水利工程之防渗墙施工技术

水利工程之防渗墙施工技术

随着我国水利水电和整个国民经济建设的发展，防渗墙技术不断向深度、难度和广度发展，取得新的进展。但由于该项技术的特殊性及其适应的局限性，仍然存在一些工程问题。

1 我国水利水电工程的现状

我国水利水电枢纽工程数量繁多，分布广，坝型多样化，在防洪减灾的同时也为生产和生活提供水源。然而，随着许多水利工程的渐久，都在不同程度上存在一些病险问题：渗透破坏、滑坡、开裂和没治等等，其中以渗透破坏最为常见。

渗透破坏主要表现在以下几方面。

1）堤身物质组成的不均匀性和填筑密实度的不均匀性造成的，如部分堤段堤身壤土为粉细砂、砂壤土或存在孔洞、裂缝等。

2）筑堤时未清基，堤身堤基接触带物质较混杂，存在透水性较强的砂层、砂土层，导致坝基渗漏、渗透破坏等。

文章结合个人工作实践经验，以防渗墙为主，探讨水利防渗加固施工技术，提高我国水利事业发展水平。

2 防渗墙的作用与结构特点

防渗墙是一种修建在松散透水地层或土石坝（堰）中起防渗作用的地下连续墙。由于结构可靠、防渗效果好、适应各类地层条件、施工简便以及造价低等优点，在国内外水利工程中得到广泛的应用。

1）防渗墙是一种防渗结构，但是它的作用已远远超越了防渗的

范围，可用来解决防渗、防冲、加固、承重及地下截流等水利工程问题。具体的运用主要有以下几点：①防止控制闸、坝基础的渗流；②防止控制土石围堰及其基础的渗流；③防止泄水建筑物下游基础的冲刷；④加固一些有病害的土石坝及堤防工程；⑤作为一般建筑物基础的承重结构，起到承重作用；⑥栏截地下潜流，抬高地下水位，形成地下水库。

2）防渗墙的类型较多，但从其构造特点来说，主要是两类：槽孔（扳）型防渗墙和桩柱型防渗墙，槽孔（扳）型防渗墙是我国水利水电工程中混凝土防渗墙的主要型式。

3）防渗墙系垂直防渗措施，其立面布置有两种型式：封闭式与悬挂式。封闭式防渗墙是指墙体插到基岩或相对不透水层一定深度，以实现全面截断渗流的目的。而悬挂式防渗墙，墙体只深入地层一定深度，仅能加长渗径而无法完全封闭渗流。

4）对于高水头的坝体或重要的围堰，有时设置两道防渗墙一共同作用，按一定比例分担水头。这时应注意水头的合理分配，避免造成单道墙承受水头过大而破坏，这对另一道墙也是很危险的。

5）防渗墙的厚度主要由防渗要求、抗渗耐久性、墙体的应力与强度及施工设备等因素确定。其中．防渗墙的耐久性是指抵抗渗流侵蚀和化学溶蚀的．眭能，这两种破坏作用均与水力梯度有关。目前，防渗墙厚度d（m）主要是根据水力梯度考虑确定的，即：d=H/J。

J。=Jmax/K

式中：H为防渗墙的工作水头；J。为防渗墙的允许水力梯度；Jmax

为防渗墙破坏时的最大水力梯度；K为安全系数。

6）不同的墙体材料具有不同的抗渗耐久性，其允许水力梯度值J。值也就不同。如普通混凝土防渗墙的J。一般在80～100，而塑眭混凝土因为其抗化学溶蚀性能较好，Jmax可达300，J。一般在50～60。

3 防渗墙的墙体材料

水利工程防渗墙在墙体材料的选择，按其抗压强度和弹性模量，一般分为刚性材料和柔性材料。可根据水利工程性质和技术经济等客观因素比较后，选择合适的墙体材料。

刚性材料包括普通混凝土、黏土混凝土和掺粉煤灰混凝土等，其抗压强度大于5 MPa；弹性生模量大于10 000 MPa。柔性材料的抗压强度则小于5 MPa，弹性模量小于10 000 MP。，包括塑陛混凝土、自凝灰浆和固化灰浆等。另外，现在有些工程开始使用强度大于25 MPa 的高强混凝土，以适应高坝深基础对防渗墙的技术要求。当前防渗墙在墙体材料上主要有以下几种：①普通混凝土；②黏土混凝土；③粉煤灰混凝土；④塑性混凝土；⑤自凝灰浆；⑥固化灰浆。

