水利工程中土壩混凝土防滲墻的設計討論

趙建成，沈佳文

（水發規劃設計有限公司南京分公司，江蘇 南京 210003）

1 前言

我國平原的大部分水庫修筑于建國初期，多為均質土壩，壩高較低。由于歷史因素，有的水壩基礎處理不徹底，即使是普通的水壩，也沒有進行完善的壩基處理。在大壩的下端有一個由較深的沙子和礫石層構成的過濾通道。壩體坍塌、壩基下陷和滲漏現象時常發生。如遇汛期發生洪水，大壩下發生漏水的可能性較大。隨著施工工具和混凝土防滲墻技術的完善，土壩采用混凝土防滲墻技術已成為建設大壩的主要手段。本文提供了混凝土防滲墻的設計和施工指南，以期能夠作為類似項目的參考。

2 水利工程應用防滲技術的意義

水利工程是一個復雜而龐大的工程，而水利工程所牽涉的領域同樣非常龐大，所以在建設水利工程時要考慮的方面有很多。在水利工程施工項目中，重點是調節和分配水資源以及進一步改進水利項目，以控制水資源能夠更好地為當地人民群眾服務。只有這樣，水資源管理項目才能更好地融入當地群眾的生產生活，并為群眾創造最好的生存空間。水利工程施工項目的主要挑戰是預防水滲透，這是水利工程項目中不可忽視的因素。水資源作為自然資源，其具有明確的雙面性。因此，水利工程中的防滲透技術對水利工程的質量控制至關重要。水滲透技術是一門專業性較強的技術，為了確保技術的有效實施，水利工程師需要對技術有深入的了解和掌握。

一般而言，水利工程施工環境的地質條件通常比較復雜，自然環境條件惡劣，工作環節比較復雜，需要的資源和成本投入也非常大。因此，施工人員必須認真、始終如一地工作，以免有任何出現人為差錯的可能性，因為一旦出現問題，對水利工程管理項目的影響十分嚴重。在水利工程施工項目的事故中，滲水問題占所有事故的四成左右，這是水利項目工程師需要重視的統計數據。由于大部分水利工程人員要深入施工現場，在保證水利工程質量、實施經濟優化、采用優良的施工技術以達到最佳防滲效果的前提下，必須制定詳細的工程計劃，根據工程當地的實際情況，明確考慮水利工程的安全性能。

3 混凝土防滲墻施工方法

防滲墻的混凝土澆筑工藝是先挖溝澆泥，再澆混凝土代替泥漿。建造混凝土防滲墻的方法很多，主要是通過挖掘材料和礦渣的堆積。目前最常見的施工方法是使用鑿巖機豎立不透水的混凝土防滲墻。這種施工方法本質上包括三個工作過程：鉆孔、換漿和澆筑混凝土。鉆孔前，需要為挖掘機安裝一個輔助結構：導墻，導墻不僅可以為挖掘機提供泥漿，還可以在鉆孔時使用。鉆井時使用的泥漿必須具有一定的靜剪切力和觸變性。泥漿中的砂含量應盡可能低，以便從井底輸送更多的鉆屑，并確保泥漿可以重復使用。鉆孔完成并驗收后，可以繼續下一步：清潔鉆孔并更換鉆井液。通常新的泥漿通過管道直接從罐口輸送，然后用泵將泥漿泵送到罐底，將舊的泥漿更換成新鮮的泥漿。混凝土澆筑是混凝土防滲墻施工中最重要的一步，也是最后一道工序。主要工序為開始澆筑、正常澆筑、最后澆筑。最后澆筑和正常澆筑之間沒有明確的區別，因此在終澆前降低混凝土的運輸強度以縮短混凝土的停留時間是必要的。在澆筑過程中必須進行嚴格的質量控制，以及對各種緊急情況的仔細預處理。

4 混凝土防滲墻的類型

4.1 樁柱式防滲墻

用錘鉆或其他方法在混凝土擋土墻或管道上形成大直徑的孔洞，然后用混凝土回填形成實心墻。此類防滲墻的孔洞連接方式多樣，要結合具體情況進行施工，而為了確保土壩混凝土防滲墻的實際功能性，搭接形和連鎖形為比較常用的兩種方法。

4.2 槽板式防滲墻

用錘鉆、抓斗或其他方法進行槽孔挖掘，通過泥漿或其他方法將墻錨固，然后用混凝土回填溝渠，形成連續的、不透水的混凝土防滲墻。凹槽的長度通常為5～9m，這樣可以減少墻體的接縫。同時，根據砌塊凹槽接縫的形狀，也可以分為搭接型和連鎖型兩種形式。

