水利枢纽工程防渗方案及施工技术研究

石海峰

（安徽省长江河道管理局， 安徽 芜湖 241000）

0 引言

近年来，水利枢纽工程快速发展，在水利枢纽工程中，防渗技术的应用频率较高。防渗方案制定与施工是防渗技术应用的关键环节。如果水利枢纽工程渗流分析不到位、防渗细节处理不当，均会导致工程出现危害性较大的渗透变形，引发大量水流溢出，甚至出现溃坝，威胁周边居民的生命财产安全。因此，研究水利枢纽工程的防渗方案及施工技术具有非常重要的意义。本文对水利枢纽工程防渗的重要性进行分析，探究科学的防渗方案和防渗施工技术要点。

1 水利枢纽工程防渗的重要性

1.1 提高水资源利用率

水利枢纽工程是重要的基础建设项目，具有灌溉、调蓄等功能。多数水利枢纽工程位于河流或湖泊地区，施工期承受蓄水压力，易发生渗漏问题。一旦出现渗漏，将导致大量水资源流失。而在水利枢纽工程施工期开展防渗，可以从源头封堵泄露点，降低水利枢纽工程渗漏风险，确保水资源的有效利用。

1.2 保障水利枢纽正常运行

水利枢纽工程多位于地质环境复杂地区，环境风险因素较多。选择合理的水利防渗结构，恰当实施水利防渗工艺，可以降低水利枢纽工程投入运营后出现坝体渗漏概率，确保水利枢纽工程各项功能的正常发挥[1]。

1.3 降低经济损失

水利枢纽工程渗漏会导致工程使用年限缩短，影响工程预期经济效益目标的达成。加强水利枢纽工程防渗，可以确保水利工程使用寿命；同时良好的防渗结构，可以保障水利枢纽工程正常发挥水流量调节、灌溉、供水功能，为流域经济发展提供充足支持。

2 水利枢纽工程防渗方案

2.1 工程背景

某水利枢纽工程为堆石坝工程，下坝以下河段两岸地形库宽缓（宽40～95m），坝址河段河流总体流向为S19°W，河床高程1300～1310m，平均比降0.9%。两岸坡地形较突出，地形坡度为20°～40°。坝址河段出露地层岩性如表1所示。

表1 坝址河段出露地层岩性

坝址河段无断层发育，为单斜构造，上坝址节理发育裂隙，裂隙伸张度较短，延长4m以内。坝址区强风化岩体透水性超出5Lu，透水性较强，为中～强透水性。坝址区地下水为基层裂隙水、覆盖层孔隙水，地下水位均高于河水位。地下水水质属低矿化度的微硬水，对钢筋混凝土无腐蚀性。

2.2 方案设计

2.2.1 双排帷幕灌浆防渗

根据坝址区上覆碎屑岩地层风化程度较深、强风化岩体透水性较强的特点，存在沿坝区强风化岩体及下伏可溶岩地层向下绕渗的风险，加之坝区河床存在库区河水补给的承压水，下游存在出水点，解决库区渗漏问题的关键在于切断库水、下游泉水的水力联系。考虑两岸端点接地下水位、正常蓄水位交点，同一时刻进入新鲜岩体防渗下限接地下水以下12～17m、承压水以下10m以上。根据防渗要求，选择双排帷幕灌浆防渗，在河床段趾板布置双排帷幕灌浆孔，孔排距为2.0m。同时左岸、右岸均布置一排孔沿坡面灌浆，左岸、右坝防渗长度分别为128m、89m，帷幕灌浆最低高程为1156.0m，深度为46.2m，岸坡段帷幕垂直深度为11～43m。

考虑到大坝河床存在埋深8.6m左右的浅层承压水，承压水头超出河床3.8m，蓄水后承压水头增加，加之承压盖层节理发育，岩体较破碎，下伏承压水易沿基岩盖层节理裂隙冒出并在坝体底部渗漏，易引发渗透、管涌破坏。因此，可将1排Ф0.15m减压井布置到坝上游河床位置，共6孔，减压井间距为8m，提前释放承压水压力，降低承压水对大坝渗透破坏。

2.2.2 混凝土面板防渗

水利枢纽工程堆石坝上游迎水面承受上游水压力，是坝体渗透风险最大的位置，可设置C25混凝土防渗面板。混凝土为二级配，水灰比＜0.5，坍落度为3～7mm，确保面板混凝土具有足够的抗渗性能、柔性、耐久性、强度，可承受不均匀挠曲变形。根据《混凝土面板堆石坝设计规范》（SL228-2013）的相关规定，在最大坝高为40m的情况下，面板厚度为等厚40cm，面板河床根据12m宽度进行垂直分缝，两岸分缝长度为5.5～9.9m。混凝土面板与趾板结合位置设置周围缝，不设水平施工缝。同时为确保面板可承受混凝土温度应力、干缩应力，可以将单层双向钢筋设置到面板截面中部，控制纵向钢筋配筋率、横向配筋率均为0.4%，并在岸边周边缝、混凝土面板应力区进行加密配置。

