基于接缝灌浆技术的水利工程防渗墙槽段防渗方法研究

郭建涛，王玉霞

（青州水建工程建设有限公司，山东 潍坊 262500）

防渗墙是水利工程中最常见的连续墙，其常常放置在基底透水性较强的石坝中，避免石坝受渗透作用影响出现坍塌事故。早在20 世纪中期，国外相关研究人员就开始使用防渗墙防渗，随着工程施工技术的进步，其也被应用在我国大多数水利工程中。防渗墙具有较强的结构优势，在各种各样的环境中均适用，且其造价较低，整体覆盖面较广，也成为了我国主要的防渗结构。但研究表明，近几年我国很多的水利工程防渗墙结构均出现了相关缺陷，大部分缺陷由槽段塌落度过低引起，常常导致防渗墙失稳，对水利工程大坝造成扰动，影响其正常功能，因此，需要设计一种全新的水利工程防渗墙槽段防渗技术。常见的防渗墙包括槽孔型、桩柱型、混合型等，但无论什么类型的防渗墙均由导墙、防渗槽段等结构组成。防渗槽段主要使用塑性混凝土形成，各个槽孔的偏差必须满足标准偏差范围。除此之外，防渗槽段主要使用钻挖法成槽，易受槽壁不处于垂直的影响，产生梅花孔等施工质量问题，降低防渗墙稳定性，因此在成槽过程中必须始终保证槽壁处于垂直状态。常规的水利工程防渗墙槽段防渗技术往往使用钻凿法处理防渗墙槽段接头，经常受钻凿偏移影响，导致塌落度过低，不满足水利工程可靠性需求，因此，文章利用接缝灌浆技术浇筑了防渗墙槽段，设计了一种新的水利工程防渗墙槽段防渗技术。

1 水利工程接缝灌浆防渗墙槽段防渗技术设计

1.1 布设防渗墙槽段灌浆预埋管

为了提高防渗墙槽段的防渗效果，需要适当提高槽段灌浆深度，因此文章设计的防渗方法安装了槽段桁架，有效地布设了防渗墙槽段灌浆预埋管。首先需要计算防渗墙槽段混凝土的稳定平衡条件，如下（1）所示。

公式（1）中，γs代表混凝土容重，H代表防渗浇筑深度，γ代表水容重，h代表槽段距离地下水面深度，代表土容重，a代表地下水距离地面深度，γe代表饱和容重，代表渗漏压力系数，结合上述平衡条件可以设置灌浆预埋管的塑性强度τ，计算式如下（2）所示。

图1 槽段桁架安装示意图

由图1 可知，上述桁架可以消除垂直度对防渗槽段槽壁的影响，且可以实时调整防渗墙槽段的位置使其始终处于最佳状态，结合上述槽段桁架即灌浆孔的位置，可以布设有效的防渗墙槽段灌浆预埋管，如下图2 所示。

图2 防渗墙槽段灌浆预埋管

由图2 可知，上述防渗墙槽段灌浆预埋管可以均匀进行灌浆，最大程度上提高防渗墙槽段的连接强度，避免多余的砂浆混凝土等流入灌浆管内部，影响实际的防渗效果。

1.2 基于接缝灌浆技术浇筑防渗墙槽段缝隙

为了保证防渗墙槽段塌落度满足防渗标准，必须有效填充防渗墙槽段缝隙，接缝灌浆技术可以利用柱状分块法进行有效浇筑，消除防渗墙槽段的各种横竖接缝，因此文章使用接缝灌浆技术浇筑了防渗墙槽段缝隙，示意图如下图3 所示。

图3 防渗墙槽段接缝灌浆浇筑示意图

由图3 可知，经过上述接缝灌浆浇筑后形成的槽段接头密实无缝隙，满足水利工程实际防渗标准。

整体接缝灌浆浇筑可以分为三个施工阶段，其中一期槽段和二期槽段普遍使用上述布设的灌浆预埋管灌浆，三期槽段则使用了循环钻管法进行灌浆，即始终保证内部灌浆壁光滑，密封灌浆管或使用封堵结构封堵，避免渗漏的混凝土倒置。除此之外，在接缝处每隔一定的距离均设置了环形封堵口，使用橡皮套进行箍筋，保证出浆孔位置与防渗墙槽段连接处紧密连接，提高浆液的密封效果。当浇筑面积超过七成时可以利用灌浆压力使用接缝灌浆技术进行孔内循环灌注，最大程度上提高防渗墙的抗压强度，避免槽段接头裂缝。为了避免槽段孔斜率对最终施工结果造成的影响，在开始施工期需要将一期、二期槽段榫形连接，避免灌浆偏斜方向出现较大差异，提高混凝土的整体塌落度。

