水利工程中堤壩防滲加固技術分析

單仁章

(江西省九江市柴桑區水利局，江西 九江 332100)

1 工程概況

某中型水庫主要包括堤壩、溢洪道、泄洪洞，主要用于防洪、灌溉和民用取水，總庫容4625萬m3.大壩為混凝土重力壩，長812m，壩頂高程160m，最大壩高45m，頂部寬7m.該地區的地質結構較為復雜，以二元結構為主，上部主要是黏土和粉質黏土，下部主要是透水砂層、砂卵石層，二元結構占了總堤線長的82.4%。另外，還有以黏性土組成的單一結構，以及黏土和砂礫相間的多元結構。

距離該水庫下游20km處，有另外一座水庫，建于20世紀70年代，受當時技術經驗限制，存在著不少問題。其中，最為嚴重、發生頻率最高的就是堤基滲漏，在過去幾十年，因為滲漏出現過幾次險災。基于歷史經驗，在建這座新水庫時，對滲漏、堤基不穩等情況做了大量調查和研究，根據調研結果，最終決定選擇塑性混凝土防滲墻技術，進行防滲加固防范處理。

2 塑性混凝土防滲墻技術

2.1 防滲技術對比

當前應用于水利工程的防滲加固技術很多，如置換法、擠壓法、深攪法、高噴法、垂直鋪膜等，每種方法又能再細分為若干種。各項技術的適用環境不同，各有利弊。比如深層攪拌技術，通過攪拌機械，把水泥漿和原來的土體混在一起，形成水泥土連續墻，施工快、成本低，但僅適用于粉細砂以下的細顆粒地層。高壓噴射灌漿技術是借助高壓，把水泥漿沖切入土體，最終形成新的防滲固結體。該方法施工速度快，適用范圍相對較廣，但成墻質量不易控制，且成本昂貴。射水成墻技術指的是利用射水機造防滲墻，先用成槽器造孔，再灌注混凝土，最終形成防滲墻，但多用于深度在20m以內的細顆粒地層，隨著深度加深，該方法的安全隱患明顯增加。總之，綜合地層適應性、深度、質量控制等因素考慮，該項目最終選擇了薄型抓斗塑性混凝土防滲墻技術。

2.2 薄型抓斗塑性混凝土防滲墻

其原理是根據設計的深度，使用薄型抓斗機械對土體進行抓孔作業，形成基槽，繼而澆筑塑性混凝土，形成墻段，每個墻段之間用套管接頭法予以連接，直至形成一道連續防滲墻。與以上提及的幾種技術相比，該方法的優勢很明顯，地層適應性更強，在砂層、礫石層、基巖中都可使用，處理深度超過35m。而且，此技術應用年頭已久，工藝較為成熟，有著明確的工序安排，質量控制方便。塑性混凝土是一種減少水泥含量、增加膨潤土、粘土等材料比重的混凝土，具有低強度、低彈膜、大應變等特點，其彈性模量較小，接近土體變形模量，能緩解墻體受力變形程度，又有著很高的防滲性，而且能降低成本投入。

塑性混凝土防滲墻技術的原材料有水泥、粘土、砂石骨料、膨潤土、外加劑等，水泥多選擇礦渣大壩水泥或礦渣硅酸鹽水泥，最好是出廠不到3個月的新產品。為方便拌合，膨潤土一般會以漿液的形式摻加。骨料可分粗細兩大類，粗骨料多指石子，盡量選擇天然碎石，細骨料主要指砂，注意其形狀和淤泥含量。外加劑主要有減水劑、膨脹劑等，均要根據工程要求進行精確計算，保證配合比的合理性。

3 塑性混凝土防滲墻的施工流程

3.1 抓孔成槽

這一環節主要使用抓斗式挖掘機，在一定深度開挖成槽，由主機和抓斗兩大部分組成，主機指的是起吊設備，抓斗負責切削土層，被挖土體會隨著抓斗一起運出。如此循環往復，直至造孔作業完成。本工程使用的是從德國進口的利勃海爾HSB43HD型鋼絲繩式抓斗主機，重80t，發動機功率為400kW，單繩起拔力200kN，挖掘深度可達100m。抓斗選用的是BSD-300薄型鋼絲繩抓斗，斗容量為0.28m3，重7500kg。

