基于水利工程混凝土防渗墙的发展与应用

康文涛，张 恒

(1. 密山市青年水库管理处 黑龙江 密山158306;2. 黑龙江省水利科学研究院，哈尔滨150080)

0 前 言

水利工程混凝土防渗墙技术起源于20 世纪50年代初期的西方国家。1958年我国在湖北明山水库、山东青岛月子口水库预制连锁管柱桩防渗墙。1959年北京密云水库槽孔型混凝土防渗墙建造成功。1967年四川龚嘴水电站。首次将防渗墙用作大型土石围堰的防渗设施。20 世纪80年代初，葛洲坝水利枢纽大江围堰防渗墙首次液压抓斗、拔管法防渗墙接头。1986年四川铜街子水电站左深槽承重防渗墙和围堰固化灰浆防渗墙建成。1990年福建水口水电站主围堰塑性混凝土建成。此后山西册田水库、北京十三陵水库、河南省小浪底水利枢纽上游围堰防渗墙、长江三峡大江围堰防渗墙等都采用了塑性混凝土。1997年四川冶勒水电站完成了101 m深槽试验施工。之后，冶勒防渗墙分上下两段施工，全深140 m，廊道内施工的下截防渗墙最大深度84.85 m。1998年黄河小浪底主坝防渗墙完成，是我国当时最深的、墙体材料强度最高的混凝土防渗墙。当年11月长江三峡二期围堰防渗墙建成，标志我国混凝土防渗墙施工技术达到国际领先水平。2002年润扬长江大桥采用水工混凝土防渗墙技术建造悬索桥锚碇成功，树立起我国桥梁建设的新标杆。之后又有多座桥梁采用该法施工。2005年金沙江向家坝水电站纵向围堰防渗墙工程量近5.2 万m3，创造了月成墙23 820 m3/月的施工纪录。2006年南水北调穿黄隧洞引导井施工，地连墙深76.7 m。四川狮子坪水电站混凝土防渗墙施工创101.8 m最深记录。2008年四川泸定水电站大坝防渗墙完成槽孔深113 m，墙段接头拔管深113 m，最深槽孔154 m。2010年西藏旁多水利枢纽大坝防渗墙完成最深槽孔158 m，拔管深158 m，为当今世界最深记录。

1 混凝土防渗墙的发展趋势

1.1 墙的规模

防渗墙的应用会越来越广，深度和厚度将越来越大，但薄墙的应用也会日益增多。

1.2 造孔机械和方法

造孔机械将向大型化、现代化、多样化发展。施工方法向高度机械化、自动化发展。但冲击钻也不会淘汰。国产机械要迎头赶上。

1.3 护壁泥浆

膨润土泥浆应用将推广普及。新型环保泥浆会逐渐投入应用。

1.4 墙体材料

高强混凝土、塑性混凝土、灰浆材料应用将更为广泛。

1.5 墙段连接

拔管接头、止水接头将更多应用。

2 混凝土防渗墙施工

2.1 施工准备

施工准备的主要内容包括8个方面:

1) 收集研究设计文件、图纸、资料和技术标准。

2) 编制施工组织设计和施工细则。

3) 施工场地准备( 三通一平等) 。

4) 设置防渗墙中心线定位点、水准基点和导墙沉陷观测点。

5) 修建导墙、施工平台、泥浆系统、混凝土系统等辅助设施。

6) 进行墙体材料和泥浆的试验，确定原材料和施工配合比。

7) 进行补充地质勘探。

8) 防渗墙中心线上有裸露的或已探明的大孤石时，在修建导墙和施工平台之前予以清除或爆破。常见的导墙形式见图1。

图1 各种导墙形式示意图

2.2 护壁泥浆

2.2.1 泥浆的主要作用

泥浆的作用主要有4个方面:

1) 防止槽壁坍塌:泥浆渗透到地层中在槽壁表面形成泥皮，泥浆压力通过泥皮作用，抵抗地层的土压力和水压力，防止地下水渗入槽内。

2) 防止渗漏: 防止槽孔内泥浆漏失，使施工能顺利进行。施工完成后，槽孔两侧的泥皮、泥浆渗入带和防渗墙共同起防渗作用。

3) 悬浮和携带钻渣。

4) 冷却钻具，防止和减少钻头磨损。

2.2.2 对泥浆性质的要求

对泥浆性质的要求有6个方面:

1) 良好的物理和化学稳定性。

2) 适当的密度。

3) 适当的黏度。

4) 良好的流变性。

5) 较低的滤失性。

6) 较低的含砂量。黏土泥浆及膨润土泥浆的性能指标要求见表1，表2。

表1 黏土泥浆性能指标一览表

表2 膨润土泥浆性能指标一览表

2.3 槽孔建造

1) 造孔方法一般有4 种，即: 钻劈法、钻抓法、抓掘法、铣削法。

2) 主要的造孔机械有:冲击式钻机、抓斗挖槽机、液压铣槽机、其他造孔机械。

2.4 墙体混凝土施工

墙体混凝土施工要求有4个:

1) 满足防渗墙混凝土的性能要求。

2) 使用塑性混凝土。

3) 使用自凝灰浆与固化灰浆。

4) 满足泥浆下混凝土浇筑的要求。防渗墙体材料的种类与性能见表3。

表3 防渗墙体材料的种类与性能一览表

3 混凝土防渗墙特点

混凝土防渗墙具有6个特点:

1) 墙体的结构尺寸、墙体材料的渗透和力学性能可根据工程要求和地层条件进行设计和控制。

2) 几乎可适应于各种地质条件，从松软的淤泥到密实的砂卵石、甚至漂石和岩层中，虽然施工有难易之分，但都可建成防渗墙。

3) 用途广泛，既可防渗，又可防冲刷、挡土、承重; 既可用于大型深基础工程，也可用于小型的基础工程; 既可作为临时建筑物，也可作为永久建筑物。

4) 与其它防渗措施相比，防渗效率较高，耐久性好。

5) 施工方法成熟，检测手段简单直观，工程质量可靠。

6) 一般说来，施工要借助于大型的施工机械，槽孔要求泥浆护壁，工艺环节较多，施工场地需要面积较大。工期较长，造价较高。

4 结 语

1) 目前我国尚处于发展阶段，混凝土防渗墙作为水上建筑物的大型临时工程，其应用和发展前途广阔。

2) 防渗技术是深水围堰施工的关键技术。围堰采用何种防渗墙形式应根据堰体堰基地层条件和工程要求确定。

3) 我国的深水土石围堰混凝土防渗墙施工技术总体上已达到国际领先水平，但大型的施工机械相对发达国家仍然落后。

［1］高钟璞. 大坝基础防渗墙［M］. 北京:中国电力出版社，2000.

［2］夏可风. 水利水电工程施工手册［S］. 北京:中国电力出版社，2004.

［3］丛霭森. 地下连续墙的设计施工与应用［M］. 北京: 中国水利水电出版社，2001.