混凝土防滲墻在土石壩加固方案中的探研與分析

宋焱軍

(哈爾濱市磨盤山水庫管理處，哈爾濱 150010)

1 概 述

混凝土防滲墻是一種廣泛應用的水工建筑物，是在松散透水地基或壩體中連續造孔成槽，以泥漿固壁，在泥漿下澆筑混凝土而建成的、起防滲作用的地下連續墻，是保證地基穩定及大壩安全的一項工程措施。特別是在土石壩維修加固工程中，經常使用混凝土防滲墻作為壩體的防滲結構。

2 應用在土石壩壩體中幾種主要垂直防滲形式及比選

2.1 高壓噴射灌漿

高壓噴射灌漿是以高壓水泥漿或高壓水流強力沖擊切割地層，使水泥漿液與地層土粒摻混，形成充填凝結體。高壓旋噴形成圓柱狀，擺噴和定噴形成薄板狀，彼此連接形成帷幕，以阻隔滲流。高壓噴射灌漿的優點是施工簡單，速度快。其缺點是對地層敏感性強，缺少快速可靠的檢查方法。

2.2 帷幕灌漿

帷幕灌漿從機理分為劈裂灌漿和滲透灌漿兩種。前者是利用灌注漿液的壓力將壩體或地基有控制地劈開，通過灌注漿液，形成漿體防滲帷幕；后者則是在灌漿壓力的作用下，將漿液滲透到地層孔隙中，從而形成防滲帷幕。兩者都是通過灌注漿液而形成帷幕防滲的。劈裂灌漿的優點是設備簡單，施工方便，造價低廉。壩體劈裂灌漿主要適用于壩高小于30 m的心墻壩和均質壩中，當壩體存在碾壓不實、漏水、滲透變形等問題時采用。滲透灌漿的特點是可達到很大的深度，幾乎是解決基巖滲漏問題的唯一的方法，但造價較高。

2.3 混凝土防滲墻

與高壓噴射灌漿和帷幕灌漿相比，防滲墻是最為穩妥可靠的。首先是因為防滲墻是在造成完整的槽孔并有可靠的接頭條件下澆筑混凝土的；其次是因為在造孔過程中泥漿的滲透和泥皮的存在，形成一個附加的隔水層；第三則是因為防滲墻的工序檢查和最終檢驗方法相對成熟。

近些年來，混凝土防滲墻施工技術發展很快，在機具、工藝、墻體材料、檢測等各個方面都有很大的進步。造孔機具主要有沖擊鉆機、回轉鉆機、鋼繩抓斗、液壓抓斗以及液壓銑槽機等。墻體材料有高強混凝土和塑性混凝土及自凝灰漿等。施工過程中，固壁及墻間接縫是關鍵環節，應充分重視造孔固壁泥漿的制作、使用、管理及回收利用，一般采用優質膨潤土制成低固相的優質泥漿。根據不同地層對泥漿性質的要求，可摻加分散劑、增黏劑、加重劑等改善泥漿性能。墻間接縫是指防滲墻槽段間的接縫，是防滲墻施工的薄弱環節。接縫的形式和施工方法主要包括以下幾種：鉆鑿法、雙反弧接頭法、拔管法等。對于混凝土防滲墻成墻質量的檢查主要方法有：鉆孔取芯法、超聲波和地震透射層析成像(CT)法。

3 應用實例

某大(Ⅱ)型水庫總庫容5.23×108m3，攔河壩為黏土心墻土石壩，心墻頂高程322.50 m，底高程284.00 m，下部與混凝土防滲墻相接，最大壩高49.9 m。技術人員巡視過程中發現，0+225斷面壩頂心墻下游側測壓管水位異常升高，且伴有大幅度波動變化。經過專業人員對該異常現象的分析發現，導致測壓管水位異常的根本原因是心墻的質量缺陷，從而發生了滲透變形，形成滲流通道。針對以上情況，研究決定第二年春季進行防滲應急加固處理。

