浅谈水利工程中柔性防渗墙的设计

孙长海
摘要：本文简要介绍了混凝土柔性防渗墙的工作机理，并根据多年的柔性防渗墙的设计实践经验，探讨了平原地区土坝混凝土的设计及施工原则，以供大家学习参考之用。
关键词：柔性防渗墙土坝耐久性稳定分析
中图分类号： TV543       文献标识码：A           文章编号：
Abstract: this paper briefly introduces the concrete flexible wall working mechanism, and based on many years of flexible wall design practice experience, discusses the modes of the plain area concrete design and construction principle, in for everybody to learn reference.
Keywords: flexible modes of diaphragm wall durability stability analysis
在我国平原地区的水库大多修建于二十世纪五、六十年代，且一般为就地取材的匀质土坝居多，坝高较低。由于当时的经济科技水平有限，没有大型的机械设备，大坝填筑质量普遍较差，有的堤坝基础处理不彻底，甚至没有对基础进行必要的清理，直接在河床上填土筑坝。坝体裂缝、沉陷、坝基渗漏现象十分普遍，汛期高水位时，大坝下游地面极易产生渗水、管涌险情，危及水库安全运行。随着混凝土防渗墙施工新型机械设备的不断出现，在不断的实践中总结出来的各种新型的工艺技术的不断发展和完善，将混凝土防渗墙技术应用于土坝防渗加固，已成为平原区水库大坝防渗加固的一项重要措施。本文介绍了平原地区土坝混凝土防渗墙的设计与施工原则，以供大家学习参考之用。
一、混凝土防渗墙设计方案
根据对平原地区的土坝进行勘探结果分析，平原区均质土坝坝体普遍存在上坝土料选择要求不严格、筑坝土料分区不明显，碾压不充分，填筑质量差的问题。抽样检查结果表明，干密度小于1.5t/m3的土样占数的60%以上，同时坝基相对不透水层或透水系数较小的土层一般埋藏深度5m~20m。据此，防渗墙布置设计方案一般有两种；第一种方案是在坝顶布孔修筑混凝土防渗墙；第二种方案是在大坝上游坝坡坡脚设混凝土防渗墙，上游坝坡铺设复合土工膜方案，两种方案均可达到防渗要求。    第1种方案在坝顶施工，具有施工人员少，不受汛期洪水干扰等优点，但存在防渗墙体较深，施工时易塌孔等缺点，一旦出现问题，补救困难，同时，上游坝坡裂缝、漏水、沉陷等问题得不到解决。    第2种方案避免了坝体塌孔现象的发生，墙体较浅，施工方便，可以保证施工质量及进度，能有效地解决水库上游坝坡质量问题。但是由于防渗墙在大坝上游坡脚施工，需要将水库中的水放空，这样会影响水库效益发挥，且施工易受汛期洪水干扰，渡汛困难，有的部位还需增加施工围堰等临时工程量。    所以在确定混凝土防渗墙设计方案的时候，应该现场的实际情况，大坝除险加固时，选择合适的防渗加固方案。对于放空水库的水有困难，且上游坝坡防护质量较好的大坝，一般采用第1种方案进行防渗加固处埋。对于具有放空条件的水库，一般采用第2种方案进行加固处理。
二、混凝土防渗墙的设计
2.1、混凝土防渗墙设计前应收集的技术资料
大坝或围堰的平面布置图和剖面图；大坝或围堰土层的物理力学指标，渗透系数及允许渗透比降；大坝枢纽工程地质图和剖面图；地下水位及水质分析资料；大坝或围堰上下游不同运行工况的水位资料；大坝所在区域的地震动参数；其它影响坝体设计施工的相关资料。
2.2、混凝土防渗墙的设计深度
混凝土防渗墙的设计深度的确定有两种情况，一是一为新建土石坝坝基地质的情况；二为除险加固土石坝的情况，本文主要对应于后者。而对于除险加固的土石坝工程，防渗墙的深度除地基部分与新建土石坝相同外，还应根据防渗墙布置的轴线情况，加上穿过坝体部分的深度，二项之和为防渗墙的深度。
根据多年的设计和施工经验，混凝土防渗墙底部一般应嵌入相对不透水层厚度在1m左右，顶部嵌入坝体防渗体中。
2.3、混凝土防渗墙墙体厚度的确定
