大坝防渗工程中防渗墙与帷幕灌浆技术的应用

许宁

摘要：在水库大坝的基础防渗漏加固措施中，常涉及防渗墙与帷幕灌浆技术的应用，这些技术可以显著提高大坝在运行过程中的安全性与稳定性。本文结合某大坝防渗工程施工实际，对防渗墙与帷幕灌浆技术的应用设计、具体施工以及质量检测流程进行阐述。

关键词：大坝；防渗墙；帷幕灌浆技术；防渗处理

防渗墙在我国水利工程中的应用由来已久，长时间的应用已经明确其有可靠的构造、便捷的施工过程、适宜的造价、综合效果佳。相较于以往的普通混凝土防渗墙，目前施工实际中多倾向于选择采用塑性混凝土，它把普通混凝土中的主要成分——水泥改換成黏土和膨润土，从而提高了材料的极限应变力，降低了弹性模量，可以承受较普通材料更大的变形问题，从很大程度上来说随着水泥使用量的减少，成本投入随之减少、抗渗性能却显著增强[1]。另外，坝体防渗施工中应用比较多的一项技术是帷幕灌浆，它通过高压设备处理、把既定比例的水泥浆液灌注至坝基的孔隙（裂隙）中，待其凝固，便会辅助于整个坝体的承载性能，以一道帷幕防渗墙的形式起到防渗之效[2]。本文结合某大坝防渗工程实践，对塑性混凝土防渗墙与帷幕灌浆技术的应用展开介绍。

1 防渗方案的设计

某水库坝址区的地层主要由第四系冲洪积、残破积层、下伏妥甸组泥岩夹泥质粉砂岩组成。第四系冲洪积层于河床有分布，厚度在2～4 m，所含土壤类型主要是砂壤土、碎石圆砾壤土。残破积层于河道两侧缓坡上分布，厚度在2～3 m，主要组成的土壤类型是砾壤土、粉质黏土。在全部坝址区都分布着下伏的妥甸组泥岩夹泥质粉砂岩。该大坝的坝基地质构造比较单一，在地表上并未发现很多断层构造痕迹，但在勘探和钻孔压水测试后发现在下游民房的周围存在渗水问题，顺此找到坝基左岸的岩体中间部位发生了裂隙。针对此次工程渗漏，拟采取的防渗方案是防渗墙（塑性混凝土）与帷幕灌浆技术。

设计以下工程方案：沿坝轴线，以高程1 798.2 m为界，向下于坝体中挖槽，槽中注入塑性混凝土，使之形成0.5 m厚度的防渗墙。之后在左右岸坝基实施帷幕灌浆，孔距1 m、单排。并确保防渗墙、灌浆帷幕轴线、坝轴线三者重合。

拟确定的相关数据：塑性混凝土防渗墙持续28 d检测抗压强度＞2 MPa，弹性模量介于600～700 MPa，渗透系数＜1×10-6 cm/s。灌浆帷幕的透水率＜0.03 L/（min.m.m）。

灌注水泥浆液时的压力管控在0.2～0.5 MPa。

2 防渗墙的施工

想要有效连接防渗墙和灌浆帷幕，要注意第一步是做塑性混凝土防渗墙的施工，第二步是做坝基的帷幕灌浆施工。以下就对防渗墙的施工步骤进行详述。

2.1 导墙的浇筑

保留宽度约15 m的施工操作台，挖除1 799.6 m高程以上的坝体，基于该布置、为接下来的施工工序奠定基础，完全结束防渗墙施工后再恢复挖除的坝体即可。导墙结构确定为“工”字形的钢筋混凝土，高

1.4 m、宽0.5 m，两道墙分开0.45 m的距离，使用强度等级为C20的混凝土材料。

沿轴线挖出倒梯形状的沟槽，顶部宽度是4.3 m、底部宽度是2.9 m，浇筑进钢筋混凝土，成为导墙。如果想要前、后两端防渗墙段的施工不受到其他因素影响，需使导墙端头除了和防渗墙边界对齐外、还要朝外再进行2 m的延伸，施工过程中，使导墙纵向分段离开一些防渗墙分段[3]。导墙浇筑好后布设排浆沟，处于下游并平行于坝轴线。

2.2 确定槽段

根据拟定的施工设计，塑性混凝土防渗墙分前后两段完成。以大坝右岸为起始段，逐段向左岸坝轴线推进。同一槽段里，先钻主孔，副孔再进行劈打。本工程实际一共划分了19个槽段进行施工，各槽段6 m长左右，具体的长度应结合施工实际加以调整，同时为了使各槽段间接头孔的数量得到控制、保证防渗墙的整体性，还是建议槽段尽量长一些，但是应符合这一公式条件：

