混凝土防滲墻技術在水利工程的應用

姚任峰（桓仁西江發電有限公司）

0 引言

混凝土防滲墻最早被用于石油鉆井工程，具有結構堅固、施工簡便、防滲效果好等特點，尤其在土石堤壩的加固與防滲中，利用混凝土防滲技術進行施工與加固，能夠大大減少壩基在管涌、流土過程中的滲漏問題。當前國內大型水利水電工程的建筑施工中，都會用到塑性混凝土防滲墻，對河堤壩基閘基進行溝槽開挖，澆筑混凝土泥漿形成加固的墻體護壁，以提高水利工程的防滲防漏質量。

1 混凝土防滲墻的主要技術及其發展應用狀況

1.1 混凝土防滲墻的施工技術

塑性混凝土防滲墻施工技術，包括鉆孔成槽、清孔驗收、混凝土澆筑等技術，主要根據水利水電工程的地質土層、建筑結構及導管敷設情況，進行多種混凝土防滲技術的應用。

1.1.1 鉆孔成槽施工技術

造孔成槽施工通常利用多頭螺旋鉆、沖擊十字鉆等成槽機，對地下施工的連續墻體進行成槽開挖，成槽機抓斗在壩土基巖、礫石等土層的開挖過程中，應均勻慢速的出/入槽，槽段兩側采用雙向閘板插入導墻。

1.1.2 清孔及驗收

墻體單元槽段成槽后，要采取泵吸法、沖擊反循環法或掏換法，對槽口及孔壁的鉆渣、泥皮、泥渣等進行清理，在清孔內抽出泥漿后，經泥漿凈化器進行處置并返回槽孔，新漿從槽口孔壁向槽內補充，這一過程反復多次直至槽內的新鮮漿液符合要求。之后運用圓形鋼絲刷子鉆具，對接頭進行連續刷洗，將接頭上的泥屑、孔底淤積刷洗干凈（孔底淤積厚度≤10 cm，泥漿比重＜1.30 g/cm3）。混凝土澆筑。水利水電工程的防滲墻混凝土澆筑，主要在孔槽清理完畢的5 h 后，利用導管內/外的混凝土、泥漿壓力差值，以及混凝土自身所具有的良好流動性、粘聚性和保水性，對墻體成槽單元內填充混凝土泥漿，以獲得質量均勻、密實成型的混凝土面。

1.2 混凝土防滲墻的發展應用狀況

中國對于塑性混凝土防滲墻的研究應用，源于意大利發明的普通混凝土防滲技術，20 世紀80 年后期開始被廣泛應用到河堤、水庫等的防險加固中。1989 年3 月，福建水口水電站圍堰防滲墻的設計與建造，就使用塑性混凝土防滲技術，在河床導流明渠、圍堰內設置防滲體，上部采用土工纖維進行防滲，此后三峽工程、小浪底水庫和冊田水庫等，也紛紛在壩底圍堰中使用混凝土進行防滲墻加固，取得良好的防滲漏效果。

水利水電工程施工的混凝土澆筑，要在開始前將導管敷設到混凝土防滲墻內部，導管內部直徑為25 cm、埋入深度為1～6 m，導管距成槽孔底的距離為15～25 cm，混凝土面澆筑速度控制在2 m/h左右。之后對混凝土防滲墻進行澆筑，澆筑順序遵循先深后淺的原則，澆筑過程中對導管節管長度、漏漿情況進行關注，間隔2 h測量一次混凝土面的深度。而在保證混凝土槽孔的穩定性方面，首先需要通過地層地質、水文等狀況的勘察，以及導墻高度、槽孔尺寸的控制，保持導墻內部的支持強度。之后適當增加混凝土中濕潤土、水泥漿的含量，并對混凝土漿液的剪切強度、墻面土體位移等進行約束，從而有效提升混凝土防滲墻面的穩定性。

