水利工程之防滲墻施工技術(shù)

1、水利工程之防滲墻施工技術(shù)隨著我國水利水電和整個國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，防滲墻技術(shù)不斷向深度、難度和廣度發(fā)展， 取得新的進(jìn)展。但由于該項(xiàng)技術(shù)的特殊性及其適應(yīng)的局限性，仍然存在一些工程問題。1 我國水利水電工程的現(xiàn)狀我國水利水電樞紐工程數(shù)量繁多，分布廣，壩型多樣化，在防洪減災(zāi)的同時也為生產(chǎn)和生活提供水源。然而，隨著許多水利工程的漸久，都在不同程度上存在一些病險問題：滲透破壞、滑坡、開裂和沒治等等，其中以滲透破壞最為常見。滲透破壞主要表現(xiàn)在以下幾方面。1）堤身物質(zhì)組成的不均勻性和填筑密實(shí)度的不均勻性造成的，如部分堤段堤身壤土為粉細(xì)砂、砂壤土或存在孔洞、裂縫等。2）筑堤時未清基，堤身堤基接觸帶物質(zhì)較混雜，

2、存在透水性較強(qiáng)的砂層、砂土層，導(dǎo)致壩基滲漏、滲透破壞等。文章結(jié)合個人工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以防滲墻為主， 探討水利防滲加固施工技術(shù)，提高我國水利事業(yè)發(fā)展水平。2 防滲墻的作用與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(xù)墻。由于結(jié)構(gòu)可靠、防滲效果好、適應(yīng)各類地層條件、施工簡便以及造價低等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外水利工程中得到廣泛的應(yīng)用。1）防滲墻是一種防滲結(jié)構(gòu)，但是它的作用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了防滲的范圍，可用來解決防滲、防沖、加固、承重及地下截流等水利工程問題。具體的運(yùn)用主要有以下幾點(diǎn)：防止控制閘、壩基礎(chǔ)的滲流；防止控制土石圍堰及其基礎(chǔ)的滲流；防止泄水建筑物下游基礎(chǔ)的沖刷；加固一些有病害

3、的土石壩及堤防工程；作為一般建筑物基礎(chǔ)的承重結(jié)構(gòu)，起到承重作用；欄截地下潛流，抬高地下水位，形成地下水庫。2）防滲墻的類型較多，但從其構(gòu)造特點(diǎn)來說，主要是兩類：槽孔（扳）型防滲墻和樁柱型防滲墻，槽孔（扳）型防滲墻是我國水利水電工程中混凝土防滲墻的主要型式。3）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(shí)現(xiàn)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。4）對于高水頭的壩體或重要的圍堰，有時設(shè)置兩道防滲墻一共同作用，按一定比例分擔(dān)水頭。這時應(yīng)注意水頭的合理分配，避免造成單道墻承受

4、水頭過大而破壞，這對另一道墻也是很危險的。5）防滲墻的厚度主要由防滲要求、抗?jié)B耐久性、墻體的應(yīng)力與強(qiáng)度及施工設(shè)備等因素確定。其中防滲墻的耐久性是指抵抗?jié)B流侵蝕和化學(xué)溶蝕的眭能，這兩種破壞作用均與水力梯度有關(guān)。目前，防滲墻厚度 d（m）主要是根據(jù)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(shù)。6）不同的墻體材料具有不同的抗?jié)B耐久性，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 80100，而塑眭混凝土因?yàn)槠淇够瘜W(xué)溶蝕性能較好，Jmax可達(dá) 300，J。一般在

5、 5060。3 防滲墻的墻體材料水利工程防滲墻在墻體材料的選擇，按其抗壓強(qiáng)度和彈性模量，一般分為剛性材料和柔性材料。 可根據(jù)水利工程性質(zhì)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)等客觀因素比較后，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(qiáng)度大于 5 MPa；彈性生模量大于 10?000 MPa。柔性材料的抗壓強(qiáng)度則小于 5 MPa，彈性模量小于 10?000 MP。，包括塑陛混凝土、自凝灰漿和固化灰漿等。 另外，現(xiàn)在有些工程開始使用強(qiáng)度大于 25 MPa 的高強(qiáng)混凝土， 以適應(yīng)高壩深基礎(chǔ)對防滲墻的技術(shù)要求。 當(dāng)前防滲墻在墻體材料上主要有以下幾種：普通混凝土；黏土混凝土；粉煤灰混凝土