在堆石坝混凝土面板止水体系中，周边缝是渗漏风险最大的通道，在工程最大水头为40m的情况下，可在周边缝位置设置2道止水。其中上游面接缝留“V”型槽，将Ф50PVC棒设置到槽内，槽外侧封填SR柔性填料；下游面设置“F”型止水铜片，并将Ф25氯丁橡胶棒设置到止水铜片凹槽内。同时以垫层料填筑为节点，向止水铜片下部挖槽，槽内回填沥青砂浆垫层。垫层上方敷设厚6mm的PVC垫片，缝面嵌入厚12mm的填筑沥青浸渍木板。

在面板压性垂直缝位置设置2道止水，其中一道止水位于上游面，接缝留“V”型槽，槽内放PVC棒，槽外敷设PVC膜（膜内填充柔性止水料）；另外一道止水位于缝一侧，需在面层涂抹沥青乳剂，底部先后放入PVC垫片、止水铜片，并粘结到C20水泥砂浆垫座位置，止水铜片凹槽内则设置Ф25氯丁橡胶棒。混凝土面板张性垂直缝采用2道止水，上游面止水方式与压性垂直缝止水方式相同，另外一道止水则在面层沥青乳清涂抹、底部止水铜片设置的基础上，将Ф25氯丁橡胶棒放入止水铜片凹槽内。同时在止水铜片下设置PVC垫片，将垫片粘结到C20水泥砂浆垫座位置。

在混凝土面板与防浪墙间缝，设置2道止水，上游面接缝止水与周边缝上游面止水一致。下游面设置“w”型止水铜片，垫料层填筑后，向止水铜片下部挖槽，进行沥青砂浆垫层回填。同时在垫层上方铺设6mm厚PVC垫片，缝面嵌入厚12mm沥青浸渍木板。

3 水利枢纽工程防渗施工技术要点

水利枢纽工程参建者应正确认识防渗的重要意义，合理布置双排帷幕灌浆与混凝土面板施工方案。

3.1 双排帷幕灌浆施工

3.1.1 钻孔

钻孔是水利枢纽工程双排帷幕灌浆施工的第一步，一般需要先放线定位，再校正固定钻机。确认钻机位置无误后，利用GK-200-4型钻机（带合金钻头或金刚石钻头），在适量水润湿下，先后钻设抬动观测孔、先导孔、帷幕灌浆孔、质量检查孔。抬动观测孔位于灌浆廊道轴线，相邻孔位间隔50m；先导孔为一排孔数的10%，孔深超出帷幕灌浆孔5m；帷幕灌浆孔经回转式钻机钻设，钻孔位置、方位、深度（孔深大于等于设计孔深）均按设计图纸操作，从上到下逐段减少孔径，并统一编号。钻孔期间，应记录岩层变化、岩性变化、钻速变化以及异常涌水、失水、塌孔、卡钻、掉钻等现象，为灌浆施工提供依据。全部钻孔均镶入孔口管与孔口封闭器，孔口管深入基岩段1.5m以下，露出灌浆廊道底板10cm左右。

3.1.2 灌浆

在灌浆孔钻设完毕且孔口管凝固3～5d后，根据《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）、《混凝土用水标准》（JGJ 63-2006）的相关要求，按照规定浆液配比，利用重量称重法进行制浆材料称量，称量误差应＜5%。一般帷幕灌浆用浆液水灰比为0.5∶1，利用普通搅拌机（或高速搅拌机）均匀拌合，搅拌时间超出180s。浆液制备完毕后，过筛备用，确保制备浆料使用时长短于4h，浆液温度在5～40℃之间[2]。

浆液制成后，利用管道输送，输送速度为1.4～1.8m∕s。正式灌浆前，利用压力水冲洗孔口，冲洗压力为灌浆压力的80%（≤1MPa）。冲净杂质后，在1MPa压力下，从上到下进行先导孔、灌浆孔、质量检查孔的压水试验。确认钻孔质量符合《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL 62-2014）要求后，依据0.3～3.0MPa的压力，进行连续灌浆作业，控制灌浆间歇时间短于24h。

3.1.3 抬升监测与封孔

根据压力、岩体变形与流量监测需求，向抬升观测孔内下入内、外观测管，观测管与孔壁之间灌入粉细砂，促使粉细砂充满间隙[3]。进而利用前期配置浆液浇筑外观测管上部伸出部位、地表，在内观测管上固定千分表，千分表测量杆（0.3～0.5mm压缩）与被测构件表面成90°，持续观测孔位。

