我国水利水电混凝土防渗墙的发展

陈赓仪

摘要 40年来，我国水利水电混凝土防渗技术，从无到有逐渐发展至今，已能够在各种特殊地层中修建各种用途的混凝土防渗墙。通过大量实践，积累了丰富经验。在科学研究、勘测设计和施工技术及现代化管理方面也获得很大进展，解决了在复杂地质条件下建坝所遇到的规模较大的常规地基处理技术，也掌握了特殊地基处理的某些关键技术。

关键词 防渗墙 地基处理 关键技术

混凝土防渗墙技术50年代初期源于西欧、意、法等国，于1959年引进我国。现仅以对我国混凝土防渗墙的发展具有影响和代表性的典型实例来介绍其发展历程。

1、 山东月子口水库联锁桩柱型混凝土防渗墙

1958年借鉴国外混凝土防渗墙某些资料和长江大桥桥基的施工经验，我们加强协作刻苦钻研，反复试验，终于以不到一年的时间，建成了一道959根直径为60cm的联锁桩柱构成的深20m的混凝土防渗墙。它的产生为土坝地基防渗墙技术创新走出了一条新的道路，预示了我国混凝土防渗墙技术已走上了启蒙阶段。

2、北京密云水库白河主坝槽形混凝土防渗墙

在月子口防渗墙经验的启发下，为解决密云大坝深厚松散坝基的防渗难题，从1958年开始经过了近一年的研究试验，最后摸索出了一套具有我国技术特色的主付孔“钻劈法”抽筒出碴、分期造槽成墙的工艺。修建成功了我国第一道槽形混凝土防渗墙。为我国发展使用这项技术指明了方向和打下了基础。同时培养了一支为水利水电建设转战祖国大江南北具有光辉业绩的基础处理专业施工队伍。

密云水库白河主坝混凝土防渗墙，总长784.806m，墙厚0.8m，嵌入基岩0.5m。全墙造孔进尺35573.7m，防渗墙总面积18876m²，浇筑混凝土20702.21m³，全部工期历时6个月，建成后经40年来运转表明防渗效果良好。

该墙修建成功，在当时的条件下，成功的规范了我国的防渗墙混凝土工程，诸如毛家村，南谷洞，十三陵，碧口等大坝混凝土防渗墙。之后，防渗墙的形式和适用范围发展很快，尤其在混凝土坝方面。

贵州猫跳河四级窄巷口水电站在拱桥上建成的双曲拱坝，在其下第四纪冲积层内建成混凝土和钢筋混凝土防渗墙各一道，替代了坝基深复盖层开挖。

四川渔子溪一级水电站拦河坝基础大直径漂卵石，采用了浆下定向累能爆破方式，成功建成了混凝土防渗墙。

迄今这批工程仍发挥着显著的工程效益。

3、除险加固坝体及坝基础防渗墙的修建

为了扩充我国松散坝基防渗墙修建技术的适用范围，于1965年在甘肃金川峡水库大坝加固中。穿透坝体粘土芯墙建成了我国第一道坝体内的防渗墙，使混凝土防渗墙作为坝体防渗体系，其作用和功效又向前推进了一步。其后，澄碧河、拓林、海子、黄羊河、邱庄等多座水库大坝均建成了同类型心墙bD固混凝土防渗墙。现介绍其中规模较大的典型工程一拓林水电站心墙坝基础混凝土防渗墙。

图1 密云水库白河主坝剖面图

四级窄巷口水电站

该工程为粘土心墙坝，最大坝高63.5m，由于原设计标准偏低及大坝施工质量问题，列为险库，一直不能发挥应有效益，直到1979年对工程进行了加固，通过心墙及坝基作一道混凝土防渗墙。墙长591m，平均深61.24m，墙厚0.8m，墙本总截面积33000m²，嵌人基岩3.5m。其技术特点是：在穿过粘土芯墙造孔中成功地应用了多刃角空心式钻头，提高了粘土心墙的钻进功效。造墙中还曾试用了反弧钻头接头工艺。采用泥浆下超声检测钻孔质量的措施，为适应在深度较大，心墙较薄的条件下安全浇筑流态混凝土，制定特殊规定，解决了一些关键技术，取得了在坝心墙内设置刚性心墙时设计及安全施工的经验，为加固心墙坝找到可借鉴的经验。

