我國水利水電混凝土防滲墻的發(fā)展

陳賡儀

摘要 40年來，我國水利水電混凝土防滲技術(shù)，從無到有逐漸發(fā)展至今，已能夠在各種特殊地層中修建各種用途的混凝土防滲墻。通過大量實(shí)踐，積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。在科學(xué)研究、勘測設(shè)計(jì)和施工技術(shù)及現(xiàn)代化管理方面也獲得很大進(jìn)展，解決了在復(fù)雜地質(zhì)條件下建壩所遇到的規(guī)模較大的常規(guī)地基處理技術(shù)，也掌握了特殊地基處理的某些關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞 防滲墻 地基處理 關(guān)鍵技術(shù)

混凝土防滲墻技術(shù)50年代初期源于西歐、意、法等國，于1959年引進(jìn)我國?，F(xiàn)僅以對我國混凝土防滲墻的發(fā)展具有影響和代表性的典型實(shí)例來介紹其發(fā)展歷程。

1、 山東月子口水庫聯(lián)鎖樁柱型混凝土防滲墻

1958年借鑒國外混凝土防滲墻某些資料和長江大橋橋基的施工經(jīng)驗(yàn)，我們加強(qiáng)協(xié)作刻苦鉆研，反復(fù)試驗(yàn)，終于以不到一年的時(shí)間，建成了一道959根直徑為60cm的聯(lián)鎖樁柱構(gòu)成的深20m的混凝土防滲墻。它的產(chǎn)生為土壩地基防滲墻技術(shù)創(chuàng)新走出了一條新的道路，預(yù)示了我國混凝土防滲墻技術(shù)已走上了啟蒙階段。

2、北京密云水庫白河主壩槽形混凝土防滲墻

在月子口防滲墻經(jīng)驗(yàn)的啟發(fā)下，為解決密云大壩深厚松散壩基的防滲難題，從1958年開始經(jīng)過了近一年的研究試驗(yàn)，最后摸索出了一套具有我國技術(shù)特色的主付孔“鉆劈法”抽筒出碴、分期造槽成墻的工藝。修建成功了我國第一道槽形混凝土防滲墻。為我國發(fā)展使用這項(xiàng)技術(shù)指明了方向和打下了基礎(chǔ)。同時(shí)培養(yǎng)了一支為水利水電建設(shè)轉(zhuǎn)戰(zhàn)祖國大江南北具有光輝業(yè)績的基礎(chǔ)處理專業(yè)施工隊(duì)伍。

密云水庫白河主壩混凝土防滲墻，總長784.806m，墻厚0.8m，嵌入基巖0.5m。全墻造孔進(jìn)尺35573.7m，防滲墻總面積18876m²，澆筑混凝土20702.21m³，全部工期歷時(shí)6個(gè)月，建成后經(jīng)40年來運(yùn)轉(zhuǎn)表明防滲效果良好。

該墻修建成功，在當(dāng)時(shí)的條件下，成功的規(guī)范了我國的防滲墻混凝土工程，諸如毛家村，南谷洞，十三陵，碧口等大壩混凝土防滲墻。之后，防滲墻的形式和適用范圍發(fā)展很快，尤其在混凝土壩方面。

貴州貓?zhí)铀募壵锟谒娬驹诠皹蛏辖ǔ傻碾p曲拱壩，在其下第四紀(jì)沖積層內(nèi)建成混凝土和鋼筋混凝土防滲墻各一道，替代了壩基深復(fù)蓋層開挖。

四川漁子溪一級水電站攔河壩基礎(chǔ)大直徑漂卵石，采用了漿下定向累能爆破方式，成功建成了混凝土防滲墻。

迄今這批工程仍發(fā)揮著顯著的工程效益。

3、除險(xiǎn)加固壩體及壩基礎(chǔ)防滲墻的修建

為了擴(kuò)充我國松散壩基防滲墻修建技術(shù)的適用范圍，于1965年在甘肅金川峽水庫大壩加固中。穿透壩體粘土芯墻建成了我國第一道壩體內(nèi)的防滲墻，使混凝土防滲墻作為壩體防滲體系，其作用和功效又向前推進(jìn)了一步。其后，澄碧河、拓林、海子、黃羊河、邱莊等多座水庫大壩均建成了同類型心墻bD固混凝土防滲墻?，F(xiàn)介紹其中規(guī)模較大的典型工程一拓林水電站心墻壩基礎(chǔ)混凝土防滲墻。

