水利樞紐工程防滲方案及施工技術研究

石海峰

（安徽省長江河道管理局， 安徽 蕪湖 241000）

0 引言

近年來，水利樞紐工程快速發展，在水利樞紐工程中，防滲技術的應用頻率較高。防滲方案制定與施工是防滲技術應用的關鍵環節。如果水利樞紐工程滲流分析不到位、防滲細節處理不當，均會導致工程出現危害性較大的滲透變形，引發大量水流溢出，甚至出現潰壩，威脅周邊居民的生命財產安全。因此，研究水利樞紐工程的防滲方案及施工技術具有非常重要的意義。本文對水利樞紐工程防滲的重要性進行分析，探究科學的防滲方案和防滲施工技術要點。

1 水利樞紐工程防滲的重要性

1.1 提高水資源利用率

水利樞紐工程是重要的基礎建設項目，具有灌溉、調蓄等功能。多數水利樞紐工程位于河流或湖泊地區，施工期承受蓄水壓力，易發生滲漏問題。一旦出現滲漏，將導致大量水資源流失。而在水利樞紐工程施工期開展防滲，可以從源頭封堵泄露點，降低水利樞紐工程滲漏風險，確保水資源的有效利用。

1.2 保障水利樞紐正常運行

水利樞紐工程多位于地質環境復雜地區，環境風險因素較多。選擇合理的水利防滲結構，恰當實施水利防滲工藝，可以降低水利樞紐工程投入運營后出現壩體滲漏概率，確保水利樞紐工程各項功能的正常發揮[1]。

1.3 降低經濟損失

水利樞紐工程滲漏會導致工程使用年限縮短，影響工程預期經濟效益目標的達成。加強水利樞紐工程防滲，可以確保水利工程使用壽命；同時良好的防滲結構，可以保障水利樞紐工程正常發揮水流量調節、灌溉、供水功能，為流域經濟發展提供充足支持。

2 水利樞紐工程防滲方案

2.1 工程背景

某水利樞紐工程為堆石壩工程，下壩以下河段兩岸地形庫寬緩（寬40～95m），壩址河段河流總體流向為S19°W，河床高程1300～1310m，平均比降0.9%。兩岸坡地形較突出，地形坡度為20°～40°。壩址河段出露地層巖性如表1所示。

表1 壩址河段出露地層巖性

壩址河段無斷層發育，為單斜構造，上壩址節理發育裂隙，裂隙伸張度較短，延長4m以內。壩址區強風化巖體透水性超出5Lu，透水性較強，為中～強透水性。壩址區地下水為基層裂隙水、覆蓋層孔隙水，地下水位均高于河水位。地下水水質屬低礦化度的微硬水，對鋼筋混凝土無腐蝕性。

2.2 方案設計

2.2.1 雙排帷幕灌漿防滲

根據壩址區上覆碎屑巖地層風化程度較深、強風化巖體透水性較強的特點，存在沿壩區強風化巖體及下伏可溶巖地層向下繞滲的風險，加之壩區河床存在庫區河水補給的承壓水，下游存在出水點，解決庫區滲漏問題的關鍵在于切斷庫水、下游泉水的水力聯系。考慮兩岸端點接地下水位、正常蓄水位交點，同一時刻進入新鮮巖體防滲下限接地下水以下12～17m、承壓水以下10m以上。根據防滲要求，選擇雙排帷幕灌漿防滲，在河床段趾板布置雙排帷幕灌漿孔，孔排距為2.0m。同時左岸、右岸均布置一排孔沿坡面灌漿，左岸、右壩防滲長度分別為128m、89m，帷幕灌漿最低高程為1156.0m，深度為46.2m，岸坡段帷幕垂直深度為11～43m。

考慮到大壩河床存在埋深8.6m左右的淺層承壓水，承壓水頭超出河床3.8m，蓄水后承壓水頭增加，加之承壓蓋層節理發育，巖體較破碎，下伏承壓水易沿基巖蓋層節理裂隙冒出并在壩體底部滲漏，易引發滲透、管涌破壞。因此，可將1排Ф0.15m減壓井布置到壩上游河床位置，共6孔，減壓井間距為8m，提前釋放承壓水壓力，降低承壓水對大壩滲透破壞。

2.2.2 混凝土面板防滲

水利樞紐工程堆石壩上游迎水面承受上游水壓力，是壩體滲透風險最大的位置，可設置C25混凝土防滲面板。混凝土為二級配，水灰比＜0.5，坍落度為3～7mm，確保面板混凝土具有足夠的抗滲性能、柔性、耐久性、強度，可承受不均勻撓曲變形。根據《混凝土面板堆石壩設計規范》（SL228-2013）的相關規定，在最大壩高為40m的情況下，面板厚度為等厚40cm，面板河床根據12m寬度進行垂直分縫，兩岸分縫長度為5.5～9.9m。混凝土面板與趾板結合位置設置周圍縫，不設水平施工縫。同時為確保面板可承受混凝土溫度應力、干縮應力，可以將單層雙向鋼筋設置到面板截面中部，控制縱向鋼筋配筋率、橫向配筋率均為0.4%，并在岸邊周邊縫、混凝土面板應力區進行加密配置。

