垂直防渗技术在平原水库建设中的应用

于小梅，吴先敏

（1.泰安市岱岳区彩山水库管理所，山东泰安 271042；2.山东省水利勘测设计院，山东济南 250014）

垂直防渗技术在平原水库建设中的应用

于小梅1，吴先敏2

（1.泰安市岱岳区彩山水库管理所，山东泰安 271042；2.山东省水利勘测设计院，山东济南 250014）

垂直截渗在平原水库建设中主要用于坝基和坝体防渗。结合目前施工技术的发展，对垂直防渗技术的主要优缺点进行分析，为以后水库防渗设计提供参考。

平原水库；垂直防渗；新技术

平原水库的筑坝材料大多数在库区取土，属于散粒体结构，加之坝基主要修建于软土地基或较差的土基上，地质条件较差，如不能采取有效的防渗措施，围坝或坝基渗漏量较大，与山区水库不同，渗漏量是评价平原水库经济性的重要指标。

1 垂直防渗

由于平原水库围坝较长，垂直防渗在平原水库建设中主要用于坝基防渗；垂直防渗主要分为介入式和置换式，介入式主要有深层搅拌法防渗墙、高压喷射灌浆防渗墙、双轮铣削防渗墙；置换式主要有混凝土防渗墙（含塑性混凝土防渗墙和刚性混凝土防渗墙）、垂直铺塑、振动沉模防渗墙等。总体来说，置换式比介入式防渗墙可靠性强，其成墙质量好，价格相应也比较高。

1.1 深层搅拌法防渗墙

深层搅拌法适用于加固黏土、砂土、粉质黏土、含砾直径小于0.05 m的砂砾层、淤泥等土层，当用于泥炭土或土中有机质含量较高、酸碱度较低及地下水有侵蚀性时，应通过实验确定其适用性。目前为止，水泥土搅拌防渗法最深能够达到20 m，深度在8～15 m时其经济性较强，质量较易控制。深层搅拌法主要优点是施工工艺对环境影响较小，无废浆，孔内很少排渣；施工速度较快和成墙价格较低。主要缺点是施工质量不宜控制，尤其是在深层搅拌时容易开叉；成墙易受周围土体材料限制，搅拌时易形成层状结构，影响其防渗的整体性；成墙渗透系数较大，搅拌好的情况下能达到α×10-6cm/s,（1＜α＜10）。其主要适用于小型的水利工程。

1.2 高压喷射灌浆防渗墙

高压喷射灌浆适用于软土地基、粒径小于5 cm的砂砾层，其主要的优势在于砂砾石地层的处理，施工工艺较简单，但在处理壤土、砂壤土或压实的坝体土时，其影响范围大幅下降，并对原坝体产生一定的破坏，且孔与孔之间结合紧密与否不易检查，其施工质量受现场及人员操作影响较大。

1.3 液压铣削防渗墙（HCSMW）

液压铣削深搅地下连续墙施工工艺（HCSMW）是采用掘进、提升、注浆、供气、铣、削、搅拌一次成墙技术，无需设置施工导墙，基土不出槽并和注入的固化剂混合，共同构成地下连续墙墙体。由铣、削、搅、气、浆的共同作用造成的墙体均匀密实，幅间连接为完全铣削结合，结合面无冷缝且间距大接头少，使用的双轮铣削搅拌地下连续墙钻进效率高，成墙效率单机在20～40 m3/h，其环境影响小，低噪音、低振动，可以贴近建筑物施工，施工场地要求较小，且直接将基土作为墙体的组成部分，弃土和弃浆少，较节能环保。HCSMW工法适用于在淤泥、砂、砾石、卵石及中硬强度的岩石、混凝土中开挖，其适用土层性较强，较传统的置换式防渗墙价格大幅降低。由于目前其动力机械主要在下部，其成墙尺寸也相应较厚，最薄的防渗墙截止到目前为60 cm。

1.4 混凝土防渗墙（塑性混凝土防渗墙）

防渗墙的主要优点是适用范围广，适用于砂土、壤土、粉土及小直径的卵砾石层，在配合冲击钻的情况下，适用于岩石地层和含漂石等土层等；实用性较强，广泛应用于水利水电、工业民用建筑等，其成墙深度可达100 m以上，是目前为止垂直截渗深度最深的方法；安全、可靠，由于其采用置换技术，其墙体防渗性能较为可靠。主要缺点由于其成墙价格较高，施工速度较慢，深度较深时墙体厚度较大。

