关于防渗墙的基本认识及其布置和应用

关于防渗墙的基本认识及其布置和应用摘要：防渗墙在垂直防渗中，可较彻底地截断渗透水流，在实际运用中更为广泛。本文在对防渗墙基本认识进行总结的基础上，结合实际工程应用案例，对防渗墙的工程布置和应用进行研究。关键词：防渗墙基本认识工程应用工程布置一、防渗墙防渗墙是广泛应用于土石坝、混凝土闸坝地基、土石围堰的堰体和地基、险坝加固的防渗措施。适用于坝基中砂砾层厚度较大（15~60m）、地下水位较高、渗透系数较大（200m/d以上），地层组成复杂、易透水层与不易透水层交替出现及对防渗要求较高地段。当地基含有较多卵石、巨砾和孤石时，采用其他防渗措施比较困难，采用防渗墙虽进尺较慢，但技术上仍可行。防渗墙深部施工难度大，对防渗要求严格的工程，可采用深部灌浆，上部用防渗墙的综合处理措施。采用泥浆固壁，在砂砾覆盖层中抽槽后回填防渗料（主要为混凝土）形成的防渗墙，结构可靠、防渗效果好，能适应各种不同的地层条件，施工是几乎不受地下水位的影响，成墙深度大，又可以在距已有建筑物十分临近的地方施工，施工速度比较快。当回填钢筋混凝土是，可同时起防渗、承重和档土等作用。二、防渗墙的分类及各自的优缺点和适用范围防渗墙根据使用材料可以分为：混凝土防渗墙、沥青砂浆防渗墙、自凝灰浆防渗墙、固化灰浆防渗墙、黏土块防渗墙等。混凝土防渗墙结构可靠、防渗效果好、不受地下水位的影响，且挡水水头高，但是须采用专门施工机械，进度较慢，成本较高。适用于各种土层及风化岩层，对防渗要求较高部位。沥青砂浆防渗墙的防渗效果好，抗侵蚀性强，适应地基变形能力强，自愈能力强，但挡水水头较低，施工技术及设备较复杂。适用于各种土层的浅层防渗。自凝灰浆防渗墙不须另行填筑防渗材料，成本低，适应地基变形能力强，但其强度较低，需采用快速成槽机械施工，要求造孔速度快，适用于含小颗粒的砂砾地基。固化灰浆防渗墙的成本较低，适应地基变形能力强，但其强度较低，性质不均一，且挡水水头也较低，适用于浅层防渗。黏土块防渗墙不需要专门浇筑或填筑设备，成本低，柔性好，能就地取材，但强度低，需要一定的固结时间，不宜在施工期地下水位一下部位使用，适用于地基结构密实，无架空渗漏区，施工期易为地下水位以上部分。三、防渗墙的工程布置防渗工程布置应综合考虑结构布置及施工布置要求。应遵循的基本原则是:满足上部建筑物施工及运行要求，能与建筑物防渗结构形成完整防渗系统，能满足上部建筑物结构应力、稳定（边坡稳定及渗透稳定）及变位要求。两岸防渗，原则上应接到地下水位或相对不透水层。防渗墙平面布置形式有直线布置、斜交布置、凸向上游的弧形布置三种。1.直线布置防渗墙轴线与两岸齿墙及灌浆帷幕布置在一条直线上。这种布置方式防渗处理工程量最省、施工最方便、接头较简单。2.斜交布置防渗墙轴线与两岸齿墙及灌浆帷幕线不在一条直线上，而是超前一段距离，用斜段连接起来。有时为了避开施工中遇到特大孤石造成的成孔困难，采取防渗轴线局部超前或后移，两端用斜段与主线连接。3.凸向上游的弧形布置这种布置形式在防渗墙受水压力作用后，有利于压紧各单元墙体间的接缝，提高防渗性。曲度较大弧形起拱作用，从而改善墙体受力情况。对狭窄河谷中的、承受水头较高的坝，这种布置优点突出。防渗墙在坝体中的布置主要根据坝型而定，以便与防渗结构形成完整防渗系统。将防渗墙布置在上游坝踵斜墙或铺盖下，可以减少坝体土压力摩擦力引起的附加应力，并可减少施工干扰；防渗墙可以与主坝填土同时进行，有利于分阶段施工。对于复杂的砂砾地基，采用这种布置有利于选择比坝轴线更为有利的地形、地质条件修建防渗墙。必要时，放空水库对防渗墙进行检查和补充处理也比较方便。工作期间防渗墙体内的压应力、剪应力较心墙下布置要小，但拉应力较大，必须确保顶部插入坝体防渗体内的长度和质量。高坝的防渗墙多布置于心墙之下。心墙式坝的防渗体与岸坡接头较容易处理，防渗墙顶部与心墙接触面存在较高压力，有利于紧密接触，防渗效果较可靠，坝壳可采用强度较高的透水料填筑，边坡较陡，节省工程量。防渗墙置于坝的中部，可减少施工期间的水平位移。肯德朗土坝采用心墙内铺盖防渗，将防渗墙布置在内铺盖下，以减少施工干扰。