水利工程中防渗墙技术思索

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防渗墙是一种修建在松散透水地层或土石坝(堰)中起防渗作用的地下连续墙。防渗墙技术在20世纪5O年代起源于欧洲，因其结构可靠、防渗效果好、适应各类地层条件、施工简便以及造价低等优点，在国内外得到广泛的应用。近年来防渗墙已成为我国承利水电工程覆盖层及土石围堰防渗处理的首选方案。

1防渗墙的作用与结构特点

防渗墙是一种防渗结构，但其实际的应用已远远超越了防渗的范围，可用来解决防渗、防冲、加固、承重及地下截流等工程问题。具体的运用主要有如下几个方面：(1)控制闸、坝基础的渗流。(21控制土石围堰及其基础的渗流。(3)防止泄水建筑物下游基础的冲刷。(4)力Ⅱ同一些有病害的土石坝及堤防工程。f5)作为-~kJi建筑物基础的承重结构。(6)j兰截地下潜流，抬高地下水位，形成地下水库。防渗墙的类型较多，但从其构造特点来说，主要是两类：槽孔舨)型防渗墙和桩柱型防渗墙，前者是我国水利承电工程中混凝土防渗墙的主要型式。防渗墙系垂直防渗措施，其立面布置有两种型式：封闭式与悬挂式。封闭式防渗墙是指墙体插到基岩或相对不透水层一定深度，以实现全面截断渗流的目的。而悬挂式防渗墙，墙体只深入地层一定深度，仅能加长渗径而无法完全封闭渗流。

对于高水头的坝体或重要的围堰，有时设置两道防渗墙一共同作用，按一定比例分担水头。这时应注意水头的合理分配，避免造成单道墙承受水头过大而破坏，这对另一道墙也是很危险的。防渗墙的厚度主要由防渗要求、抗渗耐久性、墙体的应力与强度及施工设备等因素确定。其中．防渗墙的耐久性是指抵抗渗流侵蚀和化学溶蚀的．眭能，这两种破坏作用均与水力梯度有关。目前，防渗墙厚度dfm)主要是根据水力梯度考虑确定的，即d=H／J。J。=Jmax／K式中：H为防渗墙的工作水头；J。为防渗墙的允许水力梯度；Jmax为防渗墙破坏时的最大水力梯度；K为安全系数。不同的墙体材料具有不同的抗渗耐久陛，其允许水力梯度值J。值也就不同。如普通混凝土防渗墙的J。一般在80-100，而塑眭混凝土因为其抗化学溶蚀性能较好，Jmax可达300，Jc一般在50-60。

2防渗墙的墙体材料

防渗墙的墙体材料，按其抗压强度和弹性模量，一般分为刚性材料和柔性材料。可根据工程眭质和技术经济比较后，选择合适的墙体材料。刚性材料包括普通混凝土、黏土混凝土和掺粉煤灰混凝土等，其抗压强度大于5MPa；弹『生模量大于IO000MPa。柔性材料的抗压强度则小于5MPa，弹I生模量小于IO000MP。，包括塑陛混凝土、自凝灰浆和固化灰浆等。另外，现在有些工程开始使用强度大于25MPa的高强混凝土，以适应高坝深基础对防渗墙的技术要求。

(1)普通混凝土

普通混凝土是指其强度存7．5~20MPa，不加其他掺和料的高流动性混凝土。由于防渗墙的混凝土是在泥浆下浇筑做要求混凝土能在白重下自行流动，并有抗离析与保持水分的性能，其坍落度一般为18—22em，扩散度为34,-,38em。

(2)黏土混凝土

在混凝土中掺人一定量的黏土(一般为总量的12％一2O％1，不仅可以节省水泥，还可以降低混凝土的弹性模量，改变其变形性能，增加其和易性，改善其易堵l生。黏土混凝土的强度在IOMPa左右．抗渗陛相对普通混凝土要差。

(3)粉煤灰混凝土

在混凝土中掺加一定比例的粉煤灰，能够改善混凝土的和易性，降低混凝土发热量，提高混凝士的密实性和抗侵蚀l生，并具有较高的后期强度。这对于防渗墙的施工和运行都是十分有利的。