其中，L代表槽段的长度（m）；Q代表塑性混凝土的生产性能（m3/h）；B代表墙厚（m）；V代表混凝土上升速度（m/h）；K代表墙厚扩大系数，通常取值为1.2～1.3[4]。

2.3 护壁泥浆的制作

准备好基础材料：水、黏土、添加剂，通过考量地层的特质、结合实验结果，选择适宜的配制比例；每天完成泥浆拌制后都要对其粘度、比重进行测量，以确保符合使用标准，在得到了符合要求的粘度、比重以及含砂量后，才可用作混凝土的浇筑。所置换出来的泥浆进行沉淀处理，又或者是采取它种净化措施以供再次取用。

2.4 槽孔挖开

用劈钻法来挖开槽孔，各槽段都按照轴线进行主孔和副孔的划分，并按照主、副的次序进行施工。在挖开主孔时，采取冲击钻进之法，取冲击钻（带有空心钻头和十字钻头），在钻坝体土层、砂卵石层时，使用空心钻，在钻基岩段时，使用十字钻头。副孔的开挖使用十字钻头进行劈打，注意，此过程中由于两边都存在了主孔，所以中间位置劈打副孔时便更容易让隔墙松动、发生塌落，这样一来主、副孔就会很好地相连变成槽，为了保证槽孔的标准性，无论打主孔还是副孔，都要一边钻进、劈打，一边清除掉里面的渣滓与碎屑，以便成槽。当钻至基岩层后，留取钻渣，由现场的监理人和地质工程师一同对取样进行鉴定，以便于满足成槽对入岩深度的要求[5]。

依据以上规程全部完成前期槽段塑性混凝土的浇筑与成墙，后期成槽时，在前期完工的槽段首端打出一孔，实现和墙体的搭接，孔深应超过0.4 m，保证墙体的牢固性。成槽时，所打主孔、副孔都需严格遵照相应的孔位偏差标准，不能超过3 cm，同时对孔的斜率也提出了要求，需不超过4%。对于毗邻的两个槽段，接头的两次孔位中心需准确对接，所有深度偏差都要小于墙厚的1/3，以此保证孔深是符合设计要求的。成槽过程中，为防止孔壁坍塌，应把孔内的泥浆位置安排到导墙顶部下方30～50 cm。

2.5 孔槽清理

全部槽段都满足了设计预期深度后，清槽、换浆时使用泵吸循环技术，也就是说通过此步骤是要清除掉槽里的废渣，再补充新鲜的泥浆到槽中，保证其清洁性的同时、满足施工要求。完成了以上操作之后

1 h，还需要观察是否达到了以下评价准则：残渣剩余在槽内的厚度不应多于10 cm；槽中泥浆比重应介于1.1～1.2 g/cm3，泥浆黏度少则15 s、多则25 s，在此数据范围内即可；泥浆含沙量在5%之内[6]。而若是都符合了上述验收标准，则要在4 h之内保证进行塑性混凝土的浇筑（若情况特殊超出4 h还未浇筑，需再一次按照以上规定检测，若不符，应再次清槽换浆）。

2.6 澆筑塑性混凝土

首先要拌制。严格选择防渗墙用料，保证是一级的塑性混凝土，低弹模、掺有膨润土；选择42.5级常规硅酸盐水泥，将料径＞20 mm的碎石排除在外，保证含泥量低于1.0%。筛选出细度模数在2.4～2.8 cm的细砂，要求其中不超过10%的含泥量。黏土的含水率则不能超过13%，泥浆比重在1.16～1.21。试验后，每立方的混凝土配合比最终确定为：250 kg的水、191 kg的水泥、800 g的碎石、980 kg的砂、100 kg的黏土和29 kg的膨润土。由拌和系统进行塑性混凝土的拌制，初凝时间在6 h之内、终凝时间在24 h以内。

准备好内径为200 mm的导管、用作直升导管手段进行塑性混凝土的灌注；准备好可以随意调节的短管（数量多，长为0.1～0.3 m），每一个导管之间使用法兰与胶垫进行连接，保证连接后导管之间的密封性能，确保泥浆不会渗入其中，以防污染了混凝土。在上方将一个漏斗焊接和固定好，入料时使用。钻机把导管悬吊起来后，进行垂直且反复的下插、起拔。浇筑前，在导管口下放一可悬浮的隔离塞球，以钢丝吊着扎紧、使之到达导管上方；先进行水泥砂浆的浇筑、再进行塑性混凝土的浇筑，并且在灌注混凝土时把扎着塞球的钢丝剪断，这样塞球便可随之埋进导管底。浇筑始终避免导管下方从塑性混凝土脱离出来（保证埋置深度＞1 m且＜6 m）；塑性混凝土面均匀上升（升高速度＜2 m/h，各处高差＜0.5 m），保证塑性混凝土的浇筑是持续进行的，中断时间不能多于40 min[7]。最后浇筑的高程要比防渗墙墙顶设计高程高出0.5 m。

