大壩防滲工程中防滲墻與帷幕灌漿技術的應用

許寧

摘要：在水庫大壩的基礎防滲漏加固措施中，常涉及防滲墻與帷幕灌漿技術的應用，這些技術可以顯著提高大壩在運行過程中的安全性與穩定性。本文結合某大壩防滲工程施工實際，對防滲墻與帷幕灌漿技術的應用設計、具體施工以及質量檢測流程進行闡述。

關鍵詞：大壩；防滲墻；帷幕灌漿技術；防滲處理

防滲墻在我國水利工程中的應用由來已久，長時間的應用已經明確其有可靠的構造、便捷的施工過程、適宜的造價、綜合效果佳。相較于以往的普通混凝土防滲墻，目前施工實際中多傾向于選擇采用塑性混凝土，它把普通混凝土中的主要成分——水泥改換成黏土和膨潤土，從而提高了材料的極限應變力，降低了彈性模量，可以承受較普通材料更大的變形問題，從很大程度上來說隨著水泥使用量的減少，成本投入隨之減少、抗滲性能卻顯著增強[1]。另外，壩體防滲施工中應用比較多的一項技術是帷幕灌漿，它通過高壓設備處理、把既定比例的水泥漿液灌注至壩基的孔隙（裂隙）中，待其凝固，便會輔助于整個壩體的承載性能，以一道帷幕防滲墻的形式起到防滲之效[2]。本文結合某大壩防滲工程實踐，對塑性混凝土防滲墻與帷幕灌漿技術的應用展開介紹。

1 防滲方案的設計

某水庫壩址區的地層主要由第四系沖洪積、殘破積層、下伏妥甸組泥巖夾泥質粉砂巖組成。第四系沖洪積層于河床有分布，厚度在2～4 m，所含土壤類型主要是砂壤土、碎石圓礫壤土。殘破積層于河道兩側緩坡上分布，厚度在2～3 m，主要組成的土壤類型是礫壤土、粉質黏土。在全部壩址區都分布著下伏的妥甸組泥巖夾泥質粉砂巖。該大壩的壩基地質構造比較單一，在地表上并未發現很多斷層構造痕跡，但在勘探和鉆孔壓水測試后發現在下游民房的周圍存在滲水問題，順此找到壩基左岸的巖體中間部位發生了裂隙。針對此次工程滲漏，擬采取的防滲方案是防滲墻（塑性混凝土）與帷幕灌漿技術。

設計以下工程方案：沿壩軸線，以高程1 798.2 m為界，向下于壩體中挖槽，槽中注入塑性混凝土，使之形成0.5 m厚度的防滲墻。之后在左右岸壩基實施帷幕灌漿，孔距1 m、單排。并確保防滲墻、灌漿帷幕軸線、壩軸線三者重合。

擬確定的相關數據：塑性混凝土防滲墻持續28 d檢測抗壓強度＞2 MPa，彈性模量介于600～700 MPa，滲透系數＜1×10-6 cm/s。灌漿帷幕的透水率＜0.03 L/（min.m.m）。

灌注水泥漿液時的壓力管控在0.2～0.5 MPa。

2 防滲墻的施工

想要有效連接防滲墻和灌漿帷幕，要注意第一步是做塑性混凝土防滲墻的施工，第二步是做壩基的帷幕灌漿施工。以下就對防滲墻的施工步驟進行詳述。

2.1 導墻的澆筑

保留寬度約15 m的施工操作臺，挖除1 799.6 m高程以上的壩體，基于該布置、為接下來的施工工序奠定基礎，完全結束防滲墻施工后再恢復挖除的壩體即可。導墻結構確定為“工”字形的鋼筋混凝土，高

1.4 m、寬0.5 m，兩道墻分開0.45 m的距離，使用強度等級為C20的混凝土材料。

沿軸線挖出倒梯形狀的溝槽，頂部寬度是4.3 m、底部寬度是2.9 m，澆筑進鋼筋混凝土，成為導墻。如果想要前、后兩端防滲墻段的施工不受到其他因素影響，需使導墻端頭除了和防滲墻邊界對齊外、還要朝外再進行2 m的延伸，施工過程中，使導墻縱向分段離開一些防滲墻分段[3]。導墻澆筑好后布設排漿溝，處于下游并平行于壩軸線。

2.2 確定槽段

根據擬定的施工設計，塑性混凝土防滲墻分前后兩段完成。以大壩右岸為起始段，逐段向左岸壩軸線推進。同一槽段里，先鉆主孔，副孔再進行劈打。本工程實際一共劃分了19個槽段進行施工，各槽段6 m長左右，具體的長度應結合施工實際加以調整，同時為了使各槽段間接頭孔的數量得到控制、保證防滲墻的整體性，還是建議槽段盡量長一些，但是應符合這一公式條件：

