淺談水利工程中塑性混凝土防滲墻的構造與施工

1 引言

隨著我國經濟持續穩定地向前發展，每年用于江河治理、大壩防滲等地下防滲墻工程（簡稱防滲墻）的投資規模達幾千億元，且防滲墻工程項目有逐年遞增的趨勢。在舉世矚目的長江三峽、黃河小浪底水利樞紐、二灘電站等大型水利水電工程中，防滲墻技術都得到了成功的推廣和應用。

2 水利工程中防滲墻的的構造

防滲墻一般都是槽板式的，并按單元槽段施工，通過接頭將其連成整體。對于水利水電工程的防滲墻，是在松散透水地基或土石壩（堰）壩體中以泥漿護壁連續造孔，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墻。國內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迄今防滲墻技術的最高水平。

20世紀60-80年代，國內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過高（600-1200元/m2），且剛性混凝土在地基土水平力作用下，易發生局部開裂現象，致使抗滲能力反而降低。

到20世紀80年代，我國防滲墻的墻體材料有了重大創新，塑性混凝土、自凝灰漿和固化灰漿等柔性材料墻體不斷問世。這類柔性墻體材料因含有粘土、粉煤灰、水玻璃以及有機外加劑，漿材固結后呈現很大的塑性，其抗壓強度較低（0.1-5MPa）、彈性模量小于2000MPa，即墻體強度指標和防滲墻周圍地基土比較接近，墻體受力后與地基土的協調變形能力強，不易出現開裂；加之抗滲性能好（單位吸水率ω≤10-8m/s）、工程造價較低（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展潛力。

3 塑性混凝土防滲墻的設計

3.1 塑性混凝土防滲墻的設計深度

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

3.2 塑性混凝土防滲墻墻體厚度的確定

防滲墻的厚度應滿足墻體抗滲性、耐久性、滿足墻體應力和變形的要求，同時還應考慮到地質情況及施工設備等因素。

由于國內防滲墻設計無規范，防滲墻的滲透計算和滲透穩定分析以及強度、變形計算尚無規范的計算方法和理論。在設計時，根據防滲墻破壞時的水力坡降確定墻體厚度（δ），計算公式如下：

δ=K？啄=■

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

根據已建成的塑性混凝土防滲墻統計，防滲墻允許承受的水力坡降Jp=Jmax/K，可達到100，當K=5時，Jp為60，假定防滲墻承受的最大水頭差與壩前水深相同。平原區水庫，由于河流水頭較低，ΔHmax一般在10～30m之間居多。計算得：δ=0.15～0.5m即可滿足要求為節約材料，降低成本，平原地區土壩塑性混凝土防滲墻可以做得薄一些，受造孔機具限制，參考國內工程經驗，平原區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

參考國內外已建防滲墻的經驗，柔性防滲墻一般采用塑性混凝土作為墻體材料。這種材料有抗滲性能好，變形模量低，極限應變值大，適應變形能力強等特點。

塑性混凝土防滲墻的設計指標為：28d彈性模量800～1000MPa，抗壓強度≥2.5MPa，滲透系數<（1～9）×10-8cm/s。配合比見表1。

表1 塑性混凝土配合比（kg）

4 塑性混凝土防滲墻的施工

防滲墻是在壩體內連續造孔成槽，以泥漿固壁，在泥漿下澆筑塑性混凝土而建成的。對于小型工程，一般采用沖擊式鉆機造孔或兩鉆一抓法。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。但該法施工平臺要求大于18m，施工時難以布置。成墻厚度受開槽機械限制，防滲墻一般較厚。

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

防滲墻頂部處理。樁頭處理時結合樁頂檢查一并進行，在回填前查明有無漏樁，搭接厚度是否滿足設計要求等情況，如有應進行補樁處理。防滲墻樁頭頂部應于挖除并回填。有條件的采用粘土或粉質粘土回填，也可以用原堤身開挖土回填，但應除掉碎石和雜物。回填密實度不小于0.92。

5 防滲墻施工中應注意的問題

防滲墻施工過程中，造孔質量是保證防滲墻質量的首要環節。同時，在防滲墻施工過程中，造孔時間占總工期的2/3以上，是制約工期的關鍵環節。施工中應采取預防偏孔措施，有效地防止或減少偏孔，使孔斜控制在允許范圍內。

保證塑性混凝土防滲墻施工質量和速度的關鍵在于開槽的連續性，澆筑的及時性。

并且要把泥漿固壁作為一個重要的施工環節去對待。否則，一旦出現塌孔，將導致施工中斷，而斷開段的處理相當困難。因此，各工序必須嚴格按規程進行操作，控制進度和質量。同時加強機械設備的維修養護，保證完好率，確保塑性混凝土防滲墻“連續作業”，達到保證塑性混凝土防滲墻施工質量的目的。

6 結束語

實踐表明，塑性混凝土防滲墻技術應用于平原地區大壩除險加固工程，可有效解決壩體，壩基滲漏問題，且具有施工速度快，工程造價低，防滲效果好，可靠性高等特點，是水庫大壩防滲加固較好的措施。隨著塑性混凝土防滲墻技術的迅速發展，施工機具的不斷創新和完善，經濟效益的不斷提高，其用途將日益廣泛。

參考文獻

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[2]高鐘璞.大壩基礎防滲墻[M].北京：中國電力出版社，2000.

[3]白永年，等.中國堤壩防滲加固新技術[S].2001.