3.1 應急加固方案比選

3.1.1 應急加固方案選擇的幾項原則

應急加固方案選擇應考慮方案實施后的可靠性、實施中的安全性、對周圍環境的要求、方案的經濟性、工期、與最終方案的結合程度以及社會影響等多方面因素。

3.1.2 幾種可能的加固方案

土石壩防滲處理通常采用灌漿和防滲墻或二者結合的型式。灌漿可分為充填灌漿、劈裂灌漿、高噴灌漿和帷幕灌漿。防滲墻根據墻體材料不同，分為黏土防滲墻、水泥土攪拌防滲墻和混凝土防滲墻。針對該水庫壩體壩基條件、工程規模及已做過的加固處理情況，初步擬定采用如下6種應急加固方案：

1) 充填灌漿方案，底部到建基面(簡稱充填灌漿)。

2) 高壓旋噴方案，底部到建基面(簡稱高噴灌漿)。

3) 混凝土防滲墻，底部與原防滲墻“搭接”(簡稱防滲墻搭接方案)。

4) 全混凝土防滲墻，底部延伸至弱風化基巖0.5～1.0 m(簡稱全混凝土防滲墻方案)。

5) 混凝土防滲墻，下接灌漿帷幕(簡稱上墻下幕方案)。

6) 水泥土攪拌墻(簡稱TRD工法方案)。

3.1.3 方案比較

3.1.3.1 方案I——填充灌漿方案

對于壩體填筑質量很差，甚至有滲漏通道的壩體，用填充灌漿進行應急處理是有效的。如該工程對0+255段的填充灌漿就會起到明顯效果。作為度春汛的應急措施，是可選用的方案之一。它的最大優點是方便、快捷、有效、費用最低、工期最短，只要灌漿壓力控制得當，施工是安全的，且對場地和庫水位要求不高。缺點是長期可靠性差，與最終加固方案無法結合。

3.1.3.2 方案Ⅱ——高壓旋噴灌漿方案

該方案同樣短時間內能起到一定效果，相對而言工期短，費用低，對施工場地水庫水位要求適當低水位。但施工安全性最差，易發生安全事故，需嚴格控測。該方案與最終加固方案無法結合。

3.1.3.3 方案Ⅲ——混凝土防滲墻與原塑性混凝土防滲墻“搭接”方案

該方案的出發點是盡量利用原塑性混凝土防滲墻，但施工難度大，技術要求高，未見成功案例的相關報道。搭接灌漿成功后，防滲性是可靠的，施工安全性沒有問題，屬常見施工方案。該方案對施工場地要求較大，需拆除防浪墻和壩頂保護層，要求庫水位處于適當低水位。就應急加固費用而言，可有效利用原塑性防滲墻，會節省大量加固資金。其施工期相對較長。如混凝土防滲墻和基礎塑性混凝土防滲墻“搭接”能夠成功，則原塑性防滲墻墻體可保留利用。從這個角度看，是最合理的。

3.1.3.4 方案Ⅳ——全混凝土防滲墻方案

原防滲墻伸至卵石混合層底部，其下帷幕灌漿，灌至微風化巖石底部。經驗表明，防滲墻伸入微風化巖石0.5～1 m，其防滲效果已很好。考慮到強風化花崗巖層厚僅2～3 m，防滲墻穿過該層，伸入微風化巖石0.5～1 m，增加的工程量不很大，既可省去其下灌漿工序，又能收到很好的防滲效果，故提出全混凝土防滲墻方案。該方案一勞永逸，實施后防滲可靠性最好。施工安全性及對周圍環境的要求同方案Ⅲ。但該方案費用最高，且原壩基塑性混凝土防滲墻實施中遇到的混合土卵石層夾孤石，施工難度大，工期最長，社會影響也最大。但應急加固后，該段防滲墻墻體可保留利用，作為永久性混凝土防滲墻的一部分。從該角度看，它可省去應急加固費用，是合理的。

3.1.3.5 方案Ⅴ——上墻下幕方案

該方案防滲墻伸入碎石混合土2～3 m，其下帷幕灌漿，至弱風化巖底部。考慮到必須在主汛期前完成，工期長度成為控制性條件。且近年來帷幕施工技術可靠性不斷進步，也有成功實例，故提出上墻下幕方案。該方案實質上仍是重建一套完整的防滲體系，效果可靠，施工安全性及對周圍環境的要求同方案Ⅲ、Ⅳ，費用較貴。但可在主汛期來臨之前完成。且其應急加固后，該段防滲體可保留利用，作為永久性防滲體系的一部分，經濟上是合理的。

