塑性混凝土防渗墙在土坝防渗加固中的有效运用分析

崔丽娜

（山西朔州市水务局，山西 朔州 036002）

塑性混凝土防渗墙在土坝防渗加固中的有效运用分析

崔丽娜

（山西朔州市水务局，山西 朔州 036002）

塑性混凝土防渗墙在水利工程中的使用非常普遍，文章结合目前塑性混凝土防渗墙的特点和土坝易渗漏的原因，对其在中型土坝中的施工工艺进行分析和探讨。

塑性混凝土;防渗墙;土坝防渗加固

经过多年的实践证实，塑性混凝土防渗墙作为一种防渗结构，具有既经济又安全的特性。因为在塑性混凝土防渗墙施工中，由膨润土和粘土取代了其他防渗墙体中的普通混凝土，保证工程质量的同时有效地降低了成本，所以在水库土坝中的运用较为广泛。在施工过程中，结合塑性混凝土的优越性能，利用先进的工艺和技术，可以使防渗墙起到很好的防渗加固作用。

1 塑性混凝土防渗墙的特点

塑性混凝土防渗墙就是利用造槽机械设备生产防渗工程中所需要的槽，在槽孔的中心实施混凝土浇筑形成的防渗墙。它克服了刚性防水墙的部分缺点［1］，相对于普通混凝土防渗墙及其他防渗墙来说，有着十分明显的特点和优点。

（1）墙体极限应变性能的加大（大约是普通混凝土的2～4倍）可以减小正常荷载或者地震荷载中的应力，防渗墙的安全性能得到很大的提高。

（2）塑性混凝土与普通混凝土相比，稳定性更高、极限应变更大、抗渗性能更佳，方便工程的施工。

（3）塑性混凝土的弹性模量和土体本身相差不大，能够适应土体的变形。（4）塑性混凝土的耐久性好。其渗透系数在10－7～10－10cm/s，破坏坡降能够达到500，防渗性能十分优越。

（5）塑性混凝土在实际运用中水泥的消耗量少，能够很大程度地节约经济成本。

2 土坝容易渗漏的原因

2.1 坝体原因

（1）前期填筑时没有对坝体实施碾压或者没有压紧，土体出现疏松，致使坝体部分土区的坡降下降，水量过剩导致坝体被侵蚀状况。

（3）坝体土样过干或者容重低，坝体填筑土的渗透系数过高，不满足相关规范和要求。

（4）土坝设计及对洪水进行校核时，渗流量过大，浸润线下游的逸出点偏高，安全系数变低，不能满足相关规范的要求，容易发生渗漏。

2.2 防渗措施不完善

（1）坝基位置可能存在天然的断层破碎带，或者基岩节理裂隙呈现发育，但是没有进行灌浆和加固处理，坝体与坝基之间的防渗体系不完整，使漏水通道容易被破坏。

（2）大多数的土坝坝基会存在天然覆盖层，本身的透水性较强，没有对其进行防渗处理或者防渗措施不完善。渗流水体经过透水层，再从下游坝脚以及坝脚的薄弱位置逸出，造成安全系数下降，甚至出现坝体沼泽化、流土的危险状况。

（3）穿坝涵管连接坝体的地方没有实施止水，施工回填土以及夯实处理较差，水由裂隙沿着管壁的薄弱位置渗漏，出现渗水通道。

3 塑性混凝土防渗墙的设计

大坝加固防渗处理方案:坝体使用塑性混凝土的防渗墙结构，坝基使用帷幕灌浆的方式。帷幕灌浆的深度需要深入到坝基岩体5Lu线以下。在河床段使用悬挂式帷幕处理，深度采用最大坝高。帷幕灌浆设置先导孔用于对灌浆的设计参数进行优化调整，分三序孔进行灌浆，按照孔距由疏到密的顺序进行。

3.1 防渗墙的布置

在中型土坝的加固除险施工中，根据土坝运行的实际施工工序和所处的环境，结合防渗墙的施工平台布置。其轴线一般布置在坝顶范围之内，且与坝轴线平行。墙顶的高度必须保证不能低于校核的洪水位置，高于设计洪水位0.3～0.6m以上。防渗墙墙底穿过坝基风化覆盖层，紧贴基岩界面，防止漏水和渗流的发生。