塑性混凝土防渗墙降低防渗墙的弹性模量、增大防渗墙极限压应变，更加适应防渗墙在土体中的位变，渗透系数一般在α×l0-7cm/s，抗压强度1.0～5.0 MPa，弹性模量300～2 000 MPa，允许坡降为40～80，成墙深度与普通混凝土防渗墙相当，最大已达100 m以上级别。

1.5 垂直铺塑

垂直铺塑的防渗深度受地下水位、土层分布影响较大，其处理深度一般在15 m以内。垂直铺塑由于开槽后回填土不密实，宜引起坝体裂缝。在施工时由于泥浆护壁和土工膜材料重量较轻等因素，易导致土工膜铺设不到底情况，近年来应用逐渐减少。

1.6 振动沉模防渗板墙

振动沉模防渗板墙技术主要用于砂壤土、黏性土、淤泥质土地层建造混凝土连续防渗墙，造墙深度可达25 m左右，厚度为8～25 cm，最厚可达30 cm，不适用于砂层较厚、卵石含量高的地层以及岩石和含有漂石的地层。其主要优点是一次性成墙，成墙连续性较好，厚度均匀、无接缝、无缩墙、无断墙和无纵横向开叉等缺陷；采用振动挤压成槽，墙两侧一定范围内土体被挤密，从而增加有效防渗墙的厚度。主要缺点是其动力机械处于模板上部，利用重锤夯击使模板沉入土层，施工速度较慢且机械在不同土层作业时宜出现故障，影响其施工进度，同时，遇到薄层细砂时模板沉入困难，对地层是适应性较差；地层较密实时，其模板会整体前倾，达不到防渗深度。

2 垂直截渗方法应用情况

山东省平原水库的建设开始于20世纪50年代，在80年代后水库除险加固和平原水库建设中得到广泛应用。目前山东省平原水库的建设地点主要在黄泛区冲击平原，其地层岩性主要第四系全新统冲积、堆积的砂壤土、壤土、粘土、淤泥和粉细砂等。垂直截渗根据水库的地质条件不同，需深入到相对隔水层以减少渗漏量和减小坝后出逸比降。

相对隔水层必须满足3个条件，一是渗透性小，具弱～微透水性；二是厚度较大，否则越流补给量过大，造成渗漏；三是必须连续分布，不能出现渗漏“天窗”。根据黄河冲击平原地层分布情况，完全满足的条件的相对隔水层一般较少，垂直截渗深度可根据渗流有限元分析和相关的工程经验进行判断，一般垂直截渗的底高程一般选择在壤土或粘土范围内，根据壤土或黏土的深度，选择合适的垂直截渗方案。

垂直截渗根据水库相对隔水层的埋深可选择不同的截渗形式，一般在0～15 m范围内可选择垂直铺塑、深层搅拌法防渗墙、振动沉模防渗板墙和液压双轮铣削防渗墙，可达到较为经济实用；防渗深度在15～40 m范围内可选择混凝土防渗墙、液压双轮铣削防渗墙和高压喷射灌浆防渗墙方案；防渗深度40 m以上基本上只有防渗墙方案。

以上水库建设采用的垂直截渗底基本位于壤土、黏土范围内，此层厚度基本在3～5 m深度左右，此层在库区分布连续，满足了相对隔水层的条件，已建成的水库运行效果良好，坝后农田无发生浸没和盐碱化情况。

3 结语

平原水库建设时间证明，可靠的坝体、坝基防渗不但能够解决水库的渗漏，而且能够有效控制地下水库，不会引起水库周围附近地区产生沼泽化和此生盐碱化，垂直防渗技术作为平原水库的一种主要的防渗形式，在主体工程投资所占比重较大，能够达到主体工程投资的15%～35%，合适的防渗形式对不仅有利于节约工程投资，对发挥工程效益和社会效益具有重要作用。

（责任编辑 迟明春）

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1009-6159（2016）-12-0010-02

2016-06-13

于小梅（1981—），女，助理工程师