造孔質量對整個項目的防滲效果有著極大影響，先沿著防滲墻軸線方向設置施工導墻，以保證孔形的完整，防止孔口坍塌等情況。事先劃分好槽孔，抓斗成槽要按此開展，為提升防滲能力，盡量增大每個槽段的長度。同一槽孔作業，需注意抓孔順序，主孔在前，副孔在后。主機的起重臂長度約為18m，注意傾斜角的掌控，本工程的傾斜角為70°，盡量既不影響孔壁，也能使主機保持穩定。防滲墻的厚度為30cm，一方面考慮了接頭管法等技術要求，另一方面考慮了施工成本。挖空過程中難免會出現孔斜現象，需注意控制孔斜率，并及時分析原因采取解決措施，比如抓斗保持平直均勻，經常測量孔斜情況。另外，很容易造成孔底淤積，淤積的危害很大，對防滲性有著直接影響，澆筑混凝土之前必須完全清理掉，具體可選擇泵吸排渣、抓斗直接清渣等方法。

3.2 泥漿固壁

造孔時，如果孔壁坍塌，必然會耽誤后續施工，為防止此類情況出現，需進行泥漿固壁處理，以提高孔壁的穩定性。其原理為，泥漿壓力比地下水壓力高，從而滲入到土體中，形成一層不透水泥皮，隨著厚度增加，防滲性能自然提升。另外，泥漿的抗剪強度較好，滲入土體孔壁，相當于起到支撐孔壁的作用。影響泥漿固壁的因素有泥漿的靜水壓力、滲透性、泥皮性能等，所以造孔之前需做精確計算，確保各項參數合理。泥漿的制備很關鍵，必須具備良好的物理和化學穩定性，能形成高防滲效果的泥皮，并且具有合適的比重，不能過大或過小。制漿材料主要包括膨潤土、水、泥漿處理劑等，最后還要注意凈化回收，以免造成污染。

3.3 配合比例

選擇塑性混凝土，因為與普通的水泥混凝土相比，它是一種柔性墻體材料，彈性模量與土體的變形模量相近，可明顯降低墻體內的應力，從而減少裂縫的出現。其配合比很關鍵，既要提高強度和剛度，又要降低變形模量，所以可選擇使用高標號水泥。遵循一定的設計原則，合理選擇水泥用量，正確計算水膠比，可適當地同時摻加黏土和膨潤土。

本工程在設計配合比時，對三組方案做了比較，見表1。結合其坍落度、擴散性、抗壓強度、彈性模量、滲透系數等因素綜合考慮，最終選擇方案②。

表1 塑性混凝土配合比方案比較表

3.4 墻段連接

采用接頭管法進行各槽段的連接，在一期槽孔澆筑前，需于槽孔兩端下設鋼管，直到混凝土初凝固化，再以適宜的速度把鋼管拔出來，形成混凝土接頭孔。該方法有很多優點，可以節約混凝土的澆筑量，操作簡單方便，作業難度較小，二期槽孔的表面泥皮容易清理。不過，提拔導管時面臨的阻力很大，而且初凝時間若掌控不好，很可能會引起堵管、混凝土坍落等問題。

3.5 澆筑施工

選擇高質量的攪拌機，除了作業的機械，還要有1-2臺備用。原材料進場時進行嚴格質檢，然后合理堆放，既要保證材料安全，又要方便使用。科學合理地布置澆筑導管，選用的是內徑為200mm、厚度為5mm的無縫鋼管，確保導管牢固連接，頂端設置漏斗，漏斗容量要保證卸料時混凝土不會溢出。開始澆筑時，在導管內放一球體作為管塞，其直徑略小于導管，還要能被泥漿浮起，以便于把最初進入導管的混凝土和泥漿隔離開。然后，按照標準繼續澆筑，過程中及時測定各項指標，如有不合理之處，及時糾正。

3.6 質量控制

整個施工過程中有諸多注意事項，需加強質量控制。比如槽孔深度、塑性混凝土原材料質量、配合比、稱量系統的控制。再有就是墻體質量檢測，方法有墻體開挖、鉆孔取芯、超聲波法等，本工程采用墻體開挖結合鉆孔注水的檢查方法。

4 結 語

該項目建成于2005年，當年投入使用，十幾年來未出現過滲漏事故，說明設計和施工都很成功。水利建設是利民之舉，隨著發電、航運、防洪各方面需求的提高，水利工程數量有所增長，且技術性越來越高。堤壩建設最常見的隱患就是滲水、地基不穩，其影響非常嚴重，必須及時處理。這就要求加強此方面的研究，根據各地實際情況，采取較為適宜的防滲加固技術。

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