水利工程中堤坝防渗加固技术分析

单仁章

(江西省九江市柴桑区水利局，江西 九江 332100)

1 工程概况

某中型水库主要包括堤坝、溢洪道、泄洪洞，主要用于防洪、灌溉和民用取水，总库容4625万m3.大坝为混凝土重力坝，长812m，坝顶高程160m，最大坝高45m，顶部宽7m.该地区的地质结构较为复杂，以二元结构为主，上部主要是黏土和粉质黏土，下部主要是透水砂层、砂卵石层，二元结构占了总堤线长的82.4%。另外，还有以黏性土组成的单一结构，以及黏土和砂砾相间的多元结构。

距离该水库下游20km处，有另外一座水库，建于20世纪70年代，受当时技术经验限制，存在着不少问题。其中，最为严重、发生频率最高的就是堤基渗漏，在过去几十年，因为渗漏出现过几次险灾。基于历史经验，在建这座新水库时，对渗漏、堤基不稳等情况做了大量调查和研究，根据调研结果，最终决定选择塑性混凝土防渗墙技术，进行防渗加固防范处理。

2 塑性混凝土防渗墙技术

2.1 防渗技术对比

当前应用于水利工程的防渗加固技术很多，如置换法、挤压法、深搅法、高喷法、垂直铺膜等，每种方法又能再细分为若干种。各项技术的适用环境不同，各有利弊。比如深层搅拌技术，通过搅拌机械，把水泥浆和原来的土体混在一起，形成水泥土连续墙，施工快、成本低，但仅适用于粉细砂以下的细颗粒地层。高压喷射灌浆技术是借助高压，把水泥浆冲切入土体，最终形成新的防渗固结体。该方法施工速度快，适用范围相对较广，但成墙质量不易控制，且成本昂贵。射水成墙技术指的是利用射水机造防渗墙，先用成槽器造孔，再灌注混凝土，最终形成防渗墙，但多用于深度在20m以内的细颗粒地层，随着深度加深，该方法的安全隐患明显增加。总之，综合地层适应性、深度、质量控制等因素考虑，该项目最终选择了薄型抓斗塑性混凝土防渗墙技术。

2.2 薄型抓斗塑性混凝土防渗墙

其原理是根据设计的深度，使用薄型抓斗机械对土体进行抓孔作业，形成基槽，继而浇筑塑性混凝土，形成墙段，每个墙段之间用套管接头法予以连接，直至形成一道连续防渗墙。与以上提及的几种技术相比，该方法的优势很明显，地层适应性更强，在砂层、砾石层、基岩中都可使用，处理深度超过35m。而且，此技术应用年头已久，工艺较为成熟，有着明确的工序安排，质量控制方便。塑性混凝土是一种减少水泥含量、增加膨润土、粘土等材料比重的混凝土，具有低强度、低弹膜、大应变等特点，其弹性模量较小，接近土体变形模量，能缓解墙体受力变形程度，又有着很高的防渗性，而且能降低成本投入。

塑性混凝土防渗墙技术的原材料有水泥、粘土、砂石骨料、膨润土、外加剂等，水泥多选择矿渣大坝水泥或矿渣硅酸盐水泥，最好是出厂不到3个月的新产品。为方便拌合，膨润土一般会以浆液的形式掺加。骨料可分粗细两大类，粗骨料多指石子，尽量选择天然碎石，细骨料主要指砂，注意其形状和淤泥含量。外加剂主要有减水剂、膨胀剂等，均要根据工程要求进行精确计算，保证配合比的合理性。

3 塑性混凝土防渗墙的施工流程

3.1 抓孔成槽

这一环节主要使用抓斗式挖掘机，在一定深度开挖成槽，由主机和抓斗两大部分组成，主机指的是起吊设备，抓斗负责切削土层，被挖土体会随着抓斗一起运出。如此循环往复，直至造孔作业完成。本工程使用的是从德国进口的利勃海尔HSB43HD型钢丝绳式抓斗主机，重80t，发动机功率为400kW，单绳起拔力200kN，挖掘深度可达100m。抓斗选用的是BSD-300薄型钢丝绳抓斗，斗容量为0.28m3，重7500kg。