圖1 密云水庫白河主壩剖面圖

四級窄巷口水電站

該工程為粘土心墻壩，最大壩高63.5m，由于原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低及大壩施工質(zhì)量問題，列為險(xiǎn)庫，一直不能發(fā)揮應(yīng)有效益，直到1979年對工程進(jìn)行了加固，通過心墻及壩基作一道混凝土防滲墻。墻長591m，平均深61.24m，墻厚0.8m，墻本總截面積33000m²，嵌人基巖3.5m。其技術(shù)特點(diǎn)是：在穿過粘土芯墻造孔中成功地應(yīng)用了多刃角空心式鉆頭，提高了粘土心墻的鉆進(jìn)功效。造墻中還曾試用了反弧鉆頭接頭工藝。采用泥漿下超聲檢測鉆孔質(zhì)量的措施，為適應(yīng)在深度較大，心墻較薄的條件下安全澆筑流態(tài)混凝土，制定特殊規(guī)定，解決了一些關(guān)鍵技術(shù)，取得了在壩心墻內(nèi)設(shè)置剛性心墻時(shí)設(shè)計(jì)及安全施工的經(jīng)驗(yàn)，為加固心墻壩找到可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

本防滲墻工程16個(gè)月完成進(jìn)尺34939m，澆筑混凝土27433m³。建成后，經(jīng)受了1998年洪水考驗(yàn)，證明加固防滲效果顯著。

4、混凝土防滲墻修建技術(shù)進(jìn)入成熟階段的工程

70年代中期，我國已建成超過40m深的主要混凝土防滲墻達(dá)15座，墻截水面積達(dá)16萬余m²。我國的設(shè)計(jì)施工已解決在不同工程要求和不利自然條件下成功建成防滲墻的技術(shù)。諸如銅街子左深槽防滲墻，水口圍堰防滲墻等。在80年代成功的建成了葛洲壩深水圍堰雙道混凝土防滲墻工程，這是我國混凝土防滲墻的新發(fā)展，也是三峽工程的實(shí)戰(zhàn)準(zhǔn)備。

葛洲壩工程大江圍堰是保證大江主體建筑物安全施工的唯一屏障，并承擔(dān)了一期工程通航發(fā)電重任，設(shè)計(jì)采用兩道防滲墻(圖3)

該圍堰在深水中以砂卵石拋投而成，水下堰體松散且透水。河床復(fù)蓋層為砂礫石強(qiáng)透水層，河床基巖為粘土質(zhì)粉砂巖及透水礫巖。

二道穿過堰體及地基的混凝土防滲墻均厚0.8m，兩墻軸線距為3.5m，墻底嵌人基巖0.5～1.0m。

該混凝土防滲墻技術(shù)特點(diǎn)是：首先采用雙道墻先后分期施工。由于雙墻合龍段施工僅為一個(gè)枯水季，故工程安排上采用了多鉆機(jī)短槽孔多接頭方式。為此引進(jìn)了液壓抓斗，并成功的應(yīng)用了“兩鉆一抓”的主副孔施工工藝。為了保證槽間接頭質(zhì)量，還首次采用了可拔 80cm鋼接頭管，改善了槽孔接頭質(zhì)量，縮短了工期，節(jié)約了投資。在墻體材料上第二道墻使用的大摻量粉煤灰混凝土、混凝土攪拌運(yùn)輸車供料工藝等均大幅度提高了施工技術(shù)水平，取得了良好的工程效益。

