防渗墙设计实例分析

秦丽莎，孙迎军

1.汕尾水利水电规划设计院，广东 汕尾 516600 2.中国水利水电第四工程局，青海 西宁 810006

1 防渗墙的平面布置

在选择土石坝防渗墙的平面布置时，应考虑以下几个要求：

1）坝身地质条件和水文地质地质条件

当坝基基岩（或做为隔水层的粘性土）岩性或地质构造沿水流方向有变化时，宜将防渗墙放在坚固而不透水的基岩或粘性土层中，尽量避开不利的地质构造（如断层等）。

当坝基覆盖层沿水流方向有很大变化时，也应考虑将防渗墙放在覆盖层较浅并容易施工的部位。

2）施工条件

当防渗墙放在已建成水库的上游坝脚的粘土斜墙或铺盖中时，则在防渗墙与坝脚之间应留出一定的距离（其大小依钻机摆放位置而定），以便布置施工道路和设备。当土石坝上游坝脚地面起伏不平，难于施工时，可考虑将防渗墙布置在坝顶或上游坝坡上。这样做内外交通和度汛都有利。当土石坝晚于防渗墙施工时，应着力解决两者施工互相干扰问题。具体做法有以下两种：

（1）在坝体建筑之前建防渗墙。有的土石坝在清基平整后，就开始建造防渗墙。待防渗墙全部或部分建成后，进行坝体的全部填筑施工。这样做，相互干扰较少；

（2）在坝体填筑到一定高度后再建防渗墙。有些土石坝地表起伏不平，或者是地下水太高，防渗墙无法原地面施工。此时常常是先把坝体建筑到一定高度，也即上述两种不利条件被克服之后，再建防渗墙（如西斋堂水库土坝）。这种做法可能带来一个问题：由于防渗墙施工时破坏坝基上已经铺好的反滤料，渗透水流可能从防渗墙的薄弱部位（夹泥较多的接缝或墙体内漏洞）穿过流到下游坝基中去，并把失去反滤料保护的防渗土料带走，最后酿成事故。

3）水库渗漏损失

当防渗墙位于粘土铺盖中时，在满足施工要求的前提下，应尽量使防渗墙靠近坝体，以减少通过粘土铺盖的渗流损失和铺盖加厚的工程量。

4）防渗墙的受力条件

一般来说，把防渗墙放在受力较小的部位肯定是一个好办法，比如早起的皮尼欧斯和肯特朗坝就是这么做的。随着科学技术的发展，由于我们掌握从很软到很硬的防渗材料施工技术以及采用灌浆廊道和塑性土区等附加措施，使得在高土石坝中采用防渗墙也非难事，可以说，受力条件对防渗墙布置的影响已经不是主要问题。

5）工程量和造价最少

防渗墙在平面上的布置，大致有三种：直线形、折线形、弧形。其中，直线形较多。折线形则常常由于某些原因（如避开深槽，与灌浆帷幕连接等）而采用的。凸向上游的弧形布置是考虑到防渗墙受上游水压力作用后，可借助于拱的推力使各墙体接缝压紧，对防渗有利。如曲率较大，还能改善受力状况。国外有好几个防渗墙是这样布置的，其中最典型的就是马尼克3号坝。狭窄河谷中承受水头较高的土石坝，采用这种布置方式尤为有利。我国三峡围堰也采取了弧形布置方式。

2 工程实例

从各加固方案在国内的运行上看，冲抓套井形成防渗体后，由于新防渗体与坝体沉降不同步形成拱效应使新防渗体易形成细微裂缝影响防渗效果，近年来运用不多；劈裂灌浆造价低，但形成的防渗幕墙太薄，且做到强风化层有难度，防渗效果有限；砼防渗墙根据墙体深度，成槽工艺较多，各种成墙深度均有适宜的成槽工艺，在国内运用普遍。高压喷射灌浆也有较好的防渗效果。

2.1 塑性混凝土防渗心墙设计

根据本工程的地质情况，确定塑性混凝土防渗心墙深入全风化板岩层1m。塑性混凝土防渗心墙是利用专用的造槽机设备营造槽孔，并在槽孔内注满泥浆，以防孔壁坍塌，最后用导管在注满泥浆的槽孔中浇注塑性混凝土并置换出泥浆，筑成柔性墙体。

参考《中国堤坝防渗加固新技术》，防渗墙厚度与防渗墙体内的水力坡降最大允许值有关。防渗墙厚度可用下式计算：

式中，Jmax——墙体体内的允许水力坡降，本设计将塑性混凝土防渗心墙的渗透系数设计指标定为10-7cm/s，对应允许水力坡降值500。

△Hmax——作用在防渗墙上的最大水头差，本工程加固后校核水位为14.63m，坝基处防渗墙对应水头为12.70m。

K——抗渗坡降安全系数，一般取3～5，本次设计取5。

将数据代入公式可计算得需要达到的防渗墙厚度T=0.18m。考虑到如采用较薄的防渗墙，目前国内的施工工艺水平难以保证工程质量，并参照国内已有的实际工程，设计采用厚度T=0.30m。施工使用射水法成槽，沿着坝轴线布置，一次成槽宽度2000mm，形成塑性混凝土防渗心墙的有效厚度为0.30m。防渗墙总长度为435m。

2.2 高压旋喷防渗墙设计

高压旋喷防渗墙深度与塑性混凝土防渗墙相同，深入全风化板岩层1m。高压旋喷防渗墙厚度的计算过程与塑性混凝土防渗心墙相同，设计厚度采用T=0.30m。根据坝体及水头都不是很高的实际情况，本次设计喷射方法为三管法，孔距为1.2m，孔径为1.25m，高压旋喷防渗墙有效厚度可达0.3m。

2.3 防渗方案的选择

塑性混凝土防渗心墙造价较低，且防渗效果较好，其渗透系数随着时间的增长而降低，两年后一般可降低到28d渗透系数的1/10～1/100，破坏水力坡降可以达到500以上，如控制好施工质量，建成后可彻底解决坝身渗漏问题。施工工艺和施工设备均比较简单，且库水位骤降时心墙下游面不会产生顶托作用。

由于大坝建设时清基不彻底，大坝坝基部位存在接触渗漏的可能，是大坝渗流安全的隐患。坝基及坝肩基岩为板岩、花岗岩。根据全风化和强风化板岩的钻孔注水试验揭露坝基为中等透水岩层，故对主坝坝基采取帷幕灌浆加固措施，以透水率小10Lu的位置为相对不透水层，帷幕深度要求深入不透水层（w＜10lu）下5m。设计孔距为2.00m。

主坝的岩基虽然属于中强透水性，但地质条件比较简单，且坝工设计对基础没有特殊要求，故帷幕灌浆组成选用为单排钻孔数。钻孔位置沿着坝体轴线布置，即帷幕位于塑性混凝土防渗心墙下面，两者形成坝体和坝基的垂直防渗体。并沿着坝轴线到达两岸，帷幕总长度为435m。

[1]丛蔼森.地下连续墙的设计施工和应用.中国水利水电出版社，2001.

[2]高中璞，等.大坝基础防渗墙[M].1版.中国电力出版社，2000，2.

[3]《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》sLl74-96.水利水电出版社.

[4]张成军.土石坝防渗墙粘土混凝土材料研究与工程应用，2007.