3 帷幕灌浆的施工

3.1 钻孔

钻孔时先进行序孔的试行，根据序孔的先导施工效果，确定后续有关设计数据是否要做出修改，以防灌注效果不佳。在完善好了各项参数之后，使用回转式钻机继续开孔，直径90 mm、终孔直径74 mm。

3.2 冲洗

还没开始灌浆时，先把清水注入孔底部，起到冲洗的作用，在观察到孔中返回的是清水之后，即可停止。孔内如有岩芯沉积，要尽量使其残留厚度不超过20 cm。

3.3 压水实验

采取“简易压水法”[8]，实施时压力设置为80%的灌浆压力，维持20 min的不间断压水，并且以5 min作为1次间隔，测试并读出压入流量值，计算透水率时，取几次流量值的均值。

3.4 浆液的制备

制浆站分设于左坝肩和右坝肩上，站内有储浆桶以及高速制浆机时刻备用。所用水泥为常规硅酸盐水泥；拌制时，持续搅拌3 min，时间只多不能少；过筛，完成制备。浆液现备现用。

3.5 浆液的灌注

在施工处理中，采用分段灌浆法，自上而下进行。最初的灌注压力可以较低，为0.2 MPa，再大也不宜多于0.5 MPa。浆液的浓度会从稀到浓，水灰比依次为3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1。当灌浆压力保持不变，注入率减少，或者注入率不变，灌浆压力升高的情况下，水灰比不能改变。如果某一级别的浆液注入量超过300 mL或者灌浆时间超过1 h，但灌浆压力和注入率没有变化，则需要改为使用浓一级的水灰比。在既定的灌浆压力下，当注入率＜0.4 L/min并且连续灌注1 h，或者注入率＜1 L/min并且连续灌注

90 min时，可以结束该段钻孔的灌浆。

4 检查大坝防渗效果

经开挖取样、超声波检测和注水试验等方法对塑性混凝土防渗墙施工的质量与防渗效果做检验。以钻设质量检查孔进行压水试验，检查帷幕灌浆施工的防渗效果。最终对大坝的防渗工程施工效果检测结果为：

（1）抽取不同的4处开发，获取样本进行检查，未观察到有明显分缝，亦无夹泥现象，成墙质量佳。经28 d试验发现，选取的塑性混凝土样本抗压强度在2 MPa之上。

（2）抽检预埋的超声波测管，每组3根、共三组、总计9根。一组与二组波速正常，塑性混凝土有较好的质性，接头紧密；三组波速比较低，同时由于该处为泥夹层，所以并不会对波速造成很大影响，不需要另行处置。

（3）抽取6个槽段进行钻孔、注水，验收结果发现与设计预期相符合。

（4）帷幕灌浆质量检查孔的数量是灌浆孔的10%，检查孔各个空段的压水试验透水率不超过0.03 L/（min.m.m），均值只有0.0115 L/（min.m.m），有较好的灌浆效果。

5 结语

结合此次大坝防渗工程实际，认为在大坝防渗工程中采取塑性混凝土防渗墙与帷幕灌浆技术的施工方案整体效果好，塑性混凝土和普通混凝土比较抗渗性能更佳、可适应较大变形；帷幕灌浆技术又是坝基防渗的重要手段，渗透率低、防渗效果佳，两者的应用可以获得较好的防渗效果，可达到预期设计的加固效果。

参考文献

[1] 陈文锐.塑性混凝土防渗墙结合帷幕灌浆在长湾河水库大坝防渗处理中的应用分析[J].建筑技术开发，2022，49（19）：130-132.

[2] 陈沛.水库大坝坝基帷幕灌浆施工质量监理重点[J].黑龙江水利科技，2020，48（4）：181-184.

[3] 刘玉武.临泽县红山湾水库防渗墙下帷幕灌浆施工技术及质量评价[J].农业科技与信息，2019（12）：83-85.

[4] 倪乐峰.混凝土防渗墙在龙门口水库大坝防渗加固设计中的应用[J].水利科学与寒区工程，2022，5（11）：121-124.

[5] 曾小波.混凝土防渗墙在水库大坝防渗设计中的应用[J].黑龙江水利科技，2022，50（7）：133-136.

[6] 魏祥，卢剑虹，邹波忠.斯登沃代水电站大坝覆盖层帷幕灌浆技术应用与研究[J].四川水利，2020，41（1）：48-51.

[7] 邬增波.试论帷幕灌浆技术在水利工程施工中的应用[J].百科论坛电子杂志，2020（12）：77.

[8] 李浩然.帷幕灌浆技术在水利工程施工中的应用研究[J].百科论坛电子杂志，2020（10）：1513.