混凝土防渗墙技术在水利工程的应用

姚任峰（桓仁西江发电有限公司）

0 引言

混凝土防渗墙最早被用于石油钻井工程，具有结构坚固、施工简便、防渗效果好等特点，尤其在土石堤坝的加固与防渗中，利用混凝土防渗技术进行施工与加固，能够大大减少坝基在管涌、流土过程中的渗漏问题。当前国内大型水利水电工程的建筑施工中，都会用到塑性混凝土防渗墙，对河堤坝基闸基进行沟槽开挖，浇筑混凝土泥浆形成加固的墙体护壁，以提高水利工程的防渗防漏质量。

1 混凝土防渗墙的主要技术及其发展应用状况

1.1 混凝土防渗墙的施工技术

塑性混凝土防渗墙施工技术，包括钻孔成槽、清孔验收、混凝土浇筑等技术，主要根据水利水电工程的地质土层、建筑结构及导管敷设情况，进行多种混凝土防渗技术的应用。

1.1.1 钻孔成槽施工技术

造孔成槽施工通常利用多头螺旋钻、冲击十字钻等成槽机，对地下施工的连续墙体进行成槽开挖，成槽机抓斗在坝土基岩、砾石等土层的开挖过程中，应均匀慢速的出/入槽，槽段两侧采用双向闸板插入导墙。

1.1.2 清孔及验收

墙体单元槽段成槽后，要采取泵吸法、冲击反循环法或掏换法，对槽口及孔壁的钻渣、泥皮、泥渣等进行清理，在清孔内抽出泥浆后，经泥浆净化器进行处置并返回槽孔，新浆从槽口孔壁向槽内补充，这一过程反复多次直至槽内的新鲜浆液符合要求。之后运用圆形钢丝刷子钻具，对接头进行连续刷洗，将接头上的泥屑、孔底淤积刷洗干净（孔底淤积厚度≤10 cm，泥浆比重＜1.30 g/cm3）。混凝土浇筑。水利水电工程的防渗墙混凝土浇筑，主要在孔槽清理完毕的5 h 后，利用导管内/外的混凝土、泥浆压力差值，以及混凝土自身所具有的良好流动性、粘聚性和保水性，对墙体成槽单元内填充混凝土泥浆，以获得质量均匀、密实成型的混凝土面。

1.2 混凝土防渗墙的发展应用状况

中国对于塑性混凝土防渗墙的研究应用，源于意大利发明的普通混凝土防渗技术，20 世纪80 年后期开始被广泛应用到河堤、水库等的防险加固中。1989 年3 月，福建水口水电站围堰防渗墙的设计与建造，就使用塑性混凝土防渗技术，在河床导流明渠、围堰内设置防渗体，上部采用土工纤维进行防渗，此后三峡工程、小浪底水库和册田水库等，也纷纷在坝底围堰中使用混凝土进行防渗墙加固，取得良好的防渗漏效果。

水利水电工程施工的混凝土浇筑，要在开始前将导管敷设到混凝土防渗墙内部，导管内部直径为25 cm、埋入深度为1～6 m，导管距成槽孔底的距离为15～25 cm，混凝土面浇筑速度控制在2 m/h左右。之后对混凝土防渗墙进行浇筑，浇筑顺序遵循先深后浅的原则，浇筑过程中对导管节管长度、漏浆情况进行关注，间隔2 h测量一次混凝土面的深度。而在保证混凝土槽孔的稳定性方面，首先需要通过地层地质、水文等状况的勘察，以及导墙高度、槽孔尺寸的控制，保持导墙内部的支持强度。之后适当增加混凝土中湿润土、水泥浆的含量，并对混凝土浆液的剪切强度、墙面土体位移等进行约束，从而有效提升混凝土防渗墙面的稳定性。

2 混凝土防渗墙施工技术应用分析

2.1 混凝土防渗墙体结构的设计

塑性混凝土防渗墙的设计，与刚性混凝土防渗墙的设计原理相同，通常包含墙体材料配合比、墙体结构等方面设计内容。一般在混凝土防渗墙体结构的建造中，要依据水利水电工程的防渗墙受力状况，进行河堤或湖堤土石坝、斜墙坝、围堰等建筑的设计施工，以保证防渗墙在地震、水流冲击下的荷载承受强度。

2.1.1 混凝土防渗墙体的结构强度设计

通常混凝土防渗墙，会与水利水电工程的上部土石堤坝进行连接，防渗墙体本身的渗透系数、抗压强度、剪切强度、弹性模量与坍落度等，决定着受到管涌、流土冲击情况下的抗压水平。其中混凝土防渗墙体的设计厚度，要大于墙体能够承受的水力梯度J，也就是Jmax＜J允=50，因此防渗墙体厚度的计算公式为B≥Hmax/50。之后对塑性混凝土防渗墙的弹性模量、渗透系数进行求解，选择混凝土初始弹性模量Ei、合格判定系数λ，进行受到应力、应变情况下，防渗墙（厚度B 值）渗透系数、弹性模量峰值的计算，得出混凝土强度结果为A×10-6～10-9cm/s、1 000 Mpa。

2.1.2 塑性混凝土防渗墙的配合比

塑性混凝土是由水泥、粘土、膨润土和胶凝材料组成的混合物，在馄饨原材料配合比设计的过程中，需要针对混凝土防渗墙的物理学性能、力学性能等，选择适宜的配比进行混凝土受压测试，得出防渗墙混凝土动力试验的最佳配合比。

根据水利水电工程建筑围堰防渗墙的土层应力，按照正交设计原理，对防渗墙体应力状态下Ei、λ、εult 等物理力学变化展开分析，计算其混凝土最佳配合比，具体数据如表1所示。

表1 混凝土防渗墙的物理力学特性影响要表

由以上表格可以得出，随着混凝土水胶比、膨润土用量、骨料总量、干容重的不断增加，塑性混凝土防渗墙本身的弹性模量Ei、合格判定系数λ 等，都发生显著的增大，且混凝土强度、弹性模量的峰值不随时间而发生变化。例如：册田水库土坝混凝土防渗墙的试验配合比，与实际施工的混凝土配合比基本一致，具体如表2所示。

表2 混凝土防渗墙的试验配合比表 （kg/m3）

2.2 混凝土防渗墙施工技术在册田水库中的应用

册田水库坝基下部的混凝土防渗墙建造，主要根据水库土层的地质结构，对水利水电工程坝基发生的流土、管涌状况进行处理。由以上数据可以得出，册田水库的坝基存在砂砾石、亚砂土、细砂等土层结构，实际施工的混凝土配合比为水255 kg/m3、水泥205 kg/m3、粘土59 kg/m3、膨润土29 kg/m3、砂850 kg/m3、石850 kg/m3、增强剂2.90 kg/m3等。通过采用混凝土防渗墙、帷幕灌浆结合的施工方案，进行地下沟渠成槽的基础防渗处理，以保证河堤在防洪截流过程中的防渗加固水平，提高水利水电工程的建筑施工、防固质量。

3 结语

在水利水电工程建筑施工中，主要用到水泥、粘土、膨润土、胶凝材料等塑性混凝土材料，进行土石坝或围堰透水层的防渗设计。混凝土建筑施工部门根据场地周围土层、土质的应力曲线，对塑性混凝土的各原材料配合比进行协调，同时控制防渗墙成槽内的混凝土土面深度、灌浆速度等，减小墙体在管涌、流土冲击情况下的裂缝状况，有效提升混凝土防渗墙的耐用度。