葛洲壩大江圍堰防滲墻總計(jì)完成進(jìn)尺81770m，防滲截水面積51155m²，澆筑混凝土達(dá)62269m³。

5、墻體最深和混凝土強(qiáng)度最高的防滲墻工程

隨著我國大型水利水電工程的建設(shè)發(fā)展，對高土石壩的地基防滲墻系統(tǒng)不斷提出了更高的要求。黃河小浪底工程主壩基礎(chǔ)采用混凝土防滲墻方案的成功建成，使這項(xiàng)技術(shù)更進(jìn)一步發(fā)展。

黃河小浪底主壩(如圖4)為內(nèi)鋪蓋的壤土斜心墻堆石壩，最大壩高154m，設(shè)計(jì)選用了心墻下以混凝土防滲墻作為河床復(fù)蓋層的防滲措施。防滲墻軸線長464.03m，防滲墻截水面積約21174m²。

河床復(fù)蓋層最深達(dá)80余m，基巖為粘土巖和砂巖。

該混凝土防滲墻設(shè)計(jì)墻厚1.3m，嵌入基巖1～4m，墻段連接為套接接頭，墻體溫凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為R90、35MPa，變形彈模E值為30000MPa。

該墻主要技術(shù)特點(diǎn)是沖擊鉆為主施工孔，付孔由液壓抓斗及沖擊鉆使用“兩鉆一抓”及鉆和劈工藝施工。在造槽施工過程中熟練應(yīng)用了上述造孔技術(shù)，施工工藝嚴(yán)格。成品率高，創(chuàng)造了目前國內(nèi)混凝土防滲墻81.9m的最高深度記錄。充分體現(xiàn)了我國造墻水平。

由于墻體材料強(qiáng)度高使槽間套接孔鉆鑿十分困難。為此專門研究配置了早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度高的粉煤灰混凝土，從而順利解決了接頭孔的造孔困難，保證了接頭孔0.2％的孔斜率，使其合格率達(dá)到98.2％。

圖2拓林水電站主壩剖面圖

圖3 葛洲壩大江上游圍堰剖面圖

圖4 小浪底主壩橫斷面圖

該混凝土防滲墻的第二期工程(左岸)防滲墻截水面積1501m²，墻厚1.2m，最深達(dá)70.3m。其主要技術(shù)特點(diǎn)為槽段接頭采用了包裹接頭法。該段二期工程由國外承包商施工，為我們提供了學(xué)習(xí)國外經(jīng)驗(yàn)的機(jī)遇。

6、 三峽工程二期圍堰混疆土防滲墻

三峽工程二期圍堰是三峽工程中最重要的臨時(shí)建筑物。防滲墻是二期圍堰主要的組成部分。它是確保二期工程成敗的關(guān)鍵。

二期上游圍堰均系在60m深水中填筑，截流戧堤使用塊石填筑，口門段平拋墊底用砂卵石填筑。上部心墻用風(fēng)化砂填筑而成。上下游圍堰軸線總長2407m，最大高度超過80m(見Pz2二期上游橫向圍堰典型剖面圖)

圍堰地基復(fù)雜，尤以河漫灘及江中深槽部位含有高陡坡和高強(qiáng)度、大粒徑塊球體，這是防滲墻鉆鑿孔的一大難題。

堰體防滲墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為塑性混凝土防滲墻，其上接土工合成材料，其下為帳幕灌漿。上游圍堰深槽段長162m，采用雙排塑性混凝土防滲墻，墻厚lm，上、下游圍堰混凝土防滲墻共約8.4萬m²。

該防滲墻中尤以上游圍堰防滲墻具有深度大、施工強(qiáng)度高、工期緊迫、地質(zhì)條件極其復(fù)雜的特點(diǎn)，故其技術(shù)綜合難度較大。國際上幾家知名度很高的基礎(chǔ)工程公司，亦對此表示認(rèn)真對待不能輕視。這確實(shí)對我國自己的防滲墻設(shè)計(jì)、施工技術(shù)水平提出了一次挑戰(zhàn)和考驗(yàn)。

