我國水利水電混凝土防滲墻的發展

陳賡儀

摘要 40年來，我國水利水電混凝土防滲技術，從無到有逐漸發展至今，已能夠在各種特殊地層中修建各種用途的混凝土防滲墻。通過大量實踐，積累了豐富經驗。在科學研究、勘測設計和施工技術及現代化管理方面也獲得很大進展，解決了在復雜地質條件下建壩所遇到的規模較大的常規地基處理技術，也掌握了特殊地基處理的某些關鍵技術。

關鍵詞 防滲墻 地基處理 關鍵技術

混凝土防滲墻技術50年代初期源于西歐、意、法等國，于1959年引進我國。現僅以對我國混凝土防滲墻的發展具有影響和代表性的典型實例來介紹其發展歷程。

1、 山東月子口水庫聯鎖樁柱型混凝土防滲墻

1958年借鑒國外混凝土防滲墻某些資料和長江大橋橋基的施工經驗，我們加強協作刻苦鉆研，反復試驗，終于以不到一年的時間，建成了一道959根直徑為60cm的聯鎖樁柱構成的深20m的混凝土防滲墻。它的產生為土壩地基防滲墻技術創新走出了一條新的道路，預示了我國混凝土防滲墻技術已走上了啟蒙階段。

2、北京密云水庫白河主壩槽形混凝土防滲墻

在月子口防滲墻經驗的啟發下，為解決密云大壩深厚松散壩基的防滲難題，從1958年開始經過了近一年的研究試驗，最后摸索出了一套具有我國技術特色的主付孔“鉆劈法”抽筒出碴、分期造槽成墻的工藝。修建成功了我國第一道槽形混凝土防滲墻。為我國發展使用這項技術指明了方向和打下了基礎。同時培養了一支為水利水電建設轉戰祖國大江南北具有光輝業績的基礎處理專業施工隊伍。

密云水庫白河主壩混凝土防滲墻，總長784.806m，墻厚0.8m，嵌入基巖0.5m。全墻造孔進尺35573.7m，防滲墻總面積18876m²，澆筑混凝土20702.21m³，全部工期歷時6個月，建成后經40年來運轉表明防滲效果良好。

該墻修建成功，在當時的條件下，成功的規范了我國的防滲墻混凝土工程，諸如毛家村，南谷洞，十三陵，碧口等大壩混凝土防滲墻。之后，防滲墻的形式和適用范圍發展很快，尤其在混凝土壩方面。

貴州貓跳河四級窄巷口水電站在拱橋上建成的雙曲拱壩，在其下第四紀沖積層內建成混凝土和鋼筋混凝土防滲墻各一道，替代了壩基深復蓋層開挖。

四川漁子溪一級水電站攔河壩基礎大直徑漂卵石，采用了漿下定向累能爆破方式，成功建成了混凝土防滲墻。

迄今這批工程仍發揮著顯著的工程效益。

3、除險加固壩體及壩基礎防滲墻的修建

為了擴充我國松散壩基防滲墻修建技術的適用范圍，于1965年在甘肅金川峽水庫大壩加固中。穿透壩體粘土芯墻建成了我國第一道壩體內的防滲墻，使混凝土防滲墻作為壩體防滲體系，其作用和功效又向前推進了一步。其后，澄碧河、拓林、海子、黃羊河、邱莊等多座水庫大壩均建成了同類型心墻bD固混凝土防滲墻。現介紹其中規模較大的典型工程一拓林水電站心墻壩基礎混凝土防滲墻。

圖1 密云水庫白河主壩剖面圖

四級窄巷口水電站

該工程為粘土心墻壩，最大壩高63.5m，由于原設計標準偏低及大壩施工質量問題，列為險庫，一直不能發揮應有效益，直到1979年對工程進行了加固，通過心墻及壩基作一道混凝土防滲墻。墻長591m，平均深61.24m，墻厚0.8m，墻本總截面積33000m²，嵌人基巖3.5m。其技術特點是：在穿過粘土芯墻造孔中成功地應用了多刃角空心式鉆頭，提高了粘土心墻的鉆進功效。造墻中還曾試用了反弧鉆頭接頭工藝。采用泥漿下超聲檢測鉆孔質量的措施，為適應在深度較大，心墻較薄的條件下安全澆筑流態混凝土，制定特殊規定，解決了一些關鍵技術，取得了在壩心墻內設置剛性心墻時設計及安全施工的經驗，為加固心墻壩找到可借鑒的經驗。