6、；塑性混凝土；自凝灰漿；固化灰漿。4 水利工程防滲墻的類型和主要特點(diǎn)不同的水利工程對防滲墻有不同的要求，成墻工藝上也有所不同。4.1 多頭深層攪拌成墻技術(shù)這種技術(shù)是多頭深層攪拌樁機(jī)一次多頭鉆進(jìn)，把水泥漿噴入土體并攪拌，使土體與水泥漿液混合凝固成一組水泥土樁，樁與樁搭接形成水泥土防滲墻，目前最大成墻深度為22 m，水泥土滲透系數(shù) 0.3MPa。多頭深層攪拌成墻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于施工簡便、無泥漿污染、造價較低，適用于粘土、砂土、淤泥和砂礫層。多頭深層攪拌水泥土防滲墻防滲效果明顯，防滲質(zhì)量可靠，投資最經(jīng)濟(jì)、最有效，具有一定發(fā)展前景。4.2 鋸槽法成墻技術(shù)鋸槽法成墻技術(shù)： 在先導(dǎo)孔中鋸槽機(jī)的刀桿以一定的傾

7、角一邊作上下往復(fù)切割運(yùn)動， 一邊以 0.8 m/h1.5 m/h 的速度（根據(jù)地層狀況）向前移動開槽；被鋸切割下來的土體可由反循環(huán)或正循環(huán)方式的排渣系統(tǒng)排出槽外，并采用泥漿護(hù)壁。澆筑塑性混凝土，形成寬度為0.2m0.3 m 的防滲墻體。鋸槽機(jī)由行走底盤、動力及傳動系統(tǒng)、刀桿及支架加壓系統(tǒng)、排渣系統(tǒng)、起重設(shè)施及電氣控制系統(tǒng)組成；傳動方式有機(jī)械式與液壓式兩種。以不同規(guī)格的刀桿進(jìn)行組合，槽寬，可達(dá)0.2 m0.5 m，深度可達(dá) 40 m。優(yōu)點(diǎn)：連續(xù)成槽、 工效高、墻體連續(xù)、質(zhì)量好，且成墻深，適應(yīng)于粘土、砂土和卵石粒徑小于100 mm 的砂礫石地層；還可以采用自凝灰漿、 固化灰漿形成不同強(qiáng)度和抗?jié)B指標(biāo)

8、的防滲墻。4.3 鏈斗法成墻技術(shù)鏈斗法成墻技術(shù)即是由鏈斗式開槽機(jī)排樁上的旋轉(zhuǎn)鏈斗取土，同時將斜放的排樁下放到成墻深度，開槽機(jī)前進(jìn)開挖溝槽， 并采用泥漿護(hù)壁，其澆筑混凝土方法類似鋸槽法。鏈斗式開槽機(jī)的開槽寬度為16 cm50 cm，深度可達(dá) 10 m15 m。適應(yīng)于粘土、砂土和粒徑小于槽厚的、含量小于30%的砂礫石地層。4.4 薄型抓斗成墻技術(shù)薄型抓斗成墻技術(shù)即是： 采用斗寬為 0.3 m 的薄型抓斗挖土開槽，泥漿護(hù)壁，澆筑塑性混凝土或用自凝灰漿形成薄壁防滲墻，最大成墻深度可達(dá) 40 m。適用于粘土、砂土及卵石和砂礫的含量與粒徑在一定范圍內(nèi)的土層。4.5 射水法成墻技術(shù)射水法成墻技術(shù)的設(shè)備主要由