2 混凝土防滲墻施工技術應用分析

2.1 混凝土防滲墻體結構的設計

塑性混凝土防滲墻的設計，與剛性混凝土防滲墻的設計原理相同，通常包含墻體材料配合比、墻體結構等方面設計內容。一般在混凝土防滲墻體結構的建造中，要依據水利水電工程的防滲墻受力狀況，進行河堤或湖堤土石壩、斜墻壩、圍堰等建筑的設計施工，以保證防滲墻在地震、水流沖擊下的荷載承受強度。

2.1.1 混凝土防滲墻體的結構強度設計

通常混凝土防滲墻，會與水利水電工程的上部土石堤壩進行連接，防滲墻體本身的滲透系數、抗壓強度、剪切強度、彈性模量與坍落度等，決定著受到管涌、流土沖擊情況下的抗壓水平。其中混凝土防滲墻體的設計厚度，要大于墻體能夠承受的水力梯度J，也就是Jmax＜J允=50，因此防滲墻體厚度的計算公式為B≥Hmax/50。之后對塑性混凝土防滲墻的彈性模量、滲透系數進行求解，選擇混凝土初始彈性模量Ei、合格判定系數λ，進行受到應力、應變情況下，防滲墻（厚度B 值）滲透系數、彈性模量峰值的計算，得出混凝土強度結果為A×10-6～10-9cm/s、1 000 Mpa。

2.1.2 塑性混凝土防滲墻的配合比

塑性混凝土是由水泥、粘土、膨潤土和膠凝材料組成的混合物，在餛飩原材料配合比設計的過程中，需要針對混凝土防滲墻的物理學性能、力學性能等，選擇適宜的配比進行混凝土受壓測試，得出防滲墻混凝土動力試驗的最佳配合比。

根據水利水電工程建筑圍堰防滲墻的土層應力，按照正交設計原理，對防滲墻體應力狀態下Ei、λ、εult 等物理力學變化展開分析，計算其混凝土最佳配合比，具體數據如表1所示。

表1 混凝土防滲墻的物理力學特性影響要表

由以上表格可以得出，隨著混凝土水膠比、膨潤土用量、骨料總量、干容重的不斷增加，塑性混凝土防滲墻本身的彈性模量Ei、合格判定系數λ 等，都發生顯著的增大，且混凝土強度、彈性模量的峰值不隨時間而發生變化。例如：冊田水庫土壩混凝土防滲墻的試驗配合比，與實際施工的混凝土配合比基本一致，具體如表2所示。

表2 混凝土防滲墻的試驗配合比表 （kg/m3）

2.2 混凝土防滲墻施工技術在冊田水庫中的應用

冊田水庫壩基下部的混凝土防滲墻建造，主要根據水庫土層的地質結構，對水利水電工程壩基發生的流土、管涌狀況進行處理。由以上數據可以得出，冊田水庫的壩基存在砂礫石、亞砂土、細砂等土層結構，實際施工的混凝土配合比為水255 kg/m3、水泥205 kg/m3、粘土59 kg/m3、膨潤土29 kg/m3、砂850 kg/m3、石850 kg/m3、增強劑2.90 kg/m3等。通過采用混凝土防滲墻、帷幕灌漿結合的施工方案，進行地下溝渠成槽的基礎防滲處理，以保證河堤在防洪截流過程中的防滲加固水平，提高水利水電工程的建筑施工、防固質量。

3 結語

在水利水電工程建筑施工中，主要用到水泥、粘土、膨潤土、膠凝材料等塑性混凝土材料，進行土石壩或圍堰透水層的防滲設計。混凝土建筑施工部門根據場地周圍土層、土質的應力曲線，對塑性混凝土的各原材料配合比進行協調，同時控制防滲墻成槽內的混凝土土面深度、灌漿速度等，減小墻體在管涌、流土沖擊情況下的裂縫狀況，有效提升混凝土防滲墻的耐用度。