混凝土防滲墻技術(shù)在水利工程的應(yīng)用

姚任峰（桓仁西江發(fā)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(jié)構(gòu)堅(jiān)固、施工簡(jiǎn)便、防滲效果好等特點(diǎn)，尤其在土石堤壩的加固與防滲中，利用混凝土防滲技術(shù)進(jìn)行施工與加固，能夠大大減少壩基在管涌、流土過(guò)程中的滲漏問(wèn)題。當(dāng)前國(guó)內(nèi)大型水利水電工程的建筑施工中，都會(huì)用到塑性混凝土防滲墻，對(duì)河堤壩基閘基進(jìn)行溝槽開挖，澆筑混凝土泥漿形成加固的墻體護(hù)壁，以提高水利工程的防滲防漏質(zhì)量。

1 混凝土防滲墻的主要技術(shù)及其發(fā)展應(yīng)用狀況

1.1 混凝土防滲墻的施工技術(shù)

塑性混凝土防滲墻施工技術(shù)，包括鉆孔成槽、清孔驗(yàn)收、混凝土澆筑等技術(shù)，主要根據(jù)水利水電工程的地質(zhì)土層、建筑結(jié)構(gòu)及導(dǎo)管敷設(shè)情況，進(jìn)行多種混凝土防滲技術(shù)的應(yīng)用。

1.1.1 鉆孔成槽施工技術(shù)

造孔成槽施工通常利用多頭螺旋鉆、沖擊十字鉆等成槽機(jī)，對(duì)地下施工的連續(xù)墻體進(jìn)行成槽開挖，成槽機(jī)抓斗在壩土基巖、礫石等土層的開挖過(guò)程中，應(yīng)均勻慢速的出/入槽，槽段兩側(cè)采用雙向閘板插入導(dǎo)墻。

1.1.2 清孔及驗(yàn)收

墻體單元槽段成槽后，要采取泵吸法、沖擊反循環(huán)法或掏換法，對(duì)槽口及孔壁的鉆渣、泥皮、泥渣等進(jìn)行清理，在清孔內(nèi)抽出泥漿后，經(jīng)泥漿凈化器進(jìn)行處置并返回槽孔，新漿從槽口孔壁向槽內(nèi)補(bǔ)充，這一過(guò)程反復(fù)多次直至槽內(nèi)的新鮮漿液符合要求。之后運(yùn)用圓形鋼絲刷子鉆具，對(duì)接頭進(jìn)行連續(xù)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(dǎo)管內(nèi)/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(dòng)性、粘聚性和保水性，對(duì)墻體成槽單元內(nèi)填充混凝土泥漿，以獲得質(zhì)量均勻、密實(shí)成型的混凝土面。

1.2 混凝土防滲墻的發(fā)展應(yīng)用狀況

中國(guó)對(duì)于塑性混凝土防滲墻的研究應(yīng)用，源于意大利發(fā)明的普通混凝土防滲技術(shù)，20 世紀(jì)80 年后期開始被廣泛應(yīng)用到河堤、水庫(kù)等的防險(xiǎn)加固中。1989 年3 月，福建水口水電站圍堰防滲墻的設(shè)計(jì)與建造，就使用塑性混凝土防滲技術(shù)，在河床導(dǎo)流明渠、圍堰內(nèi)設(shè)置防滲體，上部采用土工纖維進(jìn)行防滲，此后三峽工程、小浪底水庫(kù)和冊(cè)田水庫(kù)等，也紛紛在壩底圍堰中使用混凝土進(jìn)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(dǎo)管敷設(shè)到混凝土防滲墻內(nèi)部，導(dǎo)管內(nèi)部直徑為25 cm、埋入深度為1～6 m，導(dǎo)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(duì)混凝土防滲墻進(jìn)行澆筑，澆筑順序遵循先深后淺的原則，澆筑過(guò)程中對(duì)導(dǎo)管節(jié)管長(zhǎng)度、漏漿情況進(jìn)行關(guān)注，間隔2 h測(cè)量一次混凝土面的深度。而在保證混凝土槽孔的穩(wěn)定性方面，首先需要通過(guò)地層地質(zhì)、水文等狀況的勘察，以及導(dǎo)墻高度、槽孔尺寸的控制，保持導(dǎo)墻內(nèi)部的支持強(qiáng)度。之后適當(dāng)增加混凝土中濕潤(rùn)土、水泥漿的含量，并對(duì)混凝土漿液的剪切強(qiáng)度、墻面土體位移等進(jìn)行約束，從而有效提升混凝土防滲墻面的穩(wěn)定性。

