垂直防滲技術在平原水庫建設中的應用

于小梅，吳先敏

（1.泰安市岱岳區彩山水庫管理所，山東泰安 271042；2.山東省水利勘測設計院，山東濟南 250014）

垂直防滲技術在平原水庫建設中的應用

于小梅1，吳先敏2

（1.泰安市岱岳區彩山水庫管理所，山東泰安 271042；2.山東省水利勘測設計院，山東濟南 250014）

垂直截滲在平原水庫建設中主要用于壩基和壩體防滲。結合目前施工技術的發展，對垂直防滲技術的主要優缺點進行分析，為以后水庫防滲設計提供參考。

平原水庫；垂直防滲；新技術

平原水庫的筑壩材料大多數在庫區取土，屬于散粒體結構，加之壩基主要修建于軟土地基或較差的土基上，地質條件較差，如不能采取有效的防滲措施，圍壩或壩基滲漏量較大，與山區水庫不同，滲漏量是評價平原水庫經濟性的重要指標。

1 垂直防滲

由于平原水庫圍壩較長，垂直防滲在平原水庫建設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、振動沉模防滲墻等。總體來說，置換式比介入式防滲墻可靠性強，其成墻質量好，價格相應也比較高。

1.1 深層攪拌法防滲墻

深層攪拌法適用于加固黏土、砂土、粉質黏土、含礫直徑小于0.05 m的砂礫層、淤泥等土層，當用于泥炭土或土中有機質含量較高、酸堿度較低及地下水有侵蝕性時，應通過實驗確定其適用性。目前為止，水泥土攪拌防滲法最深能夠達到20 m，深度在8～15 m時其經濟性較強，質量較易控制。深層攪拌法主要優點是施工工藝對環境影響較小，無廢漿，孔內很少排渣；施工速度較快和成墻價格較低。主要缺點是施工質量不宜控制，尤其是在深層攪拌時容易開叉；成墻易受周圍土體材料限制，攪拌時易形成層狀結構，影響其防滲的整體性；成墻滲透系數較大，攪拌好的情況下能達到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，其主要的優勢在于砂礫石地層的處理，施工工藝較簡單，但在處理壤土、砂壤土或壓實的壩體土時，其影響范圍大幅下降，并對原壩體產生一定的破壞，且孔與孔之間結合緊密與否不易檢查，其施工質量受現場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墻施工工藝（HCSMW）是采用掘進、提升、注漿、供氣、銑、削、攪拌一次成墻技術，無需設置施工導墻，基土不出槽并和注入的固化劑混合，共同構成地下連續墻墻體。由銑、削、攪、氣、漿的共同作用造成的墻體均勻密實，幅間連接為完全銑削結合，結合面無冷縫且間距大接頭少，使用的雙輪銑削攪拌地下連續墻鉆進效率高，成墻效率單機在20～40 m3/h，其環境影響小，低噪音、低振動，可以貼近建筑物施工，施工場地要求較小，且直接將基土作為墻體的組成部分，棄土和棄漿少，較節能環保。HCSMW工法適用于在淤泥、砂、礫石、卵石及中硬強度的巖石、混凝土中開挖，其適用土層性較強，較傳統的置換式防滲墻價格大幅降低。由于目前其動力機械主要在下部，其成墻尺寸也相應較厚，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）

防滲墻的主要優點是適用范圍廣，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；實用性較強，廣泛應用于水利水電、工業民用建筑等，其成墻深度可達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，其墻體防滲性能較為可靠。主要缺點由于其成墻價格較高，施工速度較慢，深度較深時墻體厚度較大。

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變，更加適應防滲墻在土體中的位變，滲透系數一般在α×l0-7cm/s，抗壓強度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，最大已達100 m以上級別。

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。垂直鋪塑由于開槽后回填土不密實，宜引起壩體裂縫。在施工時由于泥漿護壁和土工膜材料重量較輕等因素，易導致土工膜鋪設不到底情況，近年來應用逐漸減少。

1.6 振動沉模防滲板墻

振動沉模防滲板墻技術主要用于砂壤土、黏性土、淤泥質土地層建造混凝土連續防滲墻，造墻深度可達25 m左右，厚度為8～25 cm，最厚可達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。其主要優點是一次性成墻，成墻連續性較好，厚度均勻、無接縫、無縮墻、無斷墻和無縱橫向開叉等缺陷；采用振動擠壓成槽，墻兩側一定范圍內土體被擠密，從而增加有效防滲墻的厚度。主要缺點是其動力機械處于模板上部，利用重錘夯擊使模板沉入土層，施工速度較慢且機械在不同土層作業時宜出現故障，影響其施工進度，同時，遇到薄層細砂時模板沉入困難，對地層是適應性較差；地層較密實時，其模板會整體前傾，達不到防滲深度。

2 垂直截滲方法應用情況

山東省平原水庫的建設開始于20世紀50年代，在80年代后水庫除險加固和平原水庫建設中得到廣泛應用。目前山東省平原水庫的建設地點主要在黃泛區沖擊平原，其地層巖性主要第四系全新統沖積、堆積的砂壤土、壤土、粘土、淤泥和粉細砂等。垂直截滲根據水庫的地質條件不同，需深入到相對隔水層以減少滲漏量和減小壩后出逸比降。

相對隔水層必須滿足3個條件，一是滲透性小，具弱～微透水性；二是厚度較大，否則越流補給量過大，造成滲漏；三是必須連續分布，不能出現滲漏“天窗”。根據黃河沖擊平原地層分布情況，完全滿足的條件的相對隔水層一般較少，垂直截滲深度可根據滲流有限元分析和相關的工程經驗進行判斷，一般垂直截滲的底高程一般選擇在壤土或粘土范圍內，根據壤土或黏土的深度，選擇合適的垂直截滲方案。

垂直截滲根據水庫相對隔水層的埋深可選擇不同的截滲形式，一般在0～15 m范圍內可選擇垂直鋪塑、深層攪拌法防滲墻、振動沉模防滲板墻和液壓雙輪銑削防滲墻，可達到較為經濟實用；防滲深度在15～40 m范圍內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。

以上水庫建設采用的垂直截滲底基本位于壤土、黏土范圍內，此層厚度基本在3～5 m深度左右，此層在庫區分布連續，滿足了相對隔水層的條件，已建成的水庫運行效果良好，壩后農田無發生浸沒和鹽堿化情況。

3 結語

平原水庫建設時間證明，可靠的壩體、壩基防滲不但能夠解決水庫的滲漏，而且能夠有效控制地下水庫，不會引起水庫周圍附近地區產生沼澤化和此生鹽堿化，垂直防滲技術作為平原水庫的一種主要的防滲形式，在主體工程投資所占比重較大，能夠達到主體工程投資的15%～35%，合適的防滲形式對不僅有利于節約工程投資，對發揮工程效益和社會效益具有重要作用。

（責任編輯 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