造孔质量对整个项目的防渗效果有着极大影响，先沿着防渗墙轴线方向设置施工导墙，以保证孔形的完整，防止孔口坍塌等情况。事先划分好槽孔，抓斗成槽要按此开展，为提升防渗能力，尽量增大每个槽段的长度。同一槽孔作业，需注意抓孔顺序，主孔在前，副孔在后。主机的起重臂长度约为18m，注意倾斜角的掌控，本工程的倾斜角为70°，尽量既不影响孔壁，也能使主机保持稳定。防渗墙的厚度为30cm，一方面考虑了接头管法等技术要求，另一方面考虑了施工成本。挖空过程中难免会出现孔斜现象，需注意控制孔斜率，并及时分析原因采取解决措施，比如抓斗保持平直均匀，经常测量孔斜情况。另外，很容易造成孔底淤积，淤积的危害很大，对防渗性有着直接影响，浇筑混凝土之前必须完全清理掉，具体可选择泵吸排渣、抓斗直接清渣等方法。

3.2 泥浆固壁

造孔时，如果孔壁坍塌，必然会耽误后续施工，为防止此类情况出现，需进行泥浆固壁处理，以提高孔壁的稳定性。其原理为，泥浆压力比地下水压力高，从而渗入到土体中，形成一层不透水泥皮，随着厚度增加，防渗性能自然提升。另外，泥浆的抗剪强度较好，渗入土体孔壁，相当于起到支撑孔壁的作用。影响泥浆固壁的因素有泥浆的静水压力、渗透性、泥皮性能等，所以造孔之前需做精确计算，确保各项参数合理。泥浆的制备很关键，必须具备良好的物理和化学稳定性，能形成高防渗效果的泥皮，并且具有合适的比重，不能过大或过小。制浆材料主要包括膨润土、水、泥浆处理剂等，最后还要注意净化回收，以免造成污染。

3.3 配合比例

选择塑性混凝土，因为与普通的水泥混凝土相比，它是一种柔性墙体材料，弹性模量与土体的变形模量相近，可明显降低墙体内的应力，从而减少裂缝的出现。其配合比很关键，既要提高强度和刚度，又要降低变形模量，所以可选择使用高标号水泥。遵循一定的设计原则，合理选择水泥用量，正确计算水胶比，可适当地同时掺加黏土和膨润土。

本工程在设计配合比时，对三组方案做了比较，见表1。结合其坍落度、扩散性、抗压强度、弹性模量、渗透系数等因素综合考虑，最终选择方案②。

表1 塑性混凝土配合比方案比较表

3.4 墙段连接

采用接头管法进行各槽段的连接，在一期槽孔浇筑前，需于槽孔两端下设钢管，直到混凝土初凝固化，再以适宜的速度把钢管拔出来，形成混凝土接头孔。该方法有很多优点，可以节约混凝土的浇筑量，操作简单方便，作业难度较小，二期槽孔的表面泥皮容易清理。不过，提拔导管时面临的阻力很大，而且初凝时间若掌控不好，很可能会引起堵管、混凝土坍落等问题。

3.5 浇筑施工

选择高质量的搅拌机，除了作业的机械，还要有1-2台备用。原材料进场时进行严格质检，然后合理堆放，既要保证材料安全，又要方便使用。科学合理地布置浇筑导管，选用的是内径为200mm、厚度为5mm的无缝钢管，确保导管牢固连接，顶端设置漏斗，漏斗容量要保证卸料时混凝土不会溢出。开始浇筑时，在导管内放一球体作为管塞，其直径略小于导管，还要能被泥浆浮起，以便于把最初进入导管的混凝土和泥浆隔离开。然后，按照标准继续浇筑，过程中及时测定各项指标，如有不合理之处，及时纠正。

3.6 质量控制

整个施工过程中有诸多注意事项，需加强质量控制。比如槽孔深度、塑性混凝土原材料质量、配合比、称量系统的控制。再有就是墙体质量检测，方法有墙体开挖、钻孔取芯、超声波法等，本工程采用墙体开挖结合钻孔注水的检查方法。

4 结 语

该项目建成于2005年，当年投入使用，十几年来未出现过渗漏事故，说明设计和施工都很成功。水利建设是利民之举，随着发电、航运、防洪各方面需求的提高，水利工程数量有所增长，且技术性越来越高。堤坝建设最常见的隐患就是渗水、地基不稳，其影响非常严重，必须及时处理。这就要求加强此方面的研究，根据各地实际情况，采取较为适宜的防渗加固技术。

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