本防渗墙工程16个月完成进尺34939m，浇筑混凝土27433m³。建成后，经受了1998年洪水考验，证明加固防渗效果显著。

4、混凝土防渗墙修建技术进入成熟阶段的工程

70年代中期，我国已建成超过40m深的主要混凝土防渗墙达15座，墙截水面积达16万余m²。我国的设计施工已解决在不同工程要求和不利自然条件下成功建成防渗墙的技术。诸如铜街子左深槽防渗墙，水口围堰防渗墙等。在80年代成功的建成了葛洲坝深水围堰双道混凝土防渗墙工程，这是我国混凝土防渗墙的新发展，也是三峡工程的实战准备。

葛洲坝工程大江围堰是保证大江主体建筑物安全施工的唯一屏障，并承担了一期工程通航发电重任，设计采用两道防渗墙(图3)

该围堰在深水中以砂卵石抛投而成，水下堰体松散且透水。河床复盖层为砂砾石强透水层，河床基岩为粘土质粉砂岩及透水砾岩。

二道穿过堰体及地基的混凝土防渗墙均厚0.8m，两墙轴线距为3.5m，墙底嵌人基岩0.5～1.0m。

该混凝土防渗墙技术特点是：首先采用双道墙先后分期施工。由于双墙合龙段施工仅为一个枯水季，故工程安排上采用了多钻机短槽孔多接头方式。为此引进了液压抓斗，并成功的应用了“两钻一抓”的主副孔施工工艺。为了保证槽间接头质量，还首次采用了可拔 80cm钢接头管，改善了槽孔接头质量，缩短了工期，节约了投资。在墙体材料上第二道墙使用的大掺量粉煤灰混凝土、混凝土搅拌运输车供料工艺等均大幅度提高了施工技术水平，取得了良好的工程效益。

葛洲坝大江围堰防渗墙总计完成进尺81770m，防渗截水面积51155m²，浇筑混凝土达62269m³。

5、墙体最深和混凝土强度最高的防渗墙工程

随着我国大型水利水电工程的建设发展，对高土石坝的地基防渗墙系统不断提出了更高的要求。黄河小浪底工程主坝基础采用混凝土防渗墙方案的成功建成，使这项技术更进一步发展。

黄河小浪底主坝(如图4)为内铺盖的壤土斜心墙堆石坝，最大坝高154m，设计选用了心墙下以混凝土防渗墙作为河床复盖层的防渗措施。防渗墙轴线长464.03m，防渗墙截水面积约21174m²。

河床复盖层最深达80余m，基岩为粘土岩和砂岩。

该混凝土防渗墙设计墙厚1.3m，嵌入基岩1～4m，墙段连接为套接接头，墙体温凝土设计强度为R90、35MPa，变形弹模E值为30000MPa。

该墙主要技术特点是冲击钻为主施工孔，付孔由液压抓斗及冲击钻使用“两钻一抓”及钻和劈工艺施工。在造槽施工过程中熟练应用了上述造孔技术，施工工艺严格。成品率高，创造了目前国内混凝土防渗墙81.9m的最高深度记录。充分体现了我国造墙水平。

由于墙体材料强度高使槽间套接孔钻凿十分困难。为此专门研究配置了早期强度低，后期强度高的粉煤灰混凝土，从而顺利解决了接头孔的造孔困难，保证了接头孔0.2％的孔斜率，使其合格率达到98.2％。

图2拓林水电站主坝剖面图

图3 葛洲坝大江上游围堰剖面图

图4 小浪底主坝横断面图

该混凝土防渗墙的第二期工程(左岸)防渗墙截水面积1501m²，墙厚1.2m，最深达70.3m。其主要技术特点为槽段接头采用了包裹接头法。该段二期工程由国外承包商施工，为我们提供了学习国外经验的机遇。

6、 三峡工程二期围堰混疆土防渗墙

三峡工程二期围堰是三峡工程中最重要的临时建筑物。防渗墙是二期围堰主要的组成部分。它是确保二期工程成败的关键。

二期上游围堰均系在60m深水中填筑，截流戗堤使用块石填筑，口门段平抛垫底用砂卵石填筑。上部心墙用风化砂填筑而成。上下游围堰轴线总长2407m，最大高度超过80m(见Pz2二期上游横向围堰典型剖面图)