3.1.3.6 方案Ⅵ——TRD工法方案

該工法方案多用于堤防和工民建或低壩中，其優點是成墻連續可靠，施工較快，作為應急加固方案，是可選用方案之一。該方案可靠性較好，施工最安全，費用適中，工期較短。但占用場地大，壩頂防浪墻和保護層要拆除，也需要適當降低庫水位，且與最終加固方案無法結合。

上述6個應急加固方案的定性比較見表1。

表1 應急加固方案比較表

作為度春汛的應急加固方案，這6個加固方案均可行，但考慮當前工程險情仍未得到控制，具有搶險性質的方案Ⅰ顯然有優勢。

方案Ⅱ優勢不突出，施工安全性差，易發生安全事故，該方案建議不予考慮。若工程險情能得到基本控制，方案Ⅲ、方案Ⅳ、方案Ⅴ、方案Ⅵ均可考慮。若工期也能滿足度汛要求，顯然能與最終加固方案結合的方案Ⅲ、方案Ⅳ、方案Ⅴ更有優勢，方案Ⅵ可不予考慮。故推薦方案Ⅲ、方案Ⅳ、方案Ⅴ。

方案Ⅲ、方案Ⅳ、方案Ⅴ這3個方案，各有優缺點。就三者比較而言，方案Ⅲ工期最短，費用最低，社會影響最小，但施工難度較大。因其利用原防滲墻為塑性，混凝土耐久性差，加之新老防滲墻“搭接”部位為薄弱部位，受力變形條件復雜，其長期效果(耐久性)需進一步計算論證和運行檢驗。方案Ⅳ從技術上看，防滲效果最可靠，可一勞永逸。但費用最貴，施工難度大，工期最長，難以在主汛期前實施完畢，且社會影響最大。相比之下，方案Ⅴ技術上也是可靠的，費用較低，工期較短，滿足主汛期前完成的要求，對社會影響較小，但壩基混合土卵石層灌漿效果難以保證，其長期效果(耐久性)不如方案Ⅳ。在現階段，社會影響的大小往往是決策者不得不考慮的一個重要因素。

3.2 最終方案確定

通過上述分析，方案Ⅲ、方案Ⅳ、方案Ⅴ這3個方案均可行。但最終方案確定還應結合方案的可靠性、安全性、耐久性、費用、工期、施工條件、社會影響等多方面因素綜合考慮，進一步細化和盡可能量化，綜合分析比較，并結合水庫工程和當前實際情況來選擇確定。

水庫當時雖已采取降低水位運行、加強巡視檢查監測等措施、做好緊急泄洪和應急搶險等應急準備工作，但心墻滲透變形仍在發展。因此，防滲墻施工前應盡快采用充填灌漿的方式，對心墻已形成的滲漏通道進行封堵，控制險情發展。考慮到該工程的重要性，最終加固方案應該是重建一套完整可靠的防滲體系。為避免施工機具重復進場和施工帶來的成本和社會影響，同時為確保防滲體系的效果，最好結合應急處理，在主汛期前一次完成重造大壩防滲體系的實施方案。推薦方案形成后,邀請相關專家多次研究探討大壩應急加固處理方案，最終形成一致意見：采用塑性混凝土防滲墻處理方式，用方案Ⅴ 即“上墻下幕”的施工方案與壩基混凝土防滲墻銜接，對大壩全段進行一次性除險加固，形成完整的大壩防滲體系。工程完工后收到了預期效果。

4 結 語

混凝土防滲墻是隱蔽工程，是處理土石壩滲漏的一種比較常用的好方法，因為它能較徹底地截斷滲流。但這也是一種比較費時費錢的方法。但當設計考慮不周全或施工質量較差時，也達不到預期效果，甚至會出現新的滲漏問題。因此，周密的設計、嚴謹的施工和有效的監督是成功的關鍵。