面對如此艱巨的任務(wù)，曾動(dòng)員了有關(guān)的科研、高校、設(shè)計(jì)、施工、勘測等部門及專家開展了深入研究和試驗(yàn)，通過幾次國家重點(diǎn)科研立項(xiàng)，以及大規(guī)模的全面現(xiàn)場施工試驗(yàn)，終于使二期圍堰及混凝土防滲墻按時(shí)建成，取得了預(yù)期的成功。使得我國防參墻技術(shù)水平得到進(jìn)一步提高。表現(xiàn)在：

①設(shè)計(jì)基于充分的前期勘測，試驗(yàn)等工作，吸收國內(nèi)外有關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，尤其是葛洲壩圍堰和三峽一期圍堰實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。保證了防滲墻設(shè)計(jì)的科學(xué)性和先進(jìn)性。

②堅(jiān)持現(xiàn)場實(shí)地試驗(yàn)，摸清地層規(guī)律，取得施工所需的多項(xiàng)參數(shù)。實(shí)踐中鍛煉了隊(duì)伍，提高了施工人員的技術(shù)素質(zhì)。

③防滲墻施工采用了國內(nèi)外的先進(jìn)施工機(jī)具及工藝，為保證槽孔施工的高效優(yōu)質(zhì)選定了反循環(huán)沖擊鉆，液壓導(dǎo)板抓斗和國際先進(jìn)的雙輪鉆機(jī)作為槽孔施工機(jī)械，滿足了工程的要求。

④解決了槽孔施工中塊球體鉆鑿工藝，使用泥漿下鉆孔或聚能爆破，重型鉆頭沖砸配合沖擊鉆或抓斗并采用超前鉆等項(xiàng)施工工藝，提高了造槽工效，也保證了安全施工。

⑤上游圍堰中間部位深槽段左側(cè)70°～80°陡巖坡面的鉆進(jìn)，除使用傳統(tǒng)的漿下聚能爆破外還使用了大量鉆孔預(yù)爆及槽內(nèi)孔底定位鉆孔爆破，使陡坡形成多級不規(guī)則的臺(tái)階狀，既保證了墻底的接觸良好。也使雙輪銑及反循環(huán)沖擊鉆鉆進(jìn)效率提高l～3倍。

⑥泥漿及凈化系統(tǒng)，圍堰防滲墻工程中采用了膨潤土為主材低固項(xiàng)泥漿，以適應(yīng)各類鉆機(jī)的循環(huán)工藝。

⑦防滲墻槽孔建在拋填風(fēng)化砂料之上，密度較低，為避免槽壁坍塌及減小防滲墻上部的水平位移，使用了振沖加密技術(shù)，使填筑風(fēng)化砂的堰體容量達(dá)到1.8g/cm³以上，振沖加密施工取得了成功。

40年來，我國水利水電混凝土防滲墻技術(shù)，從無到有逐漸發(fā)展直至目前，已可在各種一般特殊地層中，修建各種用途的混凝土防滲墻，其中有的墻最大深度可接近100m。今天靠我國自己的力量已能完成像葛洲壩大江圍堰混凝土防滲墻、小浪底主壩混凝土防滲墻以及三峽二期圍堰防滲墻等大型防滲墻工程。目前正在施工的黃壁莊水庫副壩混凝土防滲墻工程量可達(dá)300000m²。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至1998年我國不同用途的各種混凝土防滲墻已超過100余座。截水面積達(dá)100余萬m²。40年來我國混凝土防滲墻技術(shù)，通過大量工程實(shí)踐，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，不論在科學(xué)研究，勘測設(shè)計(jì)和施工技術(shù)現(xiàn)代化管理方面都獲得了很大進(jìn)展。

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國水資源的利用也將得到進(jìn)一步的開發(fā)，對水利水電工程中的混凝土防滲墻工程，會(huì)不斷提出更高更新的要求。我們應(yīng)針對水利水電工程地基的關(guān)鍵技術(shù)，如新裝備、新工藝、新材料，自動(dòng)控制等展開協(xié)同攻關(guān)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，找出規(guī)律，加強(qiáng)理論研究，以促進(jìn)防滲墻技術(shù)的不斷全面發(fā)展，迎接我國21世紀(jì)水利水電建設(shè)的新高潮。