泥炭土或土中有機(jī)質(zhì)含量較高、酸堿度較低及地下水有侵蝕性時(shí)，應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定其適用性。目前為止，水泥土攪拌防滲法最深能夠達(dá)到20 m，深度在8～15 m時(shí)其經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)，質(zhì)量較易控制。深層攪拌法主要優(yōu)點(diǎn)是施工工藝對(duì)環(huán)境影響較小，無(wú)廢漿，孔內(nèi)很少排渣；施工速度較快和成墻價(jià)格較低。主要缺點(diǎn)是施工質(zhì)量不宜控制，尤其是在深層攪拌時(shí)容易開(kāi)叉；成墻易受周圍土體材料限制，攪拌時(shí)易形成層狀結(jié)構(gòu)，影響其防滲的整體性；成墻滲透系數(shù)較大，攪拌好的情況下能達(dá)到α×10-6cm/s,（1＜α＜10）。其主要適用于小型的水利工程。

1.2 高壓噴射灌漿防滲墻

高壓噴射灌漿適用于軟土地基、粒徑小于5 cm的砂礫層，其主要的優(yōu)勢(shì)在于砂礫石地層的處理，施工工藝較簡(jiǎn)單，但在處理壤土、砂壤土或壓實(shí)的壩體土?xí)r，其影響范圍大幅下降，并對(duì)原壩體產(chǎn)生一定的破壞，且孔與孔之間結(jié)合緊密與否不易檢查，其施工質(zhì)量受現(xiàn)場(chǎng)及人員操作影響較大。

1.3 液壓銑削防滲墻（HCSMW）

液壓銑削深攪地下連續(xù)墻施工工藝（HCSMW）是采用掘進(jìn)、提升、注漿、供氣、銑、削、攪拌一次成墻技術(shù)，無(wú)需設(shè)置施工導(dǎo)墻，基土不出槽并和注入的固化劑混合，共同構(gòu)成地下連續(xù)墻墻體。由銑、削、攪、氣、漿的共同作用造成的墻體均勻密實(shí)，幅間連接為完全銑削結(jié)合，結(jié)合面無(wú)冷縫且間距大接頭少，使用的雙輪銑削攪拌地下連續(xù)墻鉆進(jìn)效率高，成墻效率單機(jī)在20～40 m3/h，其環(huán)境影響小，低噪音、低振動(dòng)，可以貼近建筑物施工，施工場(chǎng)地要求較小，且直接將基土作為墻體的組成部分，棄土和棄漿少，較節(jié)能環(huán)保。HCSMW工法適用于在淤泥、砂、礫石、卵石及中硬強(qiáng)度的巖石、混凝土中開(kāi)挖，其適用土層性較強(qiáng)，較傳統(tǒng)的置換式防滲墻價(jià)格大幅降低。由于目前其動(dòng)力機(jī)械主要在下部，其成墻尺寸也相應(yīng)較厚，最薄的防滲墻截止到目前為60 cm。

1.4 混凝土防滲墻（塑性混凝土防滲墻）

防滲墻的主要優(yōu)點(diǎn)是適用范圍廣，適用于砂土、壤土、粉土及小直徑的卵礫石層，在配合沖擊鉆的情況下，適用于巖石地層和含漂石等土層等；實(shí)用性較強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于水利水電、工業(yè)民用建筑等，其成墻深度可達(dá)100 m以上，是目前為止垂直截滲深度最深的方法；安全、可靠，由于其采用置換技術(shù)，其墻體防滲性能較為可靠。主要缺點(diǎn)由于其成墻價(jià)格較高，施工速度較慢，深度較深時(shí)墻體厚度較大。

塑性混凝土防滲墻降低防滲墻的彈性模量、增大防滲墻極限壓應(yīng)變，更加適應(yīng)防滲墻在土體中的位變，滲透系數(shù)一般在α×l0-7cm/s，抗壓強(qiáng)度1.0～5.0 MPa，彈性模量300～2 000 MPa，允許坡降為40～80，成墻深度與普通混凝土防滲墻相當(dāng)，最大已達(dá)100 m以上級(jí)別。

1.5 垂直鋪塑

垂直鋪塑的防滲深度受地下水位、土層分布影響較大，其處理深度一般在15 m以內(nèi)。垂直鋪塑由于開(kāi)槽后回填土不密實(shí)，宜引起壩體裂縫。在施工時(shí)由于泥漿護(hù)壁和土工膜材料重量較輕等因素，易導(dǎo)致土工膜鋪設(shè)不到底情況，近年來(lái)應(yīng)用逐漸減少。