(4)塑性混凝土以黏土和f或)膨澜土取代普通混凝土中的大部分水泥所形成的一种柔性墙体材料。其抗压强度不高，一般为0．5～2MPa，弹性模量为100-500MPa。塑性混凝土与黏土混凝土有着本质的区别，因为后者的水泥用量降低并不多，掺黏土的主要目的是改善和易眭，并束过多改变弹性模量。墙体适应变形的能力太大提高，几乎不产生拉应力，减少了墙体出现开裂现象的可能性。我国1990年首次在福建水口水电站的主围堰中成功运Hj塑性混凝土，其后在其他水电工程建设中迅速普及，十三陵抽蓄电站、／j、浪底工程、三峡工程等围堰防渗墙的墙体材料均采用了塑性混凝土。(5)自凝灰浆是在固壁浆液(以膨润土为主1中加入水泥和缓凝剂所制成的一种灰浆。凝固前作为造孑L用的固壁泥浆，槽孔造成后则自行凝固成墙。自凝灰浆是1969年由法国地基公司首先采用。自凝灰浆每立方固化体需水泥200～300kg，膨润土30,-60kg，水850kg，采用糖蜜或本质素磺酸盐类材料作为缓凝剂。其强度在0．2—0．4MPa，变形模量40～300MPa，与土层和砂砾石层比较接近，可以很好地适应墙后介质的变形，墙身不易开裂。由于自凝灰浆减少了墙身的浇筑工序，简化了施工程序，使建造速度加快、成本降低，在水头不大的堤坝基础及围堰工程中使用较多。(6)固化灰浆在槽段造孑L完成后，向固壁的泥浆中加入水泥等固化材料，砂子、粉煤灰等掺和料，水玻璃等外加剂，经机械搅拌或压缩空气搅拌后，凝固成墙体。其强度在0．5MPa左右，弹胜模量IOOMPa，一般能够满足中低水头对抗渗的要求。以固化灰浆作墙体材料，可省去导管法混凝土浇筑工序，提高造接头孔工效，减少泥浆废弃，使劳动强度减轻，施工进度加快。在四川铜街子、汉江王甫洲等水电工程中，应用了此种方法。

3施工工艺

槽孔皈例的防渗墙，是由一段段槽孑L套接而成的地下墙。尽管在应用范围、构造形式和墙体材料等方面存在各种类型的防渗墙，但其施工程序与工艺是类似的，主要包括：①造孔前的准备工作；②泥浆固壁与造孔成槽；③终孔验收与清孑L换浆；④槽孑L浇筑；⑤全墙质量验收等过程。3．1造孔准备造孔前的准备工作是防渗墙施工的一个重要环节。必须根据防渗墙的设计要求和槽孔长度的划分，做好槽孔的测量定位工作，并在此基础上，设置导向槽。导向槽沿防渗墙轴线设在槽孑L上方，用于控制造孑L的方向，支撑上音阿L壁。它对于保证造孔质量，预防塌孔事故有很大的作用。导向槽可用木料、条石、灰拌土或混凝土制成。导向槽的净宽一般等于或略大于防渗墙的设计厚度，高度以l_5～2m为宜。为了维持槽孔的稳定要求导向槽底部高出地下水位0．5m以上。为了防止地表积水倒流和便于自流排浆，其顶部高程应比两侧地面略高。

3．2固壁泥浆和泥浆系统

在松散透水的地层和坝(堰1体内进行造孔成墙，如何维持槽孔孔壁的稳定是防渗墙施工的关键技术之一。工程实践表明，泥浆固壁是解决这类问题的主要方法。泥浆固壁的原理是：由于槽孔内的泥浆压力要高于地层的水压力，使泥浆渗入槽壁介质中，其中较细的颗粒进人空隙，较粗的颗粒附在孔壁上，形成泥皮。泥皮对地下水的流动形成阻力，使槽孔内的泥浆与地层被泥皮隔开。泥浆一般具有较大的密度，所产生的侧压力通过泥皮作用在孔壁上，就保证了槽壁的稳定。