防渗墙

防渗墙技术

水利水电工程施工过程中会遇到很多隐蔽性工程，其中绝大部分都属于基础处理工程范畴。比如，防渗墙施工，帷幕灌浆，固结灌浆，水工隧洞的喷锚支护，高边坡处理中的锚杆、锚索支护，爆破施工等等。在本科的学习过程中，这些隐蔽性工程是最难理解的。因为没有实际的工程经验，很难凭空想象这些工程的具体施工步骤和工艺，从而使得我对隐蔽性工程产生很多兴趣，尤其是防渗墙施工。随着工程实习和研究生阶段的进一步学习，我对防渗墙施工越来越了解了。

防渗墙是一种修建在松散透水层或土石坝（堰）中起防渗作用的地下连续墙。防渗墙技术在20世纪50年代起源于欧洲，因其结构可靠、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，尤其是在处理坝基渗漏、坝后“流土”、“管涌”等渗透变形隐患问题上效果良好，在国内外得到了广泛的应用。我国水利水电覆盖层及土石围堰防渗处理一般首选防渗墙。

一、防渗墙的分类型式式及结构特点

经过几十年的发展，防渗墙的类型有很多种，但从其结构特点和施工工艺来说，可以分为以下几大类：1、圆桩柱型(圆孔型)，垂直接缝多，有效厚度小，60年代以来已很少采用；2、槽板型（槽孔型），相邻两块槽板套接厚度与中间墙厚相同,适用于深度小于60m的墙，是我国水利水电工程中混凝土防渗墙的主要型式；3、桩柱型，；4、槽板桩柱混合型（槽形孔与双反弧形孔混合型），先行建造的槽板可起导向作用，较易于保证连接处厚度达到中间处墙厚,适用于深度大于60m的墙；5、预制拼装型，属于新兴型式，包括以下几种：预制混凝土板水力插板成墙，振动沉模板成墙，垂直铺塑防渗，超薄型插板式防渗墙等。

防渗墙是垂直防渗措施，其立面布置偶两种型式：封闭式和悬挂式。封闭式防渗墙是指墙体插入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，无法完全封闭渗流。

对于高水头的坝体或重要的围堰，有时设置两道防渗墙，共同作用，按一定比例分担水头。这是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。

防渗墙的厚度主要有防渗要求、抗渗耐久性、墙体的应力与

强度以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性能，这两种破坏作用都与水力梯度有关，因此，防渗墙厚度的确定主要是从水力梯度考虑的。

二、防渗墙的应用

防渗墙是一种防渗结构，但实际上的应用已经远远超出了防渗的范围，可用来解决防渗、防冲、加固、承重以及地下截流等工程问题。具体的应用主要有一下几个方面：

(1) 控制闸、坝基础的渗流。

(2)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)作为一般水工建筑物基础的承重结构。

(6)拦截地下潜流，抬高地下水位，形成地下水库。

三、防渗墙的设计

防渗墙的设计是工程中的第一步。一个准确而又严谨的设计是保证防渗墙发挥作用并最大限度降低成本的前提。防渗墙设计要依据地基的工程地质与水文条件，结合闸坝结构的要求，确定墙轴线位置，选用墙体材料，初步选定墙厚;然后进行渗流及结构应力计算,确定墙底嵌入基岩或相对不透水层的深度及墙体材料物理力学指标，最终确定墙厚和墙体与防渗体连接的细部设计。重要工程还要在墙内埋设监测仪器，随时了解墙的运行情况。防渗效率常用两种方法估算：1、建墙后渗流量减少值与同水头下无墙时渗流量的百分比值；2、渗流通过防渗墙后的水头损失与全水头的百分比值。质量优良的防渗墙的防渗效率用上述两种方法估算结果分别可达95％与90％。

四、防渗墙的施工过程

槽孔（板）型的防渗墙，是由一段段槽孔套接而成的地下墙。尽管在应用范围、构造形式和墙体材料等方面存在各种类型的防渗墙，但其施工程序与工艺是类似的，主要包括：（1）造孔的准备工作；（2）泥浆固壁与造孔成槽；（3）终孔验收和清孔换浆；（4）槽孔浇筑；（5）全墙质量验收等过程

1 、造孔准备

造孔前准备工作是防渗墙施工的一个重要环节。

必须根据防渗墙的设计要求和槽孔长度的划分，作好槽孔的测量定位工作，并在此基础上，设置导向槽。导向槽沿防渗墙轴线设在槽孔上方，用以控制造孔的方向，支撑上部孔壁。它对于保证造孔质量，预防塌孔事故，有很大的作用。为了维持槽孔的稳定，要求导向槽底部高程高出地下水位 0.5m 以上。为了防止地表积水倒流和便于自流排浆，其顶部高程应比两侧地面高程略高。

导向槽安设好后，在槽侧铺设造孔钻机的轨道，安装钻机，修筑运输道路，架设动力和照明线路以及供水供浆管路，作好排水排浆系统，并向槽内充灌泥浆，保持泥浆液面在槽顶以下 30 ～50cm 。做好这些准备工作以后，就可开始造孔。

2 、固壁泥浆和泥浆系统

在松散透水的地层和坝（堰）体内进行造孔成墙，如何维持槽孔孔壁的稳定是防渗墙施工的关键技术之一。工程实践表明，泥浆固壁是解决这类问题的主要方法。

泥浆固壁的原理是：由于槽孔内的泥浆压力要高于地层的水压力，使泥浆渗入槽壁介质中，其中较细的颗粒进入空隙，较粗的颗粒附在孔壁上，形成泥皮。泥皮对地下水的流动形成阻力，使槽孔内的泥浆与地层被泥皮隔开。泥浆一般具有较大的密度，所产生的侧压力通过泥皮作用在孔壁上，就保证了槽壁的稳定。

泥浆除了固壁作用外，在造孔过程中，尚有悬浮岩屑和冷却润滑钻头的作用；成墙以后，渗入孔壁的泥浆和胶结在孔壁的泥皮，还对防渗有辅助作用。

由于泥浆的特殊重要性，在防渗墙施工中，国内外工程对于泥浆的制浆土料、配比以及质量控制等方面均有严格的要求。

泥浆的制浆材料主要有膨润土、粘土、水以及改善泥浆性能的掺合料，如加重剂、增粘剂、分散剂和堵漏剂等。制浆材料通过搅拌机进行拌制，经筛网过滤后，放入专用储浆池备用。

3 、造孔成槽

造孔成槽工序约占防渗墙整个施工工期的一半。槽孔的精度直接影响防渗墙的质量。选择合适的造孔机具与挖槽方法对于提高施工质量、加快施工进度至关重要。混凝土防渗墙的发展和广泛应用，也是与造孔机具的发展和造孔挖槽技术的改进密切相关的。

用于防渗墙开挖槽孔的机具，主要有冲击钻机、回转钻机、钢绳抓斗及液压铣槽机等。它们的工作原理、适用的地层条件及工作效