1.6 振動(dòng)沉模防滲板墻

振動(dòng)沉模防滲板墻技術(shù)主要用于砂壤土、黏性土、淤泥質(zhì)土地層建造混凝土連續(xù)防滲墻，造墻深度可達(dá)25 m左右，厚度為8～25 cm，最厚可達(dá)30 cm，不適用于砂層較厚、卵石含量高的地層以及巖石和含有漂石的地層。其主要優(yōu)點(diǎn)是一次性成墻，成墻連續(xù)性較好，厚度均勻、無(wú)接縫、無(wú)縮墻、無(wú)斷墻和無(wú)縱橫向開(kāi)叉等缺陷；采用振動(dòng)擠壓成槽，墻兩側(cè)一定范圍內(nèi)土體被擠密，從而增加有效防滲墻的厚度。主要缺點(diǎn)是其動(dòng)力機(jī)械處于模板上部，利用重錘夯擊使模板沉入土層，施工速度較慢且機(jī)械在不同土層作業(yè)時(shí)宜出現(xiàn)故障，影響其施工進(jìn)度，同時(shí)，遇到薄層細(xì)砂時(shí)模板沉入困難，對(duì)地層是適應(yīng)性較差；地層較密實(shí)時(shí)，其模板會(huì)整體前傾，達(dá)不到防滲深度。

2 垂直截滲方法應(yīng)用情況

山東省平原水庫(kù)的建設(shè)開(kāi)始于20世紀(jì)50年代，在80年代后水庫(kù)除險(xiǎn)加固和平原水庫(kù)建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。目前山東省平原水庫(kù)的建設(shè)地點(diǎn)主要在黃泛區(qū)沖擊平原，其地層巖性主要第四系全新統(tǒng)沖積、堆積的砂壤土、壤土、粘土、淤泥和粉細(xì)砂等。垂直截滲根據(jù)水庫(kù)的地質(zhì)條件不同，需深入到相對(duì)隔水層以減少滲漏量和減小壩后出逸比降。

相對(duì)隔水層必須滿足3個(gè)條件，一是滲透性小，具弱～微透水性；二是厚度較大，否則越流補(bǔ)給量過(guò)大，造成滲漏；三是必須連續(xù)分布，不能出現(xiàn)滲漏“天窗”。根據(jù)黃河沖擊平原地層分布情況，完全滿足的條件的相對(duì)隔水層一般較少，垂直截滲深度可根據(jù)滲流有限元分析和相關(guān)的工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，一般垂直截滲的底高程一般選擇在壤土或粘土范圍內(nèi)，根據(jù)壤土或黏土的深度，選擇合適的垂直截滲方案。

垂直截滲根據(jù)水庫(kù)相對(duì)隔水層的埋深可選擇不同的截滲形式，一般在0～15 m范圍內(nèi)可選擇垂直鋪塑、深層攪拌法防滲墻、振動(dòng)沉模防滲板墻和液壓雙輪銑削防滲墻，可達(dá)到較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用；防滲深度在15～40 m范圍內(nèi)可選擇混凝土防滲墻、液壓雙輪銑削防滲墻和高壓噴射灌漿防滲墻方案；防滲深度40 m以上基本上只有防滲墻方案。

以上水庫(kù)建設(shè)采用的垂直截滲底基本位于壤土、黏土范圍內(nèi)，此層厚度基本在3～5 m深度左右，此層在庫(kù)區(qū)分布連續(xù)，滿足了相對(duì)隔水層的條件，已建成的水庫(kù)運(yùn)行效果良好，壩后農(nóng)田無(wú)發(fā)生浸沒(méi)和鹽堿化情況。

3 結(jié)語(yǔ)

平原水庫(kù)建設(shè)時(shí)間證明，可靠的壩體、壩基防滲不但能夠解決水庫(kù)的滲漏，而且能夠有效控制地下水庫(kù)，不會(huì)引起水庫(kù)周圍附近地區(qū)產(chǎn)生沼澤化和此生鹽堿化，垂直防滲技術(shù)作為平原水庫(kù)的一種主要的防滲形式，在主體工程投資所占比重較大，能夠達(dá)到主體工程投資的15%～35%，合適的防滲形式對(duì)不僅有利于節(jié)約工程投資，對(duì)發(fā)揮工程效益和社會(huì)效益具有重要作用。

（責(zé)任編輯 遲明春）

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1009-6159（2016）-12-0010-02

2016-06-13

于小梅（1981—），女，助理工程師