水利工程中防滲墻技術思索

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防滲墻是一種修建在松散透水地層或土石壩(堰)中起防滲作用的地下連續墻。防滲墻技術在20世紀5O年代起源于歐洲，因其結構可靠、防滲效果好、適應各類地層條件、施工簡便以及造價低等優點，在國內外得到廣泛的應用。近年來防滲墻已成為我國承利水電工程覆蓋層及土石圍堰防滲處理的首選方案。

1防滲墻的作用與結構特點

防滲墻是一種防滲結構，但其實際的應用已遠遠超越了防滲的范圍，可用來解決防滲、防沖、加固、承重及地下截流等工程問題。具體的運用主要有如下幾個方面：(1)控制閘、壩基礎的滲流。(21控制土石圍堰及其基礎的滲流。(3)防止泄水建筑物下游基礎的沖刷。(4)力Ⅱ同一些有病害的土石壩及堤防工程。f5)作為-~kJi建筑物基礎的承重結構。(6)j蘭截地下潛流，抬高地下水位，形成地下水庫。防滲墻的類型較多，但從其構造特點來說，主要是兩類：槽孔舨)型防滲墻和樁柱型防滲墻，前者是我國水利承電工程中混凝土防滲墻的主要型式。防滲墻系垂直防滲措施，其立面布置有兩種型式：封閉式與懸掛式。封閉式防滲墻是指墻體插到基巖或相對不透水層一定深度，以實現全面截斷滲流的目的。而懸掛式防滲墻，墻體只深入地層一定深度，僅能加長滲徑而無法完全封閉滲流。

對于高水頭的壩體或重要的圍堰，有時設置兩道防滲墻一共同作用，按一定比例分擔水頭。這時應注意水頭的合理分配，避免造成單道墻承受水頭過大而破壞，這對另一道墻也是很危險的。防滲墻的厚度主要由防滲要求、抗滲耐久性、墻體的應力與強度及施工設備等因素確定。其中．防滲墻的耐久性是指抵抗滲流侵蝕和化學溶蝕的．眭能，這兩種破壞作用均與水力梯度有關。目前，防滲墻厚度dfm)主要是根據水力梯度考慮確定的，即d=H／J。J。=Jmax／K式中：H為防滲墻的工作水頭；J。為防滲墻的允許水力梯度；Jmax為防滲墻破壞時的最大水力梯度；K為安全系數。不同的墻體材料具有不同的抗滲耐久陛，其允許水力梯度值J。值也就不同。如普通混凝土防滲墻的J。一般在80-100，而塑眭混凝土因為其抗化學溶蝕性能較好，Jmax可達300，Jc一般在50-60。

2防滲墻的墻體材料

防滲墻的墻體材料，按其抗壓強度和彈性模量，一般分為剛性材料和柔性材料。可根據工程眭質和技術經濟比較后，選擇合適的墻體材料。剛性材料包括普通混凝土、黏土混凝土和摻粉煤灰混凝土等，其抗壓強度大于5MPa；彈『生模量大于IO000MPa。柔性材料的抗壓強度則小于5MPa，彈I生模量小于IO000MP。，包括塑陛混凝土、自凝灰漿和固化灰漿等。另外，現在有些工程開始使用強度大于25MPa的高強混凝土，以適應高壩深基礎對防滲墻的技術要求。

(1)普通混凝土

普通混凝土是指其強度存7．5~20MPa，不加其他摻和料的高流動性混凝土。由于防滲墻的混凝土是在泥漿下澆筑做要求混凝土能在白重下自行流動，并有抗離析與保持水分的性能，其坍落度一般為18—22em，擴散度為34,-,38em。

(2)黏土混凝土

在混凝土中摻人一定量的黏土(一般為總量的12％一2O％1，不僅可以節省水泥，還可以降低混凝土的彈性模量，改變其變形性能，增加其和易性，改善其易堵l生。黏土混凝土的強度在IOMPa左右．抗滲陛相對普通混凝土要差。

(3)粉煤灰混凝土

在混凝土中摻加一定比例的粉煤灰，能夠改善混凝土的和易性，降低混凝土發熱量，提高混凝士的密實性和抗侵蝕l生，并具有較高的后期強度。這對于防滲墻的施工和運行都是十分有利的。