防渗墙的厚度应满足墙体抗渗性、耐久性、满足墙体应力和变形的要求，同时还应考虑到地质情况及施工设备等因素。   由于国内防渗墙设计尚没有成熟的规范可以依据，对于防渗墙的渗透计算和渗透稳定分析、强度、变形计算也没有规范的计算方法和理论。很多情况可以采用类比的方法来确定混凝土防渗墙的墙体厚度，根据己建工程的经验来验证防渗墙的厚度是一种切实可行的方法。这种方法不仅概括了水力梯度，防渗效果，而墙厚等因素均可作相应的类比。   根据已建成的混凝土防渗墙统计，防渗墙允许承受的水力坡降Jp=Jmax/K，可达到100，当K=5时，Jp为60，假定防渗墙承受的最大水头差与坝前水深相同。平原区水库，由于河流水头较低△Hmax一般在10-30m之间居多。计算得： =0.15-0.5m，即可满足要求。   为节约材料，降低成本，平原地区土坝混凝土防渗出墙可以做得薄一些，受造孔机具限制，参考国内工程经验，平原区土坝混凝土防渗墙墙体厚度一般确定为0.20-0.8m之间。
2.4、混凝土防渗墙墙体材料
参考国内外已建防渗墙的经验，一般采用塑性混凝土等柔性材料作为墙体材料。塑性混凝土有很好的抗渗性能，比较低的变形模量，比较大的极限应变值，比较强的适应变形能力等特点。塑性混凝土防渗墙的设计指标为：28d弹性模量800—1000MPa，抗压强度≥2.5MPa，渗透系数<(1-9)×10-8cm/s。
2.5、防渗墙细部构造设计
防渗墙的细部构造设计主要内容是：防渗墙在剖面上与坝体防渗体的连接、防渗墙与在平面上与其它防渗体的连接，防渗墙与岸坡的连接，防渗墙与混凝土建筑物及构筑物的连接，以及防渗墙拐点的节点处理。这些部位是形成集中渗漏通道的关键部位。为了在以后的使用中产生渗流短路效应，必须精心设计，严格施工，确保大坝的防渗安全。
2.6、防渗墙监测仪器布置与设计
混凝土防渗墙是地下隐蔽工程，它的运行状况好坏直接关系着水利枢纽工程的安危，因此，防渗墙布设监测仪器就显得十分重要。这样可以为防渗墙的运行、管理提供科学依据，同时对观测资料进行整理分析后以验证设计成果的正确性。三、混凝土防渗墙的施工
防渗墙是在坝体内连续造孔成槽，以泥浆固壁，在泥浆下浇筑混凝土而建成的。对于一般的小型堤坝工程，可以利用冲击式钻机造孔及两钻一抓法。这两种方法的共同点都是待一期槽孔施工完成后，施工二期槽孔。但是由于后一种方法有施工便利，效率高的优势，目前已经被广泛的应用到各种水利工程中。
当前，在平原地区土坝防渗墙工程施工中也采用液压开槽机连续槽孔法。液压开槽机由开槽机、水下混凝土浇筑机、混凝土搅拌机及清槽砂石泵组成。该法适用于砂壤土、粉土、粘土等地质条件。     防渗墙顶部的桩头处理时应结合桩顶检查一并进行，在回填前查明搭接厚度是否满足设计要求及有无漏桩等情况，如有漏桩则应进行补桩处理。由于一般防渗墙桩头顶部施工质量不是很好，有安全隐患，故应挖除防渗墙桩头顶部并进行回填处理。对于回填土，可以用原土回填，也可以采用粘土或者粉质粘土进行回填，但要注意的是，在回填土中不应含有碎石和杂物。
四、混凝土防渗墙施工中应注意的问题
防渗墙施工过程中，造孔质量是保证防渗墙质量的首要环节。同时，在防渗墙施工过程中，造孔时间占总工期的2/3以上，是制约工期的关键环节。施工中应采取措施预防偏孔，孔斜控制在允许范围之内。    开槽的连续性和混凝土浇筑的及时性是保证混凝土防渗墙施工质量和速度的关键所在，在施工的过程中，还应该把泥浆护壁作为一个重要的施工环节对待。因为泥浆护壁是防止出现塌孔的一个很好的措施，若忽视了这个环节，一旦产生塌孔现象，不仅将导致施工中断，影响施工进度，而且还将花费很大的精力对塌孔进行处理，这个难度比较大，因此，必须严格按规程操作各工序，控制进度。
四、结束语　　实践证明，混凝土防渗墙技术应用于对平原地区大坝工程除险加固，可以有效解决坝体、坝基渗漏问题，而且具有施工速度快，工程造价低，防渗效果好，可靠性高等特点，是水库大坝防渗加固较好的措施。随着混凝土防渗墙技术的迅速发展，新材料新工艺不断被应用到实际工程中去，施工机械设备的不断创新和完善，经济效益的不断提高，其用途将日益广泛。
【参考文献】
[1]《水利工程勘察设计与施工关键技术17例》顾辉等，
[2] 《水利工程勘察设计项目经理实用指南》周建平等，中国电力出版社
[3] 《水利水电专业毕业设计指南》索丽生等，中国水利水电出版社