其中，L代表槽段的長度（m）；Q代表塑性混凝土的生產性能（m3/h）；B代表墻厚（m）；V代表混凝土上升速度（m/h）；K代表墻厚擴大系數，通常取值為1.2～1.3[4]。

2.3 護壁泥漿的制作

準備好基礎材料：水、黏土、添加劑，通過考量地層的特質、結合實驗結果，選擇適宜的配制比例；每天完成泥漿拌制后都要對其粘度、比重進行測量，以確保符合使用標準，在得到了符合要求的粘度、比重以及含砂量后，才可用作混凝土的澆筑。所置換出來的泥漿進行沉淀處理，又或者是采取它種凈化措施以供再次取用。

2.4 槽孔挖開

用劈鉆法來挖開槽孔，各槽段都按照軸線進行主孔和副孔的劃分，并按照主、副的次序進行施工。在挖開主孔時，采取沖擊鉆進之法，取沖擊鉆（帶有空心鉆頭和十字鉆頭），在鉆壩體土層、砂卵石層時，使用空心鉆，在鉆基巖段時，使用十字鉆頭。副孔的開挖使用十字鉆頭進行劈打，注意，此過程中由于兩邊都存在了主孔，所以中間位置劈打副孔時便更容易讓隔墻松動、發生塌落，這樣一來主、副孔就會很好地相連變成槽，為了保證槽孔的標準性，無論打主孔還是副孔，都要一邊鉆進、劈打，一邊清除掉里面的渣滓與碎屑，以便成槽。當鉆至基巖層后，留取鉆渣，由現場的監理人和地質工程師一同對取樣進行鑒定，以便于滿足成槽對入巖深度的要求[5]。

依據以上規程全部完成前期槽段塑性混凝土的澆筑與成墻，后期成槽時，在前期完工的槽段首端打出一孔，實現和墻體的搭接，孔深應超過0.4 m，保證墻體的牢固性。成槽時，所打主孔、副孔都需嚴格遵照相應的孔位偏差標準，不能超過3 cm，同時對孔的斜率也提出了要求，需不超過4%。對于毗鄰的兩個槽段，接頭的兩次孔位中心需準確對接，所有深度偏差都要小于墻厚的1/3，以此保證孔深是符合設計要求的。成槽過程中，為防止孔壁坍塌，應把孔內的泥漿位置安排到導墻頂部下方30～50 cm。

2.5 孔槽清理

全部槽段都滿足了設計預期深度后，清槽、換漿時使用泵吸循環技術，也就是說通過此步驟是要清除掉槽里的廢渣，再補充新鮮的泥漿到槽中，保證其清潔性的同時、滿足施工要求。完成了以上操作之后

1 h，還需要觀察是否達到了以下評價準則：殘渣剩余在槽內的厚度不應多于10 cm；槽中泥漿比重應介于1.1～1.2 g/cm3，泥漿黏度少則15 s、多則25 s，在此數據范圍內即可；泥漿含沙量在5%之內[6]。而若是都符合了上述驗收標準，則要在4 h之內保證進行塑性混凝土的澆筑（若情況特殊超出4 h還未澆筑，需再一次按照以上規定檢測，若不符，應再次清槽換漿）。

2.6 澆筑塑性混凝土

首先要拌制。嚴格選擇防滲墻用料，保證是一級的塑性混凝土，低彈模、摻有膨潤土；選擇42.5級常規硅酸鹽水泥，將料徑＞20 mm的碎石排除在外，保證含泥量低于1.0%。篩選出細度模數在2.4～2.8 cm的細砂，要求其中不超過10%的含泥量。黏土的含水率則不能超過13%，泥漿比重在1.16～1.21。試驗后，每立方的混凝土配合比最終確定為：250 kg的水、191 kg的水泥、800 g的碎石、980 kg的砂、100 kg的黏土和29 kg的膨潤土。由拌和系統進行塑性混凝土的拌制，初凝時間在6 h之內、終凝時間在24 h以內。

準備好內徑為200 mm的導管、用作直升導管手段進行塑性混凝土的灌注；準備好可以隨意調節的短管（數量多，長為0.1～0.3 m），每一個導管之間使用法蘭與膠墊進行連接，保證連接后導管之間的密封性能，確保泥漿不會滲入其中，以防污染了混凝土。在上方將一個漏斗焊接和固定好，入料時使用。鉆機把導管懸吊起來后，進行垂直且反復的下插、起拔。澆筑前，在導管口下放一可懸浮的隔離塞球，以鋼絲吊著扎緊、使之到達導管上方；先進行水泥砂漿的澆筑、再進行塑性混凝土的澆筑，并且在灌注混凝土時把扎著塞球的鋼絲剪斷，這樣塞球便可隨之埋進導管底。澆筑始終避免導管下方從塑性混凝土脫離出來（保證埋置深度＞1 m且＜6 m）；塑性混凝土面均勻上升（升高速度＜2 m/h，各處高差＜0.5 m），保證塑性混凝土的澆筑是持續進行的，中斷時間不能多于40 min[7]。最后澆筑的高程要比防滲墻墻頂設計高程高出0.5 m。