围堰地基复杂，尤以河漫滩及江中深槽部位含有高陡坡和高强度、大粒径块球体，这是防渗墙钻凿孔的一大难题。

堰体防渗墙结构设计为塑性混凝土防渗墙，其上接土工合成材料，其下为帐幕灌浆。上游围堰深槽段长162m，采用双排塑性混凝土防渗墙，墙厚lm，上、下游围堰混凝土防渗墙共约8.4万m²。

该防渗墙中尤以上游围堰防渗墙具有深度大、施工强度高、工期紧迫、地质条件极其复杂的特点，故其技术综合难度较大。国际上几家知名度很高的基础工程公司，亦对此表示认真对待不能轻视。这确实对我国自己的防渗墙设计、施工技术水平提出了一次挑战和考验。

面对如此艰巨的任务，曾动员了有关的科研、高校、设计、施工、勘测等部门及专家开展了深入研究和试验，通过几次国家重点科研立项，以及大规模的全面现场施工试验，终于使二期围堰及混凝土防渗墙按时建成，取得了预期的成功。使得我国防参墙技术水平得到进一步提高。表现在：

①设计基于充分的前期勘测，试验等工作，吸收国内外有关工程经验，尤其是葛洲坝围堰和三峡一期围堰实践经验。保证了防渗墙设计的科学性和先进性。

②坚持现场实地试验，摸清地层规律，取得施工所需的多项参数。实践中锻炼了队伍，提高了施工人员的技术素质。

③防渗墙施工采用了国内外的先进施工机具及工艺，为保证槽孔施工的高效优质选定了反循环冲击钻，液压导板抓斗和国际先进的双轮钻机作为槽孔施工机械，满足了工程的要求。

④解决了槽孔施工中块球体钻凿工艺，使用泥浆下钻孔或聚能爆破，重型钻头冲砸配合冲击钻或抓斗并采用超前钻等项施工工艺，提高了造槽工效，也保证了安全施工。

⑤上游围堰中间部位深槽段左侧70°～80°陡岩坡面的钻进，除使用传统的浆下聚能爆破外还使用了大量钻孔预爆及槽内孔底定位钻孔爆破，使陡坡形成多级不规则的台阶状，既保证了墙底的接触良好。也使双轮铣及反循环冲击钻钻进效率提高l～3倍。

⑥泥浆及净化系统，围堰防渗墙工程中采用了膨润土为主材低固项泥浆，以适应各类钻机的循环工艺。

⑦防渗墙槽孔建在抛填风化砂料之上，密度较低，为避免槽壁坍塌及减小防渗墙上部的水平位移，使用了振冲加密技术，使填筑风化砂的堰体容量达到1.8g/cm³以上，振冲加密施工取得了成功。

40年来，我国水利水电混凝土防渗墙技术，从无到有逐渐发展直至目前，已可在各种一般特殊地层中，修建各种用途的混凝土防渗墙，其中有的墙最大深度可接近100m。今天靠我国自己的力量已能完成像葛洲坝大江围堰混凝土防渗墙、小浪底主坝混凝土防渗墙以及三峡二期围堰防渗墙等大型防渗墙工程。目前正在施工的黄壁庄水库副坝混凝土防渗墙工程量可达300000m²。据不完全统计，截至1998年我国不同用途的各种混凝土防渗墙已超过100余座。截水面积达100余万m²。40年来我国混凝土防渗墙技术，通过大量工程实践，积累了丰富的经验，不论在科学研究，勘测设计和施工技术现代化管理方面都获得了很大进展。

随着我国国民经济的发展，我国水资源的利用也将得到进一步的开发，对水利水电工程中的混凝土防渗墙工程，会不断提出更高更新的要求。我们应针对水利水电工程地基的关键技术，如新装备、新工艺、新材料，自动控制等展开协同攻关，总结经验，找出规律，加强理论研究，以促进防渗墙技术的不断全面发展，迎接我国21世纪水利水电建设的新高潮。