在堆石壩混凝土面板止水體系中，周邊縫是滲漏風險最大的通道，在工程最大水頭為40m的情況下，可在周邊縫位置設置2道止水。其中上游面接縫留“V”型槽，將Ф50PVC棒設置到槽內，槽外側封填SR柔性填料；下游面設置“F”型止水銅片，并將Ф25氯丁橡膠棒設置到止水銅片凹槽內。同時以墊層料填筑為節點，向止水銅片下部挖槽，槽內回填瀝青砂漿墊層。墊層上方敷設厚6mm的PVC墊片，縫面嵌入厚12mm的填筑瀝青浸漬木板。

在面板壓性垂直縫位置設置2道止水，其中一道止水位于上游面，接縫留“V”型槽，槽內放PVC棒，槽外敷設PVC膜（膜內填充柔性止水料）；另外一道止水位于縫一側，需在面層涂抹瀝青乳劑，底部先后放入PVC墊片、止水銅片，并粘結到C20水泥砂漿墊座位置，止水銅片凹槽內則設置Ф25氯丁橡膠棒。混凝土面板張性垂直縫采用2道止水，上游面止水方式與壓性垂直縫止水方式相同，另外一道止水則在面層瀝青乳清涂抹、底部止水銅片設置的基礎上，將Ф25氯丁橡膠棒放入止水銅片凹槽內。同時在止水銅片下設置PVC墊片，將墊片粘結到C20水泥砂漿墊座位置。

在混凝土面板與防浪墻間縫，設置2道止水，上游面接縫止水與周邊縫上游面止水一致。下游面設置“w”型止水銅片，墊料層填筑后，向止水銅片下部挖槽，進行瀝青砂漿墊層回填。同時在墊層上方鋪設6mm厚PVC墊片，縫面嵌入厚12mm瀝青浸漬木板。

3 水利樞紐工程防滲施工技術要點

水利樞紐工程參建者應正確認識防滲的重要意義，合理布置雙排帷幕灌漿與混凝土面板施工方案。

3.1 雙排帷幕灌漿施工

3.1.1 鉆孔

鉆孔是水利樞紐工程雙排帷幕灌漿施工的第一步，一般需要先放線定位，再校正固定鉆機。確認鉆機位置無誤后，利用GK-200-4型鉆機（帶合金鉆頭或金剛石鉆頭），在適量水潤濕下，先后鉆設抬動觀測孔、先導孔、帷幕灌漿孔、質量檢查孔。抬動觀測孔位于灌漿廊道軸線，相鄰孔位間隔50m；先導孔為一排孔數的10%，孔深超出帷幕灌漿孔5m；帷幕灌漿孔經回轉式鉆機鉆設，鉆孔位置、方位、深度（孔深大于等于設計孔深）均按設計圖紙操作，從上到下逐段減少孔徑，并統一編號。鉆孔期間，應記錄巖層變化、巖性變化、鉆速變化以及異常涌水、失水、塌孔、卡鉆、掉鉆等現象，為灌漿施工提供依據。全部鉆孔均鑲入孔口管與孔口封閉器，孔口管深入基巖段1.5m以下，露出灌漿廊道底板10cm左右。

3.1.2 灌漿

在灌漿孔鉆設完畢且孔口管凝固3～5d后，根據《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）、《混凝土用水標準》（JGJ 63-2006）的相關要求，按照規定漿液配比，利用重量稱重法進行制漿材料稱量，稱量誤差應＜5%。一般帷幕灌漿用漿液水灰比為0.5∶1，利用普通攪拌機（或高速攪拌機）均勻拌合，攪拌時間超出180s。漿液制備完畢后，過篩備用，確保制備漿料使用時長短于4h，漿液溫度在5～40℃之間[2]。

漿液制成后，利用管道輸送，輸送速度為1.4～1.8m∕s。正式灌漿前，利用壓力水沖洗孔口，沖洗壓力為灌漿壓力的80%（≤1MPa）。沖凈雜質后，在1MPa壓力下，從上到下進行先導孔、灌漿孔、質量檢查孔的壓水試驗。確認鉆孔質量符合《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》（SL 62-2014）要求后，依據0.3～3.0MPa的壓力，進行連續灌漿作業，控制灌漿間歇時間短于24h。

3.1.3 抬升監測與封孔

根據壓力、巖體變形與流量監測需求，向抬升觀測孔內下入內、外觀測管，觀測管與孔壁之間灌入粉細砂，促使粉細砂充滿間隙[3]。進而利用前期配置漿液澆筑外觀測管上部伸出部位、地表，在內觀測管上固定千分表，千分表測量桿（0.3～0.5mm壓縮）與被測構件表面成90°，持續觀測孔位。