9、造孔機(jī)、混凝土攪拌機(jī)和澆筑機(jī)組成。其技術(shù)即是利用造孔機(jī)成型器內(nèi)的噴嘴，射出高速水流來切割土層，成型器上下運(yùn)動切割修整孔壁，采用泥漿護(hù)壁，正循環(huán)或反循環(huán)出渣。槽孔形成后，澆筑水下混凝土或塑性混凝土， 形成薄壁防滲墻。成墻厚度為 0.22 m0.45 m，深度可達(dá) 30 m。成墻垂直精度可達(dá)1/300，適應(yīng)于粘土、砂土和粒徑小于100 mm 的砂礫石地層。5 槽孔（板）型防滲墻的施工工藝雖然在應(yīng)用范圍、 構(gòu)造形式和墻體材料等方面存在各種類型的防滲墻，但是因?yàn)榉罎B墻在施工程序與工藝上有些類似， 所以文章主要簡單介紹槽孔（板）型的防滲墻的施工工藝。槽孔（板）型的防滲墻是由一段段槽孔套接而成的地下墻，

10、施工工藝主要包括： 造孔前的準(zhǔn)備工作；泥漿固壁與造孔成槽；終孔驗(yàn)收與清孔換漿；槽孔澆筑；全墻質(zhì)量驗(yàn)收等過程。根據(jù)施工圖的要求，結(jié)合實(shí)際情況，相對以往的沖擊鉆造孔， 在垂直度、材料能源以及施工速度方面明顯落后于液壓抓斗， 特別是對于地基不良的地形， 沖擊鉆造孔易塌孔及造孔傾斜等毛病及其他弱點(diǎn)暴露無疑，采用的 BH7 與 BH12在以上幾個方面將遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于沖擊鉆； 另外，處理基巖的能力更強(qiáng)， BH7 與 BH12的抓斗斗體自重達(dá)11 t，它們能直接沖擊處理硬度在16 KPa以內(nèi)的巖石。所以“液壓抓斗直接成槽法”得到了廣泛應(yīng)用，同時槽段連續(xù)采用反弧形接頭管法，抓斗清渣清孔法、CMC 泥漿固壁，下導(dǎo)管澆

11、筑砼。1）造孔前的準(zhǔn)備工作是防滲墻施工的一個重要環(huán)節(jié)。首先根據(jù)防滲墻的設(shè)計(jì)要求和槽孔長度劃分，做好槽孔的測量定位工作，并在此基礎(chǔ)上，設(shè)置導(dǎo)向槽。導(dǎo)向槽沿防滲墻軸線設(shè)在槽孔上方，用于控制造孔的方向，支撐上部孔壁。它對于保證造孔質(zhì)量， 預(yù)防塌孔事故。導(dǎo)向槽的凈寬一般等于或略大于防滲墻的設(shè)計(jì)厚度，高度以l.5 m2m 為宜。為了維持槽孔的穩(wěn)定要求導(dǎo)向槽底部高出地下水位0.5 m 以上。同時為了防止地表積水倒流和便于自流排漿，其頂部高程應(yīng)比兩側(cè)地面略高。2）成槽方法主要采用液壓抓斗直接抓取施工，第一期槽孔采用反弧形結(jié)頭管， 第二期槽孔采用刷壁清刷接頭處泥皮雜物，抓斗直接抓取沉渣清孔。在造孔前，須用10 cm 方木支撐于導(dǎo)墻內(nèi)，防止導(dǎo)墻坍塌。基礎(chǔ)與導(dǎo)墻后回填土應(yīng)分層夯實(shí)。為分散壩面的施工荷載，避免壩體受力集中，出現(xiàn)漏漿、塌槽等事故，采取分層推移建槽施工方法。每段槽孔施工劃分為一序和二序，施工順序?yàn)椋合纫恍?，后二序。循環(huán)施工，直至完成全部槽段。3）固壁泥漿和泥漿系統(tǒng)：在松散透水的地層和壩（堰）體內(nèi)進(jìn)行造孔成墻，如何維持槽孔孔壁的穩(wěn)定是防滲墻施工的關(guān)鍵技術(shù)之一。泥漿固壁是解決這類問題的主要方法。泥漿固壁原理： 由于槽孔內(nèi)的泥漿壓力要高于地層的水壓力， 使泥漿滲入槽壁介質(zhì)中， 其中較細(xì)的顆粒進(jìn)人空隙， 較粗的顆粒附在孔壁上，形成泥皮。 泥皮對