4.3 板樁灌注墻

鋼板樁通過振動或其他方式被打入地基。在樁的邊緣焊接一根小管子，管子底部有一個閥門。打入設計深度后，用液壓拔樁機等設備將鋼板樁緩慢拔出，滲水材料通過樁身傾倒至樁身留下的空間內，一個堅固的不透水薄壁由此形成。

4.4 泥漿槽防滲墻

用繩鏟或其他方法挖溝，溝寬通常為1.5～3m。溝渠開挖后，填入黏土砂和礫石的非壓實混合物，形成防滲墻。

4.5 混凝土防滲墻在水利工程中的設計

在水利工程項目中，河床是壓力條件變得更加嚴峻的地方，河床最容易受到水力破壞。因為河床的沖積層更堅固、滲透性更強。塑性混凝土對壩基和壩體的過濾可以起到很好的作用，可以全方位阻斷地下滲濾，減少對壩基穩定性的影響。對壩基入滲直徑的分析表明，塑性混凝土防滲墻是一種理想的密封材料。在開挖混凝土墻體結構時，應考慮實際的結構條件，如墻體的高度和厚度、墻體上邊緣的高度、墻體下邊緣的高度、墻體之間的距離以及墻的深度，需要結合實際情況計算墻下部與壩基的相對防水層。塑料混凝土防滲墻性能指標主要有抗壓強度、滲透系數、彈性模量等，防滲墻兩端必須與砂漿幕相連，并在接縫前后鉆孔。防滲墻接縫處的孔距是通過實驗確定的，如果兩端有一定的距離，孔的深度通常是通過1～2層相連的防水層穿透塑性混凝土防滲墻實現的。防滲墻和砂漿立面墻共同構成了一個新的密封系統。

5 防滲墻施工中應注意的問題

在建造防滲墻時，孔的質量是保證防滲墻質量的最重要因素。同時，豎立隔墻時的鉆孔時間占總施工時間的2/3以上，是限制施工時間的主要因素。施工過程中必須采取措施有效防止或減少偏孔，偏差必須控制在可接受的范圍內。保證混凝土墻體施工質量的關鍵是切割的連續性和澆筑的準時性。堅實的泥漿固壁被視為一個重要的組成部分。否則，一旦塌孔問題產生，施工就會中斷，裂縫部位的處理將非常困難。因此，每個操作都必須嚴格按照規則、控制質量和程序的進行。同時，加強對機械設備的維護保養，保證維修速度，確保混凝土防滲墻“連續運行”，確保防滲墻的質量。

6 不同防滲墻工藝方法的應用范圍

在水利工程施工項目中，混凝土防滲墻通常穿過松散的覆蓋層和較硬的巖石層，有時也穿過較厚的基巖層。因此，在水利工程中架設防滲墻時，需要了解松散覆蓋層的厚度、層數、透水性和工程結構等，然后根據技術要求增加防滲墻的厚度。一系列試驗得出以下數據：玄武巖和花崗巖的切削深度為36.29m，粉砂巖、白云巖和黏土質粉砂巖的切削深度通常為8～12.5m。板巖、石英巖和砂板巖的深度為4m。

松散覆蓋層的內結構常常是分散的。雖然大部分水利工程都是單層結構基礎，比較容易拆除，同時在修筑防滲墻時也比較簡單，但是根據工程師的需要，我們經常會發現二層和多層結構。這兩種地基結構對地基的滲透性和受力影響較大。對于表層透水性低且下層為礫石的基層，該防滲層底部易造成高自流水頭，可能造成流土現象。此外，不同土層之間的過渡處往往會出現較大的負彎矩，特別是當不同層次相差很大時，勘探鉆孔必須適當進入較深的覆蓋層中，以保證其厚度和深度，同時可以明確每一層的分布。沖積層通常在三個方向上是不均勻的，如有必要，技術人員可以制作多個破剖面將這些剖面連接在一起。滲透性是防滲技術的一個非常關鍵的指標。相關工作人員可以通過現場鉆孔進行注水測試、泵測試或實驗室測試來進行識別。

7 結語

綜上所述，混凝土防滲墻技術具有不增加成本、施工總工程量較少、氣密性更好、防滲性更高等諸多優點，因此，目前混凝土防滲墻技術被大面積應用于水利工程領域。隨著時代的發展和技術的進步，混凝土防滲墻變得越來越完善。然而，在水利工程中實際應用混凝土防滲墻設計時仍然存在許多問題和注意事項。因此，相關設計師在總結工程經驗的同時，要不斷學習提高自身工程技能，設計出更好的混凝土防滲墻，使其在實際的水利工程應用中充分發揮作用。