基于水利工程混凝土防滲墻的發展與應用

康文濤，張 恒

(1. 密山市青年水庫管理處 黑龍江 密山158306;2. 黑龍江省水利科學研究院，哈爾濱150080)

0 前 言

水利工程混凝土防滲墻技術起源于20 世紀50年代初期的西方國家。1958年我國在湖北明山水庫、山東青島月子口水庫預制連鎖管柱樁防滲墻。1959年北京密云水庫槽孔型混凝土防滲墻建造成功。1967年四川龔嘴水電站。首次將防滲墻用作大型土石圍堰的防滲設施。20 世紀80年代初，葛洲壩水利樞紐大江圍堰防滲墻首次液壓抓斗、拔管法防滲墻接頭。1986年四川銅街子水電站左深槽承重防滲墻和圍堰固化灰漿防滲墻建成。1990年福建水口水電站主圍堰塑性混凝土建成。此后山西冊田水庫、北京十三陵水庫、河南省小浪底水利樞紐上游圍堰防滲墻、長江三峽大江圍堰防滲墻等都采用了塑性混凝土。1997年四川冶勒水電站完成了101 m深槽試驗施工。之后，冶勒防滲墻分上下兩段施工，全深140 m，廊道內施工的下截防滲墻最大深度84.85 m。1998年黃河小浪底主壩防滲墻完成，是我國當時最深的、墻體材料強度最高的混凝土防滲墻。當年11月長江三峽二期圍堰防滲墻建成，標志我國混凝土防滲墻施工技術達到國際領先水平。2002年潤揚長江大橋采用水工混凝土防滲墻技術建造懸索橋錨碇成功，樹立起我國橋梁建設的新標桿。之后又有多座橋梁采用該法施工。2005年金沙江向家壩水電站縱向圍堰防滲墻工程量近5.2 萬m3，創造了月成墻23 820 m3/月的施工紀錄。2006年南水北調穿黃隧洞引導井施工，地連墻深76.7 m。四川獅子坪水電站混凝土防滲墻施工創101.8 m最深記錄。2008年四川瀘定水電站大壩防滲墻完成槽孔深113 m，墻段接頭拔管深113 m，最深槽孔154 m。2010年西藏旁多水利樞紐大壩防滲墻完成最深槽孔158 m，拔管深158 m，為當今世界最深記錄。

1 混凝土防滲墻的發展趨勢

1.1 墻的規模

防滲墻的應用會越來越廣，深度和厚度將越來越大，但薄墻的應用也會日益增多。

1.2 造孔機械和方法

造孔機械將向大型化、現代化、多樣化發展。施工方法向高度機械化、自動化發展。但沖擊鉆也不會淘汰。國產機械要迎頭趕上。

1.3 護壁泥漿

膨潤土泥漿應用將推廣普及。新型環保泥漿會逐漸投入應用。

1.4 墻體材料

高強混凝土、塑性混凝土、灰漿材料應用將更為廣泛。

1.5 墻段連接

拔管接頭、止水接頭將更多應用。

2 混凝土防滲墻施工

2.1 施工準備

施工準備的主要內容包括8個方面:

1) 收集研究設計文件、圖紙、資料和技術標準。

2) 編制施工組織設計和施工細則。

3) 施工場地準備( 三通一平等) 。

4) 設置防滲墻中心線定位點、水準基點和導墻沉陷觀測點。

5) 修建導墻、施工平臺、泥漿系統、混凝土系統等輔助設施。

6) 進行墻體材料和泥漿的試驗，確定原材料和施工配合比。

7) 進行補充地質勘探。

8) 防滲墻中心線上有裸露的或已探明的大孤石時，在修建導墻和施工平臺之前予以清除或爆破。常見的導墻形式見圖1。

圖1 各種導墻形式示意圖

2.2 護壁泥漿

2.2.1 泥漿的主要作用

泥漿的作用主要有4個方面:

1) 防止槽壁坍塌:泥漿滲透到地層中在槽壁表面形成泥皮，泥漿壓力通過泥皮作用，抵抗地層的土壓力和水壓力，防止地下水滲入槽內。

2) 防止滲漏: 防止槽孔內泥漿漏失，使施工能順利進行。施工完成后，槽孔兩側的泥皮、泥漿滲入帶和防滲墻共同起防滲作用。

3) 懸浮和攜帶鉆渣。

4) 冷卻鉆具，防止和減少鉆頭磨損。

2.2.2 對泥漿性質的要求

對泥漿性質的要求有6個方面:

1) 良好的物理和化學穩定性。

2) 適當的密度。

3) 適當的黏度。

4) 良好的流變性。

5) 較低的濾失性。

6) 較低的含砂量。黏土泥漿及膨潤土泥漿的性能指標要求見表1，表2。

表1 黏土泥漿性能指標一覽表

表2 膨潤土泥漿性能指標一覽表

2.3 槽孔建造

1) 造孔方法一般有4 種，即: 鉆劈法、鉆抓法、抓掘法、銑削法。

2) 主要的造孔機械有:沖擊式鉆機、抓斗挖槽機、液壓銑槽機、其他造孔機械。

2.4 墻體混凝土施工

墻體混凝土施工要求有4個:

1) 滿足防滲墻混凝土的性能要求。

2) 使用塑性混凝土。

3) 使用自凝灰漿與固化灰漿。

4) 滿足泥漿下混凝土澆筑的要求。防滲墻體材料的種類與性能見表3。

表3 防滲墻體材料的種類與性能一覽表

3 混凝土防滲墻特點

混凝土防滲墻具有6個特點:

1) 墻體的結構尺寸、墻體材料的滲透和力學性能可根據工程要求和地層條件進行設計和控制。

2) 幾乎可適應于各種地質條件，從松軟的淤泥到密實的砂卵石、甚至漂石和巖層中，雖然施工有難易之分，但都可建成防滲墻。

3) 用途廣泛，既可防滲，又可防沖刷、擋土、承重; 既可用于大型深基礎工程，也可用于小型的基礎工程; 既可作為臨時建筑物，也可作為永久建筑物。

4) 與其它防滲措施相比，防滲效率較高，耐久性好。

5) 施工方法成熟，檢測手段簡單直觀，工程質量可靠。

6) 一般說來，施工要借助于大型的施工機械，槽孔要求泥漿護壁，工藝環節較多，施工場地需要面積較大。工期較長，造價較高。

4 結 語

1) 目前我國尚處于發展階段，混凝土防滲墻作為水上建筑物的大型臨時工程，其應用和發展前途廣闊。

2) 防滲技術是深水圍堰施工的關鍵技術。圍堰采用何種防滲墻形式應根據堰體堰基地層條件和工程要求確定。

3) 我國的深水土石圍堰混凝土防滲墻施工技術總體上已達到國際領先水平，但大型的施工機械相對發達國家仍然落后。

［1］高鐘璞. 大壩基礎防滲墻［M］. 北京:中國電力出版社，2000.

［2］夏可風. 水利水電工程施工手冊［S］. 北京:中國電力出版社，2004.

［3］叢靄森. 地下連續墻的設計施工與應用［M］. 北京: 中國水利水電出版社，2001.