防滲墻設(shè)計實例分析

秦麗莎，孫迎軍

1.汕尾水利水電規(guī)劃設(shè)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(yīng)考慮以下幾個要求：

1）壩身地質(zhì)條件和水文地質(zhì)地質(zhì)條件

當(dāng)壩基基巖（或做為隔水層的粘性土）巖性或地質(zhì)構(gòu)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(zhì)構(gòu)造（如斷層等）。

當(dāng)壩基覆蓋層沿水流方向有很大變化時，也應(yīng)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(dāng)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(yīng)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(shè)備。當(dāng)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(nèi)外交通和度汛都有利。當(dāng)土石壩晚于防滲墻施工時，應(yīng)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(jìn)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(jīng)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(nèi)漏洞）穿過流到下游壩基中去，并把失去反濾料保護(hù)的防滲土料帶走，最后釀成事故。

3）水庫滲漏損失

當(dāng)防滲墻位于粘土鋪蓋中時，在滿足施工要求的前提下，應(yīng)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(xué)技術(shù)的發(fā)展，由于我們掌握從很軟到很硬的防滲材料施工技術(shù)以及采用灌漿廊道和塑性土區(qū)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(jīng)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(nèi)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(yīng)使新防滲體易形成細(xì)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(fēng)化層有難度，防滲效果有限；砼防滲墻根據(jù)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(nèi)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(shè)計

根據(jù)本工程的地質(zhì)情況，確定塑性混凝土防滲心墻深入全風(fēng)化板巖層1m。塑性混凝土防滲心墻是利用專用的造槽機設(shè)備營造槽孔，并在槽孔內(nèi)注滿泥漿，以防孔壁坍塌，最后用導(dǎo)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(shù)》，防滲墻厚度與防滲墻體內(nèi)的水力坡降最大允許值有關(guān)。防滲墻厚度可用下式計算：

式中，Jmax——墻體體內(nèi)的允許水力坡降，本設(shè)計將塑性混凝土防滲心墻的滲透系數(shù)設(shè)計指標(biāo)定為10-7cm/s，對應(yīng)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(yīng)水頭為12.70m。

K——抗?jié)B坡降安全系數(shù)，一般取3～5，本次設(shè)計取5。

將數(shù)據(jù)代入公式可計算得需要達(dá)到的防滲墻厚度T=0.18m?？紤]到如采用較薄的防滲墻，目前國內(nèi)的施工工藝水平難以保證工程質(zhì)量，并參照國內(nèi)已有的實際工程，設(shè)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(shè)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(fēng)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(shè)計厚度采用T=0.30m。根據(jù)壩體及水頭都不是很高的實際情況，本次設(shè)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(dá)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(shù)隨著時間的增長而降低，兩年后一般可降低到28d滲透系數(shù)的1/10～1/100，破壞水力坡降可以達(dá)到500以上，如控制好施工質(zhì)量，建成后可徹底解決壩身滲漏問題。施工工藝和施工設(shè)備均比較簡單，且?guī)焖惑E降時心墻下游面不會產(chǎn)生頂托作用。

由于大壩建設(shè)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(jù)全風(fēng)化和強風(fēng)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(shè)計孔距為2.00m。

主壩的巖基雖然屬于中強透水性，但地質(zhì)條件比較簡單，且壩工設(shè)計對基礎(chǔ)沒有特殊要求，故帷幕灌漿組成選用為單排鉆孔數(shù)。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(dá)兩岸，帷幕總長度為435m。

[1]叢藹森.地下連續(xù)墻的設(shè)計施工和應(yīng)用.中國水利水電出版社，2001.

[2]高中璞，等.大壩基礎(chǔ)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(shù)規(guī)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(yīng)用，2007.