防渗墙与软基处理(y)

防渗墙施工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50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，在国内外得到了广泛的应用。近年来防渗墙已成为我国水利水电工程覆盖层及土石围堰防渗处理的首选方案。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出了防渗的范围，可用来解决防渗、防冲、加固、承重及地下截流等工程问题。有如下几个方面：1）控制闸、坝基础的渗流；2）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）加固一些有病害的土石坝及堤防工程；5）作为一般水工建筑物基础的承重结构；6）拦截地下潜流，抬高地下水位，形成地下水库。

防渗墙-----垂直防渗措施（槽孔型）

立面布置：封闭式与悬挂式。封闭式防渗墙是指墙体插入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。悬挂式防渗墙，墙体只深入地层一定深度，仅能加长渗径，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，共同作用，按一定比例分担水头。

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性能，这两种破坏作用均与水力梯度有关。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，一般可分为刚性材料和柔性材料。经工程性质及技术经济比较选择合适的墙体材料。

刚性材料包括普通混凝土、粘土混凝土和掺粉煤灰混凝土等，其抗压强度大于5MPa，弹性模量大于10000MPa。柔性材料抗压强度则小于5MPa，弹性模量小于10000MPa，包括塑性混凝土、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

强度在7.5~20MPa，不加其它掺合料的高流动性混凝土。混凝土是在泥浆下浇筑，要求混凝土能在自重下自行流动，并有抗离析与保持水分的性能。其塌落度一般为18~22cm，扩散度为34~38cm。（2）粘土混凝土混凝土中掺入一定的粘土（总量的12%~20%），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，改善其易堵性。粘土混凝土的强度在10MPa左右，抗渗性相对普通混凝土要差。（3）粉煤灰混凝土混凝土中掺加一定比例粉煤灰，能改善混凝土和易性，降低混凝土发热量，提高混凝土密实性和抗侵蚀性，并有较高的后期强度。这对防渗墙的施工和运行都是十分有利的。（4）塑性混凝土

它是以粘土和（或）膨润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。其抗压强度一般为0.5~2MPa，弹性模量100~500MPa，渗透系数10-6~10-7cm/s。

与粘土混凝土有本质区别，后者的水泥用量降低并不多，掺粘土是改善和易性，并未过多改变弹性模量。塑性混凝土的水泥用量仅为80~100kg/m3，使得其强度低，特别是弹性模量值低到与周围介质（基础）相接近，这时，墙体适应变形的能力大大提高，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用塑性混凝土，其后在其它水电工程迅速普及，十三陵、小浪底、三峡工程等围堰防渗墙的墙体材料均采用了塑性混凝土。

高强度低弹模材料的配制（5）自凝灰浆在固壁浆液（以膨润土为主）中加入水泥和缓凝剂所制成的一种灰浆。凝固前作为造孔用的固壁泥浆，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。其强度、变形模量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。自凝灰浆减少了墙浇筑工序，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）固化灰浆在槽段造孔完成后，向固壁的泥浆中加入水泥等固化材料，砂子、粉煤灰等掺合料，水玻璃等外加剂等，经机械或压缩空气搅拌后凝固成墙体。以固化灰浆作墙体材料，省去了导管法混凝土浇筑工序，提高了造接头孔的工效，减少了泥浆废弃，并减轻了劳动强度，加快了施工进度。在四川铜街子、汉江王甫洲等水电工程中得到应用。施工工艺

槽孔（板）型的防渗墙，是由一段段槽孔套接而成的地下墙。尽管在应用范围、构造型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终孔验收与清孔换浆；④混凝土浇筑；⑤全墙质量验收等过程。

固壁泥浆和泥浆系统在松散透水的地层和坝（堰）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。泥浆固壁是解决这类问题的主要方法。泥浆固壁原理：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，其中较细的颗粒进入空隙，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。泥浆具有较大密度，产生的侧压力通过泥皮作用在孔壁上，保证槽壁的稳定。孔壁任一点土体P侧向稳定的极限平衡条件为：

P1=P2泥浆除了固壁作用外，在造孔过程中，尚有悬浮和携带岩屑、冷却润滑钻头的作用；干成墙以后，渗入孔壁的泥浆和胶结在孔壁的泥皮，还对防渗起辅助作用。泥浆的特殊重要性泥浆的制浆土料、配比以及质量控制等方面的要求。泥浆的制浆材料主要有膨润土、粘土、水以及改善泥浆性能的掺合料，如加重剂、增粘剂、分散剂和堵漏剂等。制浆材料通过搅拌机进行拌制，经筛网过滤后，放入专用储浆池备用。大量工程实践，认为制浆土料基本要求：粘粒含量大于50%，塑性指数大于20，含砂量小于5%，氧化硅与三氧化二铝含量的比值以3～4为宜。配制而成的泥浆，其性能指标，应根据地层特性、造孔方法和泥浆用途等，通过试验选定。