2 混凝土防滲墻施工技術(shù)應(yīng)用分析

2.1 混凝土防滲墻體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

塑性混凝土防滲墻的設(shè)計(jì)，與剛性混凝土防滲墻的設(shè)計(jì)原理相同，通常包含墻體材料配合比、墻體結(jié)構(gòu)等方面設(shè)計(jì)內(nèi)容。一般在混凝土防滲墻體結(jié)構(gòu)的建造中，要依據(jù)水利水電工程的防滲墻受力狀況，進(jìn)行河堤或湖堤土石壩、斜墻壩、圍堰等建筑的設(shè)計(jì)施工，以保證防滲墻在地震、水流沖擊下的荷載承受強(qiáng)度。

2.1.1 混凝土防滲墻體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)

通?；炷练罎B墻，會(huì)與水利水電工程的上部土石堤壩進(jìn)行連接，防滲墻體本身的滲透系數(shù)、抗壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)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(shè)計(jì)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(jì)算公式為B≥Hmax/50。之后對(duì)塑性混凝土防滲墻的彈性模量、滲透系數(shù)進(jìn)行求解，選擇混凝土初始彈性模量Ei、合格判定系數(shù)λ，進(jìn)行受到應(yīng)力、應(yīng)變情況下，防滲墻（厚度B 值）滲透系數(shù)、彈性模量峰值的計(jì)算，得出混凝土強(qiáng)度結(jié)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(rùn)土和膠凝材料組成的混合物，在餛飩原材料配合比設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要針對(duì)混凝土防滲墻的物理學(xué)性能、力學(xué)性能等，選擇適宜的配比進(jìn)行混凝土受壓測(cè)試，得出防滲墻混凝土動(dòng)力試驗(yàn)的最佳配合比。

根據(jù)水利水電工程建筑圍堰防滲墻的土層應(yīng)力，按照正交設(shè)計(jì)原理，對(duì)防滲墻體應(yīng)力狀態(tài)下Ei、λ、εult 等物理力學(xué)變化展開分析，計(jì)算其混凝土最佳配合比，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 混凝土防滲墻的物理力學(xué)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(rùn)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(shù)λ 等，都發(fā)生顯著的增大，且混凝土強(qiáng)度、彈性模量的峰值不隨時(shí)間而發(fā)生變化。例如：冊(cè)田水庫(kù)土壩混凝土防滲墻的試驗(yàn)配合比，與實(shí)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(yàn)配合比表 （kg/m3）

2.2 混凝土防滲墻施工技術(shù)在冊(cè)田水庫(kù)中的應(yīng)用

冊(cè)田水庫(kù)壩基下部的混凝土防滲墻建造，主要根據(jù)水庫(kù)土層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，對(duì)水利水電工程壩基發(fā)生的流土、管涌狀況進(jìn)行處理。由以上數(shù)據(jù)可以得出，冊(cè)田水庫(kù)的壩基存在砂礫石、亞砂土、細(xì)砂等土層結(jié)構(gòu)，實(shí)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(rùn)土29 kg/m3、砂850 kg/m3、石850 kg/m3、增強(qiáng)劑2.90 kg/m3等。通過(guò)采用混凝土防滲墻、帷幕灌漿結(jié)合的施工方案，進(jìn)行地下溝渠成槽的基礎(chǔ)防滲處理，以保證河堤在防洪截流過(guò)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(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

在水利水電工程建筑施工中，主要用到水泥、粘土、膨潤(rùn)土、膠凝材料等塑性混凝土材料，進(jìn)行土石壩或圍堰透水層的防滲設(shè)計(jì)?；炷两ㄖ┕げ块T根據(jù)場(chǎng)地周圍土層、土質(zhì)的應(yīng)力曲線，對(duì)塑性混凝土的各原材料配合比進(jìn)行協(xié)調(diào)，同時(shí)控制防滲墻成槽內(nèi)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。