3 帷幕灌漿的施工

3.1 鉆孔

鉆孔時先進行序孔的試行，根據序孔的先導施工效果，確定后續有關設計數據是否要做出修改，以防灌注效果不佳。在完善好了各項參數之后，使用回轉式鉆機繼續開孔，直徑90 mm、終孔直徑74 mm。

3.2 沖洗

還沒開始灌漿時，先把清水注入孔底部，起到沖洗的作用，在觀察到孔中返回的是清水之后，即可停止。孔內如有巖芯沉積，要盡量使其殘留厚度不超過20 cm。

3.3 壓水實驗

采取“簡易壓水法”[8]，實施時壓力設置為80%的灌漿壓力，維持20 min的不間斷壓水，并且以5 min作為1次間隔，測試并讀出壓入流量值，計算透水率時，取幾次流量值的均值。

3.4 漿液的制備

制漿站分設于左壩肩和右壩肩上，站內有儲漿桶以及高速制漿機時刻備用。所用水泥為常規硅酸鹽水泥；拌制時，持續攪拌3 min，時間只多不能少；過篩，完成制備。漿液現備現用。

3.5 漿液的灌注

在施工處理中，采用分段灌漿法，自上而下進行。最初的灌注壓力可以較低，為0.2 MPa，再大也不宜多于0.5 MPa。漿液的濃度會從稀到濃，水灰比依次為3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1。當灌漿壓力保持不變，注入率減少，或者注入率不變，灌漿壓力升高的情況下，水灰比不能改變。如果某一級別的漿液注入量超過300 mL或者灌漿時間超過1 h，但灌漿壓力和注入率沒有變化，則需要改為使用濃一級的水灰比。在既定的灌漿壓力下，當注入率＜0.4 L/min并且連續灌注1 h，或者注入率＜1 L/min并且連續灌注

90 min時，可以結束該段鉆孔的灌漿。

4 檢查大壩防滲效果

經開挖取樣、超聲波檢測和注水試驗等方法對塑性混凝土防滲墻施工的質量與防滲效果做檢驗。以鉆設質量檢查孔進行壓水試驗，檢查帷幕灌漿施工的防滲效果。最終對大壩的防滲工程施工效果檢測結果為：

（1）抽取不同的4處開發，獲取樣本進行檢查，未觀察到有明顯分縫，亦無夾泥現象，成墻質量佳。經28 d試驗發現，選取的塑性混凝土樣本抗壓強度在2 MPa之上。

（2）抽檢預埋的超聲波測管，每組3根、共三組、總計9根。一組與二組波速正常，塑性混凝土有較好的質性，接頭緊密；三組波速比較低，同時由于該處為泥夾層，所以并不會對波速造成很大影響，不需要另行處置。

（3）抽取6個槽段進行鉆孔、注水，驗收結果發現與設計預期相符合。

（4）帷幕灌漿質量檢查孔的數量是灌漿孔的10%，檢查孔各個空段的壓水試驗透水率不超過0.03 L/（min.m.m），均值只有0.0115 L/（min.m.m），有較好的灌漿效果。

5 結語

結合此次大壩防滲工程實際，認為在大壩防滲工程中采取塑性混凝土防滲墻與帷幕灌漿技術的施工方案整體效果好，塑性混凝土和普通混凝土比較抗滲性能更佳、可適應較大變形；帷幕灌漿技術又是壩基防滲的重要手段，滲透率低、防滲效果佳，兩者的應用可以獲得較好的防滲效果，可達到預期設計的加固效果。

參考文獻

[1] 陳文銳.塑性混凝土防滲墻結合帷幕灌漿在長灣河水庫大壩防滲處理中的應用分析[J].建筑技術開發，2022，49（19）：130-132.

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[3] 劉玉武.臨澤縣紅山灣水庫防滲墻下帷幕灌漿施工技術及質量評價[J].農業科技與信息，2019（12）：83-85.

[4] 倪樂峰.混凝土防滲墻在龍門口水庫大壩防滲加固設計中的應用[J].水利科學與寒區工程，2022，5（11）：121-124.

[5] 曾小波.混凝土防滲墻在水庫大壩防滲設計中的應用[J].黑龍江水利科技，2022，50（7）：133-136.

[6] 魏祥，盧劍虹，鄒波忠.斯登沃代水電站大壩覆蓋層帷幕灌漿技術應用與研究[J].四川水利，2020，41（1）：48-51.

[7] 鄔增波.試論帷幕灌漿技術在水利工程施工中的應用[J].百科論壇電子雜志，2020（12）：77.

[8] 李浩然.帷幕灌漿技術在水利工程施工中的應用研究[J].百科論壇電子雜志，2020（10）：1513.