2 实例分析

2.1 概况及准备

X 水利工程属于大中型综合工程，其具有防洪、灌溉、发电等功能，该水利工程流域面积共5 821 km2，库容为5.85×104m3。X 水利工程主坝为混凝土重力坝，高程为665.12 m，坝高为115.64 m，除此之外，该工程的混凝土重力坝共分为15 个坝段，存在拱冠梁，厚度为11.95 m。坝体共含有14 条横向坝缝。该水利工程内部气温变化不均衡，年最高气温为36.8 ℃，最低气温为零下11.3 ℃，不仅如此，该水利工程内部风速较高，年最高风速达到了23 m/s，存在极端降水天气，考虑下游闸门回水作用的基础上对其进行了回水研究，其水位为575 时回水数值分别为1 580、1 640、1 700、1 770、1 830、1 900、1 970、2 040、2 110、2 180，证明其可以有效解决回水问题。

X 水利工程使用混凝土面板进行挡水泄流，基础防渗墙使用塑性混凝土浇筑，其高程为554.56 m，厚度为0.84 m，为了提高该防渗墙的防渗效果，在部分水流湍急的区域使用高压旋喷法灌浆，X 工程的防渗墙布设示意图如下图4 所示。

图4 X 水利工程防渗墙

由图4 可知，X 水利工程的防渗墙为混凝土结构，设置了合理的导向墙基础开挖线，受该工程特殊地质条件影响，其基础开挖线距坝体轴线为108 m。整个坝体不均匀系数为39.5，渗透系数为2.8×10-2。

X 水利工程防渗墙槽段由松散透水坝及泥浆固壁造孔而成，存在回弹表面，整个防渗墙槽段与地下连续墙相接，经过测量发现，该水利工程的防渗墙厚度不均，由60～100 cm，存在一定的水平荷载力。为了提高墙体的应力稳定性，该水利工程将防渗墙嵌入了不透水层中，与相关的防渗结构相连。

在实例分析过程中，需要选取部分实验槽段进行施工，布置防渗导孔，进行钻进，确定基岩面，此时可以选取实例分析槽段施工点位：点位1 的桩号为0+132.6， 副孔为0+113.5； 点位2 的桩号为0+134.4， 副孔为0+135.3； 点位3 的桩号为0+136.2， 副孔为0+137.1； 点位4 的桩号为0+137.1， 副孔为0+138.0； 点位5的桩号为0+579.1， 副孔为0+557.5； 点位6 的桩号为0+138.4， 副孔为0+121.5； 点位7 的桩号为0+112.4， 副孔为0+123.5； 点位8 的桩号为0+558.6， 副孔为0+515.4； 点位9 的桩号为0+114.6，副孔为0+107.5；点位10 的桩号为0+21.5，副孔为0+24.6。

为了提高实例分析的有效性，文章选取GB/T248-2009 混凝土塌落度测试仪进行塌落度测试，该塌落度测试仪的塌落度筒上口为100 mm，下口为200 mm，高度为300 mm，塌落度砼口宽度为1.5 mm，捣棒为160 mm，已知该水利工程防渗墙槽段的标准塌落度为20～24 cm，依照该指标可以进行后续的防渗效果分析。

2.2 防渗效果与讨论

在上述实例分析准备的基础上，使用文章设计的水利工程防渗墙槽段防渗方法对设置的点位进行防渗施工，施工后形成的部分防渗效果图如下图5 所示。

图5 防渗效果图

由图5 可知，经过施工后，上述区域的泥浆面能有效固结，即产生的渗透压力可以通过泥皮与孔壁相互作用，最大程度上避免槽壁泥浆塌落，保证了防渗槽段的稳定性，接下来使用GB/T248-2009 混凝土塌落度测试仪测试了不同防渗施工点位的塌落度，防渗效果如下表1 所示。

表1 塌落度对比表

由表1 可知，使用文章设计的水利工程防渗墙槽段防渗方法防渗施工后，各个施工点位的塌落度均满足标准塌落度需求，证明此水利工程防渗墙槽段防渗方法的防渗效果较好，具有有效性，有一定的应用价值。

3 结束语

综上所述，随着施工技术的发展，我国的水利工程数量越来越多，为了解决不断发生的渗漏问题，大部分水利工程布设了防渗墙。防渗墙槽段受混凝土应力影响，其接头效果不佳，经常出现渗漏问题，而常规的防渗墙槽段防渗方法使用钻凿法处理防渗墙槽段接头，导致混凝土塌落度偏低，易出现塌方事故，不符合目前的水利工程施工需求，因此文章基于接缝灌浆技术设计了一种全新的水利工程防渗墙槽段防渗方法。实例分析结果表明，设计防渗方法的防渗效果较好，塌落度合格，有一定的应用价值，为提高水利工程稳定性作出了一定的贡献。