灌浆结束后，利用孔口管封堵孔口，并妥善保护孔口，避免孔口破碎流入杂污或异物。

3.1.4 减压

根据设计减压井位置，放线确定并作标记。采用循环钻成孔的方法，成孔直径超出滤管外径30cm及以上。同时利用泥浆护壁，钻设减压井口。在井口位置埋设护筒，一侧设置排泥沟。成孔后，立即利用高压水清理，并沿着井口垂直方向下入井管（井管顶部低于河床0.3m），促使井管位于井孔中间位置，且井管的滤管位置位于含水层。进而将砾石滤料填入井管、孔壁之间，一次性填筑，从井底回填到井口下5.0m，上部借助砂石含量为0的黏土封堵井口。

在减压井建设完毕后，加强水位检测，确保临近水利枢纽的深井水位与周边河床水位之差≤1.0m，避免水利枢纽出现不均匀沉降。

3.2 混凝土面板施工

3.2.1 拌料运料

根据混凝土面板施工要求，准备普通硅酸盐水泥，水泥具有品质试验报告与现场检验证明，安定性、兼容性、稳定性均符合要求[4]。同时准备坝址区内河水作为拌料用水，并准备级配良好、清洁、坚硬的砂料和骨料，其中细骨料细度模数在2.4～3.0之间，粒径超出40mm的粗骨料自由落差＜3m。

根据设计水灰比，在生产能力为25m3∕h的双轴强制式搅拌机内，进行拌料，控制水泥、水称量偏差均小于±1%，砂料、骨料称量偏差小于±2%[5]。先加入骨料、矿粉，干拌15s，再加入水泥、水拌和30～45s，每次纯拌和时间为45～60s，每一循环周期为125～135s。拌合温度为160～175℃。在拌料完毕后，利用底开式立罐（或翻斗车）运输。

3.2.2 钢模安装

钢筋模板安装是混凝土面板施工的重要环节[6]。首先，向趾板锚固位置打孔，利用高压水冲净孔内杂质，灌入配置的C20水泥砂浆。随后插入提前准备的锚筋并进行嵌固，降低外力干扰。其次，可在厂内加工钢筋，加工后运输到现场焊接或搭接，其中焊接钢筋主要位于轴心受拉、承受震动荷载、小偏心受拉构件中，接头应相互错开，受拉区接头面积＜25%，受压区接头面积＜50%，全长尺寸偏差小于±10mm。在结构钢筋成型后，将其与锚筋牢固连接，并进行灌浆导管的预埋。最后，选择厚度超出3mm的标准钢模板作为侧模，钢模板表面应光滑，无皱折、凹折、表面缺陷问题[7]。同时选择木模板作为攘角模，所选木模板质量应达到三级以上标准，无扭曲、腐朽、脆裂等现象。模板准备完毕后，利用钢筋上样架支设侧模，外部用斜管支撑固定，内部用Ф20 钢筋斜撑固定，斜撑水平间距为75cm，顶口设置钢管锁口。同理，利用Ф1.5钢管支架设置坝前护板钢膜，利用打钢钎入坝体的方式固定模板，相邻钢钎之间距离为1.5m。进而根据要求进行止水铜片、沥青浸渍木板安装，所安装止水铜片表面应无锈迹、油污、油漆、钉孔、砂眼，双面搭接焊，搭接长度超出20mm；沥青浸渍木板表面应洁净、平整，无坑洞麻面。

3.2.3 混凝土浇筑

水利枢纽混凝土面板浇筑需要采用机械浇筑[8]。在浇筑前，检查钢筋、模板、预埋件是否完好、移位。确认无误后，在气温超出-3℃的环境内，连续浇筑，控制间歇时间短于90min。若间歇时间超出90min，则按工作缝处理。对于混凝土缝面，利用高压水冲毛并清除杂质，进行止水操作。

混凝土浇筑后，应在表面悬挂保温材料，促使材料紧密贴合混凝土面板垂直面，并将挡风设置到孔洞、迎风面位置。随后持续洒水养护28d。养护期间，避免在周边20m范围内开展放爆操作，全面保护止水铜片完好性。

在混凝土强度超出设计强度75%后，拆除不承重的侧面模，避免损坏侧面板表面、棱角。在混凝土强度达到设计强度100%后，拆除剩余模板。

4 结束语

综上所述，水利枢纽工程防渗不仅可以提高水资源利用率，而且可以保障水利枢纽正常运行，降低经济损失。因此，水利枢纽工程参建者应正确认识防渗的重要意义，合理布置双排帷幕灌浆与混凝土面板施工方案。根据施工要求，规范开展钻孔、拌料、灌浆、止水缝设置等操作，以形成完整的水利枢纽止水体系，降低水利枢纽渗漏事故的发生概率。