本防滲墻工程16個月完成進尺34939m，澆筑混凝土27433m³。建成后，經受了1998年洪水考驗，證明加固防滲效果顯著。

4、混凝土防滲墻修建技術進入成熟階段的工程

70年代中期，我國已建成超過40m深的主要混凝土防滲墻達15座，墻截水面積達16萬余m²。我國的設計施工已解決在不同工程要求和不利自然條件下成功建成防滲墻的技術。諸如銅街子左深槽防滲墻，水口圍堰防滲墻等。在80年代成功的建成了葛洲壩深水圍堰雙道混凝土防滲墻工程，這是我國混凝土防滲墻的新發展，也是三峽工程的實戰準備。

葛洲壩工程大江圍堰是保證大江主體建筑物安全施工的唯一屏障，并承擔了一期工程通航發電重任，設計采用兩道防滲墻(圖3)

該圍堰在深水中以砂卵石拋投而成，水下堰體松散且透水。河床復蓋層為砂礫石強透水層，河床基巖為粘土質粉砂巖及透水礫巖。

二道穿過堰體及地基的混凝土防滲墻均厚0.8m，兩墻軸線距為3.5m，墻底嵌人基巖0.5～1.0m。

該混凝土防滲墻技術特點是：首先采用雙道墻先后分期施工。由于雙墻合龍段施工僅為一個枯水季，故工程安排上采用了多鉆機短槽孔多接頭方式。為此引進了液壓抓斗，并成功的應用了“兩鉆一抓”的主副孔施工工藝。為了保證槽間接頭質量，還首次采用了可拔 80cm鋼接頭管，改善了槽孔接頭質量，縮短了工期，節約了投資。在墻體材料上第二道墻使用的大摻量粉煤灰混凝土、混凝土攪拌運輸車供料工藝等均大幅度提高了施工技術水平，取得了良好的工程效益。

葛洲壩大江圍堰防滲墻總計完成進尺81770m，防滲截水面積51155m²，澆筑混凝土達62269m³。

5、墻體最深和混凝土強度最高的防滲墻工程

隨著我國大型水利水電工程的建設發展，對高土石壩的地基防滲墻系統不斷提出了更高的要求。黃河小浪底工程主壩基礎采用混凝土防滲墻方案的成功建成，使這項技術更進一步發展。

黃河小浪底主壩(如圖4)為內鋪蓋的壤土斜心墻堆石壩，最大壩高154m，設計選用了心墻下以混凝土防滲墻作為河床復蓋層的防滲措施。防滲墻軸線長464.03m，防滲墻截水面積約21174m²。

河床復蓋層最深達80余m，基巖為粘土巖和砂巖。

該混凝土防滲墻設計墻厚1.3m，嵌入基巖1～4m，墻段連接為套接接頭，墻體溫凝土設計強度為R90、35MPa，變形彈模E值為30000MPa。

該墻主要技術特點是沖擊鉆為主施工孔，付孔由液壓抓斗及沖擊鉆使用“兩鉆一抓”及鉆和劈工藝施工。在造槽施工過程中熟練應用了上述造孔技術，施工工藝嚴格。成品率高，創造了目前國內混凝土防滲墻81.9m的最高深度記錄。充分體現了我國造墻水平。

由于墻體材料強度高使槽間套接孔鉆鑿十分困難。為此專門研究配置了早期強度低，后期強度高的粉煤灰混凝土，從而順利解決了接頭孔的造孔困難，保證了接頭孔0.2％的孔斜率，使其合格率達到98.2％。

圖2拓林水電站主壩剖面圖

圖3 葛洲壩大江上游圍堰剖面圖

圖4 小浪底主壩橫斷面圖

該混凝土防滲墻的第二期工程(左岸)防滲墻截水面積1501m²，墻厚1.2m，最深達70.3m。其主要技術特點為槽段接頭采用了包裹接頭法。該段二期工程由國外承包商施工，為我們提供了學習國外經驗的機遇。

6、 三峽工程二期圍堰混疆土防滲墻

三峽工程二期圍堰是三峽工程中最重要的臨時建筑物。防滲墻是二期圍堰主要的組成部分。它是確保二期工程成敗的關鍵。

二期上游圍堰均系在60m深水中填筑，截流戧堤使用塊石填筑，口門段平拋墊底用砂卵石填筑。上部心墻用風化砂填筑而成。上下游圍堰軸線總長2407m，最大高度超過80m(見Pz2二期上游橫向圍堰典型剖面圖)