当由于不均匀沉降引起的垂直向压力太大时，为了减少作用在防渗墙上的荷载强度，可布置双排防渗墙；为了使两道强能形成整体受力，往往在两道强中加水泥灌浆帷幕；双墙间距宜为2~4m，小间距有利于联合受力；太近又使两墙间土体太薄，造孔时易塌孔。悬挂式防渗墙只宜用在坝不高、覆盖层又深条件下，或深层地基存在相对透水性较小的夹层或底部透水性比上部小的情况下。这种防渗墙一般布置在上游，以增加渗径和利用上游细颗粒的淤积和闭塞作用，以减少渗流量和降低溢出梯度。拦河闸的防渗墙一般布置在闸前沿20m左右的铺盖下面，有利于减少闸体所承受的扬应力。若当地缺少合适的防渗土料，而采用当地丰富的砂砾料填筑坝体时，采用自坝顶中部造防渗墙，作为坝体及砂砾地基防渗系统。若坝体较高，为改善墙体受力情况，可自坝体某一高程造墙，以上采用现浇混凝土墙，与造孔防渗墙铰接相连。加固已建成各类型土坝的防渗墙一般布置在坝轴线附近，自坝顶开始形成墙体。四、防渗墙的工程应用1.我国铜街子水电站坝区左重力式挡水墙地基深槽覆盖层为透水性强的冲积漂卵石夹砂、洪积块碎石卵石层，采用由两道混凝土防渗墙和五道横隔墙组成的框架式双墙，并在其顶部用整体式框架联成半整体式空间结构，并同时满足承重、防止粉细砂液化和防渗要求。防渗墙与深槽两侧的帷幕灌浆形成一道完整的防渗系统。2.黄河小浪底工程拦河坝为内铺盖壤土斜心墙堆石坝，最大坝高154m。为解决坝基河床覆盖层的渗漏问题，在心墙下设混凝土防渗墙。防渗墙轴线长464.03m防渗面积约21174m2,其中桩号DGD+246.4m--DGD+653.8m为水下浇筑的槽孔式防渗墙，防渗面积15950m2，两岸为开挖至基岩露天浇筑的混凝土防渗墙。小浪底水利枢纽防渗墙是我国目前最深的防渗墙。防渗墙轴线处地址情况复杂，覆盖层深厚，最深处达80多m。自上而下大致分为4层：表砂层、上部砂卵石层、底砂层和底部砂卵石层。在上部砂卵石层中分布有厚约1m—4m的夹砂层透镜体；底砂层位于高程80—100m之间，厚度10—20m。河床基岩为二迭系的粘土岩和三迭系的砂岩。河床深槽右侧有高约45m的基岩陡坎，岩坎坡度约1:0.6。防渗墙设计厚度1.2m，墙体嵌入基岩1--4m,墙顶设计高程分别为126m、130m和138m，在126m高程以上的墙内设置钢筋笼。墙段之间采用钻凿法连接。接头处孔斜率要求不大于0.2%，其余部位孔斜率不大于0.4%。由于小浪底水利枢纽主坝防渗墙深度较大，地层复杂，墙体较厚，混凝土标号较高，被视为枢纽工程的四大难题之一，它的建成标志着我国防渗墙施工技术又上了一个新台阶。3.长江三峡水利枢纽工程二期土石围堰断面采用两侧石渣夹风化砂堰体垂直防渗结构型式。其中其中上游围堰全长1439.60m，堰顶高程88.50m，最大高度82.50m，防渗墙4.22万m2墙顶高程86.20m，帷幕灌浆7789m，土工膜3.73万m2，抗冲4.39m2。围堰地基地质条件复杂，表面为厚5—10m，的粉细砂层，影响围堰地基的大渗透稳定性。原河幔滩残积冲积层内有花岗岩石质的块球体，基岩全强风化层中也有包裹着的块球体，块径一般1~3m，最大5~7m，石质坚硬完整，饱和抗压强度达100MPa。基岩为闪云斜长花岗岩，弱风化岩体坚硬。河床左侧基岩面有倾向河心和下游、倾角大于70度的双向陡坡陡坎，上下高差近30m。这些条件对防渗墙施工极为不利。堰体防渗结构为塑性混凝土防渗墙上接土工合成材料，墙下透水岩体采取帷幕灌浆处理。上游围堰深槽段162m采用双排防渗墙，两墙中心间距6m，最大深度73.5m，墙厚1.0m、0.8m，嵌入岩石深度0.5m~1.0m。三峡二期上游围堰防渗墙，工程规模大、施工强度高、技术难点多，其综合技术难度在国内外都是很少见的，其成功实践，是我国混凝土防渗墙建设史上的里程碑，标志着我国的混凝土防渗墙施工技术已经跃入国际先进水平。五、结论通过对防渗墙的基本认识，从工程实例中我们了解到防渗墙的重要性，对于地基含有较多卵石、巨砾和孤石时，采用其他防渗措施比较困难，采用防渗墙虽进尺较慢，但技术上仍可行。防渗墙深部施工难度大，对防渗要求严格的工程，可采用深部灌浆，上部用防渗墙的综合处理措施，并且在实际中我们已经验证了在地质条件复杂对防渗影响较大的地基处，采用防渗墙防渗是可行的，并能够很好达到防渗要求。在我国防渗墙施工技术已达到先进水平，并且在很多工程中得到广泛运用。