在中间的部分，数据的特征都比较模糊不易区分。ST-SNE在这部分数据中识别出了更多的特征，并形成了一些独立的簇和模糊的簇，模糊的簇在有染色的情况下是比较清晰的。BH-SNE这部分的结果显得比较杂乱，没有识别出不明显的特征。

3.2 墙顶施工平台的布置

凿孔是土坝加固除险工程中的必要工序，在防渗墙的布置中，一般使用钻机实施这道工序［2］。由于在中型土坝的建设中，所需槽孔的宽度较长，且施工机械设备为大型设备，所以为满足设备安放和通行的施工需求，墙顶需要设置上下游的施工平台。施工平台的交通组织施工中设备机械较大，要满足如冲击机、相关吊机等机械的通行，上下游平台设置时应大于7.0m，以满足挖掘设备和运输车辆的通行。平台顶面需要设置厚度约0.2～0.3m的泥结砂砾承重层，以保护平台下的坝体以及满足通车需要。在上部坝体实施填筑之前，必须对该承重层予以清除。

3.3 确定墙体厚度

根据抗渗性和耐久性的需求不同，计算墙体厚度有不同的方式。

（1）抗渗性。塑性混凝土的抗渗性能在n×10－6～n×10－8cm/s之间发生变化，其中少数混凝土抗渗性能达到10－11cm/s。在实际水利水电工程中，承压水头低于70m时，渗漏系数控制在n×10－6～n×10－7cm/s之间，当承压水头高于 70m时，渗漏系数在n×10－8cm/s。

（2）耐久性。防渗墙在压力的不断作用下，耐久性的程度取决于物理侵蚀和化学溶蚀的程度［3］。其中物理侵蚀主要是指机械力的侵蚀。因为水力坡降对侵蚀破坏的程度有重大影响，所以防渗墙的厚度计算需要根据水利坡降的水力梯度进行计算。防渗墙的厚度计算公式:

式（1）、（2）中，JP为防渗墙允许的水利梯度;H为防渗墙承受最大水头;JMAX为防渗墙被破坏时水利梯度最大值;K为安全系数，K=5。

由于塑性混凝土防渗墙中水泥的用量相对较少，导致了极限水力梯度值变低。依据多年的实际经验和相关数据，塑性混凝土防渗墙的水力梯度建议以50～60的值为参考［4］。综合计算过后，由这两种性能计算出来的墙体厚度是最小的，是在土坝加固施工中的初选厚度。

（3）防渗墙结构计算。在根据水力梯度计算墙厚之后，对于高度较大的坝体，需要再次根据应力应变结构进行计算，检验防渗墙是否满足相关要求。这是因为坝体越高，所承受的压力就越大，不计算便无法明确得知其所承受的压力。对由抗渗性和耐久性计算得出的初选厚度数据进行结构计算，核算墙体的压力、拉应力和剪应力等结果。如果其应变值未超过允许值，则初选厚度是可行的，如果超过了允许值，需要继续加大墙体厚度数据进行计算，以满足允许值。

3.4 槽段划分布置

混凝土防渗墙是由一定数量的段板墙套接的，所以墙段以及套接的接缝越少，墙体的防渗性能随之越高。槽孔段的长度划分首先要保证造孔及坝体的安全性，其次要满足挖掘机等设备进行凿孔施工的相关要求、混凝土搅拌设备的施工条件及保证相关设备的可通行。塑性混凝土防渗墙槽孔段的长度控制在相关范围之内，一次成槽的宽度是3m，布置时以2序槽孔划分相隔布置，如图1所示。

图1 槽段划分布置图

3.5 坝底基岩帷幕灌浆管布置

目前，我国有一部分水库土坝坝底都没有实行过帷幕灌浆防渗处理［5］。为了避免对混凝土防渗墙结构的破坏，需要在防渗墙中间埋设灌浆管，管道可以采用内径为130mm的塑料管道或者钢管。当采用塑料管道时，为保证定位准确和埋管的垂直度，在其内部在套上外径为110mm的钢管，后期需要拔除，钻孔机的破坏性较大，注意避免使用。灌浆管埋设在防渗墙的中心线上，孔之间的距离与灌浆设计孔距离相同。墙体厚度≥0.8m时，不超过30m高的防渗墙，可以采用先埋钢管的方式，在混凝土凝结后拔出，以节约钢管的使用量。

