多头小直径防渗墙在小型水库防渗处理中的应用

王明来

（江苏省水利工程科技咨询股份有限公司，江苏 南京 210000）

多年来，水库堤坝防渗加固问题一直是水利工程施工中的重要环节，由于渗水成因较为复杂、环节众多，而且环环相连，大坝的施工质量得不到保证，防渗效果达不到要求。进行水库堤坝防渗加固施工不仅有利于提高社会效益和经济效益，而且在人民的生产生活中也扮演着极为重要的角色。本文主要对多头小直径防渗墙在小型水库防渗处理中的效果及作用进行分析。

1 防渗加固方法

1.1 塑性混凝土防渗墙

塑性混凝土防渗墙采用液压抓斗进行施工，易受水文地质和气候环境的影响，液压抓斗的施工效率较低，在开挖过程中抓斗往返运转，造成槽段塌孔，进而使得槽段衔接处结合部位形成夹泥缝，甚至不连续等。同时，在混凝土浇注过程中，由于槽段塌陷物坠落，易在防渗墙上部墙体内形成夹洞。因此，对于一般较大的工程，这种方法不太适用。

1.2 多头小直径防渗墙

多头小直径防渗墙是利用多头小直径深层搅拌桩机在多个孔洞中进行深层搅拌灌浆，在钻头充分钻孔的同时，注入水泥浆，将水泥浆与原本的泥土进行充分的搅拌，形成桩柱，由于桩柱体参透系数比较小，且整体性、防水性较好，因此相对天然墙体的抗压强度而言要高很多，多个桩柱体连接在一起，形成一个防渗墙，以此产生防渗作用。当前我国在小型堤坝中，主要在以下四种情况中采用多头小直径防渗墙，以达到较好的防渗截渗效果。

1.2.1 高喷灌浆防渗墙

该种方法利用高压技术将水泥浆液放入机械中进行充分的搅拌，水泥浆液也可利用干粉代替，但必须要在干粉中注入一定量的水，使其可以形成单独的桩体。形成桩体后，将其放入墙体中，能够达到截渗的效果。这种方法对高堤坝来说，其防渗效果极好，但是由于用来搅拌水泥浆液的机械过于庞大，结构也过于复杂，使工人难以更好地对该设备进行控制，造成工人在工作时，桩体难以有效地形成，并且该种防渗截渗的方法因为过于复杂，难以操作，并不适用于小型堤坝[1]。

1.2.2 铺设防渗膜

在堤坝的上游部位，人工铺设具有足够厚度的防渗膜，并用土体对其进行覆盖，达到防渗的效果。但该种方法对施工人员的技术要求很高，不仅要求施工人员在铺设土工膜时，保证土工膜的平整，还要求土工膜的焊接具有绝对的牢靠性。唯有保证这些工作的工作质量，才可使铺设的防渗膜形成一个完整的整体。而且，该种防渗方法在后期需要工人对防渗膜进行定期的保护和维修。

1.2.3 多头小直径防渗墙

该种方法形成的墙体不仅具有优良的质量，并且其塑性非常好，在后期不易老化，使用年限很长。相对于其他墙体或防渗膜来说，需要用到的建材不仅用量少，而且造价低，产生的墙体质量也比其他的墙体或防渗膜好，不仅为企业节省出大量的建造成本，还减少了后期维修和保护墙体的人工和成本。

1.3 冲抓套井黏土井柱防渗墙

这种方法利用冲抓锥进行造孔，并对原来堤坝的杂物进行清理，使之形成一个直井，然后用泥土进行填充，孔和孔套形成一个接连的墙体。这个墙体防渗性比较好，形成的墙体对孔体周围的泥土起到一个巩固作用，增加了泥土之间的密度，降低渗透。

2 方案选比

塑性混凝土防渗墙可以适用于各种墙体，适用性比较强。由于墙体浇筑时是开槽的，施工质量易于控制，且墙体的塑性可以使墙体和坝体之间完美融合，防渗效果比较好，具有很好的耐久性，可以延长坝体的工作年限；多头小直径防渗墙成本低，取材方便，可以节省工程时间，且墙体的耐久性和紧密性也比较好，与其他防渗墙的效果不相上下，在这三种方法中，这种方案在保证质量的同时可以保证施工企业的利益；冲抓套井黏土井柱在保证施工质量的前提下施工速度快，施工周期短，防渗效果满足需要，但是这种方案的缺点是井柱施工需要进行黏土回填，在回填的过程中不易把握回填的质量，如果回填的黏土粘度不够，或填充的量过多或过少，都可能会造成墙体防渗效果的减弱，不能达到理想的效果[2]。

综上所述，三种方案都可以满足墙体的防渗功效，满足堤坝的需求，但多头小直径防渗墙具有施工简便、周期短、成本低、防渗功能好等特点，就施工企业而言，这个方案既可以保证工程质量，又能够保证企业效益，是施工过程中的首选方案。

3 防渗加固设计

对于多头小直径防渗墙的厚度可以用公式（1）来计算

式中：T 代表的是墙的厚度；△H 是最大水游与最小水游的差值；[J]指的是多头小直径允许水力坡降。调查得知，最高水位为65.90 m,下游堤背处的水位为62.20 m，多头小直径允许水力坡降为30 m。经过计算，墙体厚度为0.15 m。考虑施工中存在的误差，选用桩径为40 cm 的桩体,且桩体之间的距离为30 cm。成墙厚度要大于30 cm，喷灰量大于50%。防渗墙设置在距离大坝坝顶中心1.0 m 处迎水一端，墙顶的高度达到66.10 m,墙体深入坝基中大概1.5 m～2.0 m，渗透墙的平均深度为5.0 m。为保证施工质量，施工过程中应严格按照这些数据进行施工，以免产生或大或小的问题，影响施工进度，延长施工周期。

4 大坝渗流安全复核

4.1 计算断面及地层简化

结合历年坝高、地形和灾难发生的位置，选取代表性的层面作为计算渗流的复核断面，对水库地质进行分析，一般选取的是大坝的典型剖面，断面桩号为0+306.4。

4.2 计算参数的选取

按照地质报告计算各断面水层的渗透压系数，如果地质报告中存在没有提供渗透系数的土层，则需要按照本土层的地质特点，进行工程类比选定。根据经验、填土成分、施工方法等因素来计算坝体的渗透系数。最终确定渗透系数为3.27E-04 cm/s,坝体为中等透水性，渗透系数为9.83E-07 cm/s，坝体为弱透水性。

4.3 计算工况

根据相关规定，渗流计算选择工况有三种，分别是正常水位、设计水位、校核水位。

4.4 计算成果及分析

采用二维稳定有效渗透元法对渗透进行详细计算，并利用Auto-BANK- 水工结构性有限元分析系统对计算数据进行分析。该水库的坝身和坝坡下游土层为粉制壤土，结合类似工程变形判定，渗透的破坏形式为流土破坏，每个接触的土层之间不会产生由接触挤压所造成的土壤流失。由计算结果分析可知，大坝加固后横剖面上的计算等势线分布符合一般均质坝的渗透规律[3]。

5 结论及建议

多头小直径防渗墙不仅操作简单，用料少，成本低，而且成墙渗透性低，强度大，可以起到非常有效的防渗截渗的效果，尤其在小型堤坝中效果更为明显。如果能够熟练地掌握多头小直径防渗墙的工作原理，了解其工作流程，明确施工时需要注意的要点，便可以对该方法进行灵活运用，更好地解决堤坝渗漏问题，保证水库的蓄水输水功能。