灌漿結束后，利用孔口管封堵孔口，并妥善保護孔口，避免孔口破碎流入雜污或異物。

3.1.4 減壓

根據設計減壓井位置，放線確定并作標記。采用循環鉆成孔的方法，成孔直徑超出濾管外徑30cm及以上。同時利用泥漿護壁，鉆設減壓井口。在井口位置埋設護筒，一側設置排泥溝。成孔后，立即利用高壓水清理，并沿著井口垂直方向下入井管（井管頂部低于河床0.3m），促使井管位于井孔中間位置，且井管的濾管位置位于含水層。進而將礫石濾料填入井管、孔壁之間，一次性填筑，從井底回填到井口下5.0m，上部借助砂石含量為0的黏土封堵井口。

在減壓井建設完畢后，加強水位檢測，確保臨近水利樞紐的深井水位與周邊河床水位之差≤1.0m，避免水利樞紐出現不均勻沉降。

3.2 混凝土面板施工

3.2.1 拌料運料

根據混凝土面板施工要求，準備普通硅酸鹽水泥，水泥具有品質試驗報告與現場檢驗證明，安定性、兼容性、穩定性均符合要求[4]。同時準備壩址區內河水作為拌料用水，并準備級配良好、清潔、堅硬的砂料和骨料，其中細骨料細度模數在2.4～3.0之間，粒徑超出40mm的粗骨料自由落差＜3m。

根據設計水灰比，在生產能力為25m3∕h的雙軸強制式攪拌機內，進行拌料，控制水泥、水稱量偏差均小于±1%，砂料、骨料稱量偏差小于±2%[5]。先加入骨料、礦粉，干拌15s，再加入水泥、水拌和30～45s，每次純拌和時間為45～60s，每一循環周期為125～135s。拌合溫度為160～175℃。在拌料完畢后，利用底開式立罐（或翻斗車）運輸。

3.2.2 鋼模安裝

鋼筋模板安裝是混凝土面板施工的重要環節[6]。首先，向趾板錨固位置打孔，利用高壓水沖凈孔內雜質，灌入配置的C20水泥砂漿。隨后插入提前準備的錨筋并進行嵌固，降低外力干擾。其次，可在廠內加工鋼筋，加工后運輸到現場焊接或搭接，其中焊接鋼筋主要位于軸心受拉、承受震動荷載、小偏心受拉構件中，接頭應相互錯開，受拉區接頭面積＜25%，受壓區接頭面積＜50%，全長尺寸偏差小于±10mm。在結構鋼筋成型后，將其與錨筋牢固連接，并進行灌漿導管的預埋。最后，選擇厚度超出3mm的標準鋼模板作為側模，鋼模板表面應光滑，無皺折、凹折、表面缺陷問題[7]。同時選擇木模板作為攘角模，所選木模板質量應達到三級以上標準，無扭曲、腐朽、脆裂等現象。模板準備完畢后，利用鋼筋上樣架支設側模，外部用斜管支撐固定，內部用Ф20 鋼筋斜撐固定，斜撐水平間距為75cm，頂口設置鋼管鎖口。同理，利用Ф1.5鋼管支架設置壩前護板鋼膜，利用打鋼釬入壩體的方式固定模板，相鄰鋼釬之間距離為1.5m。進而根據要求進行止水銅片、瀝青浸漬木板安裝，所安裝止水銅片表面應無銹跡、油污、油漆、釘孔、砂眼，雙面搭接焊，搭接長度超出20mm；瀝青浸漬木板表面應潔凈、平整，無坑洞麻面。

3.2.3 混凝土澆筑

水利樞紐混凝土面板澆筑需要采用機械澆筑[8]。在澆筑前，檢查鋼筋、模板、預埋件是否完好、移位。確認無誤后，在氣溫超出-3℃的環境內，連續澆筑，控制間歇時間短于90min。若間歇時間超出90min，則按工作縫處理。對于混凝土縫面，利用高壓水沖毛并清除雜質，進行止水操作。

混凝土澆筑后，應在表面懸掛保溫材料，促使材料緊密貼合混凝土面板垂直面，并將擋風設置到孔洞、迎風面位置。隨后持續灑水養護28d。養護期間，避免在周邊20m范圍內開展放爆操作，全面保護止水銅片完好性。

在混凝土強度超出設計強度75%后，拆除不承重的側面模，避免損壞側面板表面、棱角。在混凝土強度達到設計強度100%后，拆除剩余模板。

4 結束語

綜上所述，水利樞紐工程防滲不僅可以提高水資源利用率，而且可以保障水利樞紐正常運行，降低經濟損失。因此，水利樞紐工程參建者應正確認識防滲的重要意義，合理布置雙排帷幕灌漿與混凝土面板施工方案。根據施工要求，規范開展鉆孔、拌料、灌漿、止水縫設置等操作，以形成完整的水利樞紐止水體系，降低水利樞紐滲漏事故的發生概率。