4 塑性混凝土防渗墙的施工工艺

施工程序:施工准备、测量放样、对施工平台和导墙施工、成槽施工、清孔、预埋管下放、浇筑导管、塑性混凝土浇筑。这里对关键程序和工艺进行说明。

4.1 施工平台的施工工艺

防渗墙墙顶平台应该保证坚固、平整的特性，以满足相关运输车辆和设备的通行。施工平台需要满足排水、排污的顺畅，其高度应该高出地下水位1.5m以上。

4.2 成槽施工的工艺

槽孔施工时需要按照先1序槽孔、再2序槽孔施工的顺序进行。主要成槽方式有钻抓法、抓取法、钻劈法等。其中抓取法是较新的成槽工艺，功效高。但是仅适应于细颗粒地层的施工，且成槽的精度不高。槽孔长度一般为7m，槽孔线在防渗墙的轴线上，保持壁面的垂直，孔斜率＜4‰。

4.3 塑性混凝土的浇筑

塑性混凝土中水泥掺和料与水组合成混凝土的基本浆材，是塑性混凝土的重要成分。掺和过多的粘土和膨润土会导致强度低，防渗墙的抗渗性变弱，所以塑性混凝土需要严格的配合比。水泥的使用量一般在80～170kg/m3，最少不能低于80kg的量，胶凝材料的总量不少于240kg/m3，膨润土不少于40kg/m3。同时，以满足材料的流动性为准，避免出现用水过多的情况。塑性混凝土的配合比例具体应按照当地的砂石骨料以及水泥品种的不同进行室内配比实验。

混凝土浇筑之前，必须确定好浇筑方案。包括绘制槽孔的纵深剖面图、设定浇筑所需的方量和高程、布置导管等浇筑机具与埋设件、确定浇筑的方式、顺序以及相关技术保障措施。对于泥浆下的混凝土浇筑应该采用内径200～250mm长的导管，实施直升导管法，确认导管的连接牢固、完全密封，避免出现导管堵塞及其他质量事故。

混凝土浇筑过程中需要满足相关条件，首先是导管深度在1.0～6.0m之间;其次混凝土面均匀上升，高差不大于500mm，速度不小于2m/h;另外浇筑中每0.5h需要对槽孔内的混凝土面深度进行测量，每2h对导管内的混凝土面深度进行一次测量。要注意保证混凝土的质量，质量不过关的不得浇筑，防止混凝土压入空气进入导管。

5 塑性混凝土防渗墙的有效性

工程中经过先后3次的培厚加固，对坝体和坝基进行充填灌浆加固的处理，坝基稳固和防渗性能得到了很好的保障。在防渗墙施工的同时，对下游河道的护岸进行加固以及抗排处理，可以明显地发现来水量变少，在防渗墙落成之后，基坑的来水量达到最低值。这表明塑性混凝土防渗墙的加固处理到位，防渗效果明显加强。

6 结语

塑性混凝土防渗墙是一种柔性墙体，相对于刚性墙体以及其他墙体结构来说，具有防渗性能好、经济可靠的优点。塑性混凝土防渗墙的施工，必须根据当地环境、土质等特点优化方案，采用先进可靠的施工技术和工艺，建立连续的、完整的防渗体系，最大限度地保障坝体的质量安全，实现塑性混凝土防渗墙的有效运用。

［1］袁荣库．塑性混凝土防渗墙在吉林市丰满区二道水库除险加固工程中应用［J］．科技创新导报，2012（33）．

［2］黄荣峰，周江沭．塑性混凝土防渗墙在土坝防渗加固中的应用与探索［J］．城市建筑，2012（17）．

［3］岳景哲．塑性混凝土防渗墙在土坝防渗加固中的应用与探索［J］．中国西部科技，2010，22（09）．

［4］陈锦秋．塑性混凝土防渗墙在水库土坝防渗加固中的应用［J］．城市建设理论研究（电子版），2013（11）．

［5］宋宪武，叶青，宋振刚．大河水库除险加固工程中土坝防渗设计与施工［J］．水利规划与设计，2010（02）．

TV543.8

B

1008-1305（2015）06-0063-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2015.06.024

崔丽娜（1982年—），女，工程师。