圍堰地基復雜，尤以河漫灘及江中深槽部位含有高陡坡和高強度、大粒徑塊球體，這是防滲墻鉆鑿孔的一大難題。

堰體防滲墻結構設計為塑性混凝土防滲墻，其上接土工合成材料，其下為帳幕灌漿。上游圍堰深槽段長162m，采用雙排塑性混凝土防滲墻，墻厚lm，上、下游圍堰混凝土防滲墻共約8.4萬m²。

該防滲墻中尤以上游圍堰防滲墻具有深度大、施工強度高、工期緊迫、地質條件極其復雜的特點，故其技術綜合難度較大。國際上幾家知名度很高的基礎工程公司，亦對此表示認真對待不能輕視。這確實對我國自己的防滲墻設計、施工技術水平提出了一次挑戰和考驗。

面對如此艱巨的任務，曾動員了有關的科研、高校、設計、施工、勘測等部門及專家開展了深入研究和試驗，通過幾次國家重點科研立項，以及大規模的全面現場施工試驗，終于使二期圍堰及混凝土防滲墻按時建成，取得了預期的成功。使得我國防參墻技術水平得到進一步提高。表現在：

①設計基于充分的前期勘測，試驗等工作，吸收國內外有關工程經驗，尤其是葛洲壩圍堰和三峽一期圍堰實踐經驗。保證了防滲墻設計的科學性和先進性。

②堅持現場實地試驗，摸清地層規律，取得施工所需的多項參數。實踐中鍛煉了隊伍，提高了施工人員的技術素質。

③防滲墻施工采用了國內外的先進施工機具及工藝，為保證槽孔施工的高效優質選定了反循環沖擊鉆，液壓導板抓斗和國際先進的雙輪鉆機作為槽孔施工機械，滿足了工程的要求。

④解決了槽孔施工中塊球體鉆鑿工藝，使用泥漿下鉆孔或聚能爆破，重型鉆頭沖砸配合沖擊鉆或抓斗并采用超前鉆等項施工工藝，提高了造槽工效，也保證了安全施工。

⑤上游圍堰中間部位深槽段左側70°～80°陡巖坡面的鉆進，除使用傳統的漿下聚能爆破外還使用了大量鉆孔預爆及槽內孔底定位鉆孔爆破，使陡坡形成多級不規則的臺階狀，既保證了墻底的接觸良好。也使雙輪銑及反循環沖擊鉆鉆進效率提高l～3倍。

⑥泥漿及凈化系統，圍堰防滲墻工程中采用了膨潤土為主材低固項泥漿，以適應各類鉆機的循環工藝。

⑦防滲墻槽孔建在拋填風化砂料之上，密度較低，為避免槽壁坍塌及減小防滲墻上部的水平位移，使用了振沖加密技術，使填筑風化砂的堰體容量達到1.8g/cm³以上，振沖加密施工取得了成功。

40年來，我國水利水電混凝土防滲墻技術，從無到有逐漸發展直至目前，已可在各種一般特殊地層中，修建各種用途的混凝土防滲墻，其中有的墻最大深度可接近100m。今天靠我國自己的力量已能完成像葛洲壩大江圍堰混凝土防滲墻、小浪底主壩混凝土防滲墻以及三峽二期圍堰防滲墻等大型防滲墻工程。目前正在施工的黃壁莊水庫副壩混凝土防滲墻工程量可達300000m²。據不完全統計，截至1998年我國不同用途的各種混凝土防滲墻已超過100余座。截水面積達100余萬m²。40年來我國混凝土防滲墻技術，通過大量工程實踐，積累了豐富的經驗，不論在科學研究，勘測設計和施工技術現代化管理方面都獲得了很大進展。

隨著我國國民經濟的發展，我國水資源的利用也將得到進一步的開發，對水利水電工程中的混凝土防滲墻工程，會不斷提出更高更新的要求。我們應針對水利水電工程地基的關鍵技術，如新裝備、新工藝、新材料，自動控制等展開協同攻關，總結經驗，找出規律，加強理論研究，以促進防滲墻技術的不斷全面發展，迎接我國21世紀水利水電建設的新高潮。