防滲墻設計實例分析

秦麗莎，孫迎軍

1.汕尾水利水電規劃設計院，廣東 汕尾 516600 2.中國水利水電第四工程局，青海 西寧 810006

1 防滲墻的平面布置

在選擇土石壩防滲墻的平面布置時，應考慮以下幾個要求：

1）壩身地質條件和水文地質地質條件

當壩基基巖（或做為隔水層的粘性土）巖性或地質構造沿水流方向有變化時，宜將防滲墻放在堅固而不透水的基巖或粘性土層中，盡量避開不利的地質構造（如斷層等）。

當壩基覆蓋層沿水流方向有很大變化時，也應考慮將防滲墻放在覆蓋層較淺并容易施工的部位。

2）施工條件

當防滲墻放在已建成水庫的上游壩腳的粘土斜墻或鋪蓋中時，則在防滲墻與壩腳之間應留出一定的距離（其大小依鉆機擺放位置而定），以便布置施工道路和設備。當土石壩上游壩腳地面起伏不平，難于施工時，可考慮將防滲墻布置在壩頂或上游壩坡上。這樣做內外交通和度汛都有利。當土石壩晚于防滲墻施工時，應著力解決兩者施工互相干擾問題。具體做法有以下兩種：

（1）在壩體建筑之前建防滲墻。有的土石壩在清基平整后，就開始建造防滲墻。待防滲墻全部或部分建成后，進行壩體的全部填筑施工。這樣做，相互干擾較少；

（2）在壩體填筑到一定高度后再建防滲墻。有些土石壩地表起伏不平，或者是地下水太高，防滲墻無法原地面施工。此時常常是先把壩體建筑到一定高度，也即上述兩種不利條件被克服之后，再建防滲墻（如西齋堂水庫土壩）。這種做法可能帶來一個問題：由于防滲墻施工時破壞壩基上已經鋪好的反濾料，滲透水流可能從防滲墻的薄弱部位（夾泥較多的接縫或墻體內漏洞）穿過流到下游壩基中去，并把失去反濾料保護的防滲土料帶走，最后釀成事故。

3）水庫滲漏損失

當防滲墻位于粘土鋪蓋中時，在滿足施工要求的前提下，應盡量使防滲墻靠近壩體，以減少通過粘土鋪蓋的滲流損失和鋪蓋加厚的工程量。

4）防滲墻的受力條件

一般來說，把防滲墻放在受力較小的部位肯定是一個好辦法，比如早起的皮尼歐斯和肯特朗壩就是這么做的。隨著科學技術的發展，由于我們掌握從很軟到很硬的防滲材料施工技術以及采用灌漿廊道和塑性土區等附加措施，使得在高土石壩中采用防滲墻也非難事，可以說，受力條件對防滲墻布置的影響已經不是主要問題。

5）工程量和造價最少

防滲墻在平面上的布置，大致有三種：直線形、折線形、弧形。其中，直線形較多。折線形則常常由于某些原因（如避開深槽，與灌漿帷幕連接等）而采用的。凸向上游的弧形布置是考慮到防滲墻受上游水壓力作用后，可借助于拱的推力使各墻體接縫壓緊，對防滲有利。如曲率較大，還能改善受力狀況。國外有好幾個防滲墻是這樣布置的，其中最典型的就是馬尼克3號壩。狹窄河谷中承受水頭較高的土石壩，采用這種布置方式尤為有利。我國三峽圍堰也采取了弧形布置方式。

2 工程實例

從各加固方案在國內的運行上看，沖抓套井形成防滲體后，由于新防滲體與壩體沉降不同步形成拱效應使新防滲體易形成細微裂縫影響防滲效果，近年來運用不多；劈裂灌漿造價低，但形成的防滲幕墻太薄，且做到強風化層有難度，防滲效果有限；砼防滲墻根據墻體深度，成槽工藝較多，各種成墻深度均有適宜的成槽工藝，在國內運用普遍。高壓噴射灌漿也有較好的防滲效果。

2.1 塑性混凝土防滲心墻設計

根據本工程的地質情況，確定塑性混凝土防滲心墻深入全風化板巖層1m。塑性混凝土防滲心墻是利用專用的造槽機設備營造槽孔，并在槽孔內注滿泥漿，以防孔壁坍塌，最后用導管在注滿泥漿的槽孔中澆注塑性混凝土并置換出泥漿，筑成柔性墻體。

參考《中國堤壩防滲加固新技術》，防滲墻厚度與防滲墻體內的水力坡降最大允許值有關。防滲墻厚度可用下式計算：

式中，Jmax——墻體體內的允許水力坡降，本設計將塑性混凝土防滲心墻的滲透系數設計指標定為10-7cm/s，對應允許水力坡降值500。

△Hmax——作用在防滲墻上的最大水頭差，本工程加固后校核水位為14.63m，壩基處防滲墻對應水頭為12.70m。

K——抗滲坡降安全系數，一般取3～5，本次設計取5。

將數據代入公式可計算得需要達到的防滲墻厚度T=0.18m。考慮到如采用較薄的防滲墻，目前國內的施工工藝水平難以保證工程質量，并參照國內已有的實際工程，設計采用厚度T=0.30m。施工使用射水法成槽，沿著壩軸線布置，一次成槽寬度2000mm，形成塑性混凝土防滲心墻的有效厚度為0.30m。防滲墻總長度為435m。

2.2 高壓旋噴防滲墻設計

高壓旋噴防滲墻深度與塑性混凝土防滲墻相同，深入全風化板巖層1m。高壓旋噴防滲墻厚度的計算過程與塑性混凝土防滲心墻相同，設計厚度采用T=0.30m。根據壩體及水頭都不是很高的實際情況，本次設計噴射方法為三管法，孔距為1.2m，孔徑為1.25m，高壓旋噴防滲墻有效厚度可達0.3m。

2.3 防滲方案的選擇

塑性混凝土防滲心墻造價較低，且防滲效果較好，其滲透系數隨著時間的增長而降低，兩年后一般可降低到28d滲透系數的1/10～1/100，破壞水力坡降可以達到500以上，如控制好施工質量，建成后可徹底解決壩身滲漏問題。施工工藝和施工設備均比較簡單，且庫水位驟降時心墻下游面不會產生頂托作用。

由于大壩建設時清基不徹底，大壩壩基部位存在接觸滲漏的可能，是大壩滲流安全的隱患。壩基及壩肩基巖為板巖、花崗巖。根據全風化和強風化板巖的鉆孔注水試驗揭露壩基為中等透水巖層，故對主壩壩基采取帷幕灌漿加固措施，以透水率小10Lu的位置為相對不透水層，帷幕深度要求深入不透水層（w＜10lu）下5m。設計孔距為2.00m。

主壩的巖基雖然屬于中強透水性，但地質條件比較簡單，且壩工設計對基礎沒有特殊要求，故帷幕灌漿組成選用為單排鉆孔數。鉆孔位置沿著壩體軸線布置，即帷幕位于塑性混凝土防滲心墻下面，兩者形成壩體和壩基的垂直防滲體。并沿著壩軸線到達兩岸，帷幕總長度為435m。

[1]叢藹森.地下連續墻的設計施工和應用.中國水利水電出版社，2001.

[2]高中璞，等.大壩基礎防滲墻[M].1版.中國電力出版社，2000，2.

[3]《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規范》sLl74-96.水利水電出版社.

[4]張成軍.土石壩防滲墻粘土混凝土材料研究與工程應用，2007.