(4)塑性混凝土以黏土和f或)膨瀾土取代普通混凝土中的大部分水泥所形成的一種柔性墻體材料。其抗壓強度不高，一般為0．5～2MPa，彈性模量為100-500MPa。塑性混凝土與黏土混凝土有著本質的區別，因為后者的水泥用量降低并不多，摻黏土的主要目的是改善和易眭，并束過多改變彈性模量。墻體適應變形的能力太大提高，幾乎不產生拉應力，減少了墻體出現開裂現象的可能性。我國1990年首次在福建水口水電站的主圍堰中成功運Hj塑性混凝土，其后在其他水電工程建設中迅速普及，十三陵抽蓄電站、／j、浪底工程、三峽工程等圍堰防滲墻的墻體材料均采用了塑性混凝土。(5)自凝灰漿是在固壁漿液(以膨潤土為主1中加入水泥和緩凝劑所制成的一種灰漿。凝固前作為造孑L用的固壁泥漿，槽孔造成后則自行凝固成墻。自凝灰漿是1969年由法國地基公司首先采用。自凝灰漿每立方固化體需水泥200～300kg，膨潤土30,-60kg，水850kg，采用糖蜜或本質素磺酸鹽類材料作為緩凝劑。其強度在0．2—0．4MPa，變形模量40～300MPa，與土層和砂礫石層比較接近，可以很好地適應墻后介質的變形，墻身不易開裂。由于自凝灰漿減少了墻身的澆筑工序，簡化了施工程序，使建造速度加快、成本降低，在水頭不大的堤壩基礎及圍堰工程中使用較多。(6)固化灰漿在槽段造孑L完成后，向固壁的泥漿中加入水泥等固化材料，砂子、粉煤灰等摻和料，水玻璃等外加劑，經機械攪拌或壓縮空氣攪拌后，凝固成墻體。其強度在0．5MPa左右，彈勝模量IOOMPa，一般能夠滿足中低水頭對抗滲的要求。以固化灰漿作墻體材料，可省去導管法混凝土澆筑工序，提高造接頭孔工效，減少泥漿廢棄，使勞動強度減輕，施工進度加快。在四川銅街子、漢江王甫洲等水電工程中，應用了此種方法。

3施工工藝

槽孔皈例的防滲墻，是由一段段槽孑L套接而成的地下墻。盡管在應用范圍、構造形式和墻體材料等方面存在各種類型的防滲墻，但其施工程序與工藝是類似的，主要包括：①造孔前的準備工作；②泥漿固壁與造孔成槽；③終孔驗收與清孑L換漿；④槽孑L澆筑；⑤全墻質量驗收等過程。3．1造孔準備造孔前的準備工作是防滲墻施工的一個重要環節。必須根據防滲墻的設計要求和槽孔長度的劃分，做好槽孔的測量定位工作，并在此基礎上，設置導向槽。導向槽沿防滲墻軸線設在槽孑L上方，用于控制造孑L的方向，支撐上音阿L壁。它對于保證造孔質量，預防塌孔事故有很大的作用。導向槽可用木料、條石、灰拌土或混凝土制成。導向槽的凈寬一般等于或略大于防滲墻的設計厚度，高度以l_5～2m為宜。為了維持槽孔的穩定要求導向槽底部高出地下水位0．5m以上。為了防止地表積水倒流和便于自流排漿，其頂部高程應比兩側地面略高。

3．2固壁泥漿和泥漿系統

在松散透水的地層和壩(堰1體內進行造孔成墻，如何維持槽孔孔壁的穩定是防滲墻施工的關鍵技術之一。工程實踐表明，泥漿固壁是解決這類問題的主要方法。泥漿固壁的原理是：由于槽孔內的泥漿壓力要高于地層的水壓力，使泥漿滲入槽壁介質中，其中較細的顆粒進人空隙，較粗的顆粒附在孔壁上，形成泥皮。泥皮對地下水的流動形成阻力，使槽孔內的泥漿與地層被泥皮隔開。泥漿一般具有較大的密度，所產生的側壓力通過泥皮作用在孔壁上，就保證了槽壁的穩定。