4 水利工程防渗墙的类型和主要特点

不同的水利工程对防渗墙有不同的要求，成墙工艺上也有所不同。

4.1 多头深层搅拌成墙技术

这种技术是多头深层搅拌桩机一次多头钻进，把水泥浆喷入土体并搅拌，使土体与水泥浆液混合凝固成一组水泥土桩，桩与桩搭接形

成水泥土防渗墙，目前最大成墙深度为22 m，水泥土渗透系数<10>0.3 MPa。多头深层搅拌成墙技术的优点在于施工简便、无泥浆污染、造价较低，适用于粘土、砂土、淤泥和砂砾层。多头深层搅拌水泥土防渗墙防渗效果明显，防渗质量可靠，投资最经济、最有效，具有一定发展前景。

4.2 锯槽法成墙技术

锯槽法成墙技术：在先导孔中锯槽机的刀杆以一定的倾角一边作上下往复切割运动，一边以0.8 m/h～1.5 m/h的速度（根据地层状况）向前移动开槽；被锯切割下来的土体可由反循环或正循环方式的排渣系统排出槽外，并采用泥浆护壁。浇筑塑性混凝土，形成宽度为0.2 m～0.3 m的防渗墙体。锯槽机由行走底盘、动力及传动系统、刀杆及支架加压系统、排渣系统、起重设施及电气控制系统组成；传动方式有机械式与液压式两种。以不同规格的刀杆进行组合，槽宽，可达0.2 m～0.5 m，深度可达40 m。优点：连续成槽、工效高、墙体连续、质量好，且成墙深，适应于粘土、砂土和卵石粒径小于100 mm的砂砾石地层；还可以采用自凝灰浆、固化灰浆形成不同强度和抗渗指标的防渗墙。

4.3 链斗法成墙技术

链斗法成墙技术即是由链斗式开槽机排桩上的旋转链斗取土，同时将斜放的排桩下放到成墙深度，开槽机前进开挖沟槽，并采用泥浆护壁，其浇筑混凝土方法类似锯槽法。链斗式开槽机的开槽宽度为

16 cm～50 cm，深度可达10 m～15 m。适应于粘土、砂土和粒

径小于槽厚的、含量小于30%的砂砾石地层。

4.4 薄型抓斗成墙技术

薄型抓斗成墙技术即是：采用斗宽为0.3 m的薄型抓斗挖土开槽，泥浆护壁，浇筑塑性混凝土或用自凝灰浆形成薄壁防渗墙，最大成墙深度可达40 m。适用于粘土、砂土及卵石和砂砾的含量与粒径在一定范围内的土层。

4.5 射水法成墙技术

射水法成墙技术的设备主要由造孔机、混凝土搅拌机和浇筑机组成。其技术即是利用造孔机成型器内的喷嘴，射出高速水流来切割土层，成型器上下运动切割修整孔壁，采用泥浆护壁，正循环或反循环出渣。槽孔形成后，浇筑水下混凝土或塑性混凝土，形成薄壁防渗墙。成墙厚度为0.22 m～0.45 m，深度可达30 m。成墙垂直精度可达1/300，适应于粘土、砂土和粒径小于100 mm的砂砾石地层。

5 槽孔（板）型防渗墙的施工工艺

虽然在应用范围、构造形式和墙体材料等方面存在各种类型的防渗墙，但是因为防渗墙在施工程序与工艺上有些类似，所以文章主要简单介绍槽孔（板）型的防渗墙的施工工艺。槽孔（板）型的防渗墙是由一段段槽孔套接而成的地下墙，施工工艺主要包括：①造孔前的准备工作；②泥浆固壁与造孔成槽；③终孔验收与清孔换浆；④槽孔浇筑；⑤全墙质量验收等过程。根据施工图的要求，结合实际情况，相对以往的冲击钻造孔，在垂直度、材料能源以及施工速度方面明显落后于液压抓斗，特别是对于地基不良的地形，冲击钻造孔易塌孔及