造孔成槽

造孔成槽工序约占防渗墙工期的一半。槽孔的精度影响防渗墙的质量。选择合适的造孔机具与挖槽方法对于提高施工质量、加快施工速度至关重要。混凝土防渗墙的发展和广泛应用，也是与造孔机具的发展和造孔挖槽技术的改进密切相关的。开挖槽孔的机具，主要有冲击钻机、回转钻机、钢绳抓斗及液压铣槽机等。它们的工作原理、适用的地层条件及工作效率有一定差别。对于复杂多样的地层，一般要多种机具配套使用。进行造孔挖槽时，为了提高工效，通常要先划分槽段，然后在一个槽段内，划分主孔和副孔，采用钻劈法、钻抓法或分层钻进等方法成

各种造孔挖槽的方法，都采用泥浆固壁，在泥浆液面下钻挖成槽的。

在造孔过程中，要严格按操作规程施工，防止掉钻、卡钻、埋钻等事故发生；必须经常注意泥浆液面的稳定，发现严重漏浆，要及时补充泥浆，采取有效的止漏措施；定时测定泥浆的性能指标，并控制在允许范围以内；及时排除废水、废浆、废碴，不允许在槽口两侧堆放重物，以免影响工作，甚至造成孔壁坍塌；保持槽壁平直，保证孔位、孔斜、孔深、孔宽以及槽孔搭接厚度、嵌入基岩的深度等满足规定的要求，防止漏钻漏挖和欠钻欠挖。终孔验收和清孔换浆清孔换浆的目的，是在混凝土浇筑前，对留在孔底的沉碴进行清除，换上新鲜泥浆，以保证混凝土和不透水地层连接的质量。清孔换浆应该达到的标准是经过1h后，孔底淤积厚度不大于10cm，孔内泥浆密度不大于1.3，粘度不大于30s，含砂量不大于10%。一般要求清孔换浆以后4h内开始浇筑混凝土。如果不能按时浇筑，应采取措施，防止落淤，否则，在浇筑前要重新清孔换浆。

5．混凝土浇筑防渗墙的混凝土浇筑和一般混凝土浇筑不同，是在泥浆液面下进行的。泥浆下浇筑混凝土的主要特点是：①

不允许泥浆与混凝土掺混形成泥浆夹层；②

确保混凝土与基础以及一、二期混凝土之间的结合；③

连续浇筑，一气呵成。泥浆下浇筑混凝土常用直升导管法。导管由若干节ø20～25cm的钢管连接而成，沿槽孔轴线布置，相邻导管的间距不宜大于3.5m，一期槽孔两端的导管距端面以1.0～1.5m为宜，开浇时导管口距孔底10~25cm。当孔底高差大于25cm时，导管中心应布置在该导管控制范围的最低处，。这样布置导管，有利于全槽混凝土面的均衡上升，有利于一、二期混凝土的结合，并可防止混凝土与泥浆掺混。槽孔浇筑应严格遵循先深后浅的顺序，从最深的导管开始，由深到浅一个一个导管依次开浇，待全槽混凝土面浇平以后，再全槽均衡上升。四、防渗墙的质量检查

对混凝土防渗墙的质量检查应按规范及设计要求进行，主要有如下几个方面：（1）槽孔的检查，包括几何尺寸和位置、钻孔偏斜、入岩深度等；（2）清孔检查，包括槽段接头、孔底淤积厚度、清孔质量等；（3）混凝土质量的检查，包括原材料、新拌料的性能、硬化后的物理力学性能等；（4）墙体的质量检测，主要通过钻孔取芯、超声波及地震透射层析成像（CT）技术等方法全面检查墙体的质量。三峡工程二期围堰防渗墙三峡工程二期围堰由上、下游横向土石围堰采用两侧石渣夹风化砂堰体垂直防渗的结构型式，防渗型式为塑性混凝土防渗墙。围堰基础地质条件复杂，地基表层有一层厚7~15m的粉细砂层，影响围堰基础的渗透稳定性。原河漫滩残积冲积层内有块球体和花岗岩全强风化层中包裹着的块球体，块径一般为1~3m，最大为5~7m，石质完整且坚硬，饱和抗压强度达100Mpa。而基岩为闪云斜长花岗岩，弱风化岩体坚硬，河床深槽左侧基岩为70°的陡坎，高差近30cm，对防渗墙造孔施工极为不利。1、防渗墙的施工过程（1）上游围堰防渗墙施工的三个阶段。第一阶段：1996年9月~1997年4月在墙体轴线右端头进行液压双轮铣槽机生产性试验，共进行了固壁泥浆、硬岩钻爆、灌浆管埋设、糟孔倾斜检测、预灌浓浆等5项专题工艺试验，为选定了施工方案提供了试验依据，为大规模施工积累了经验。总计完成3740m2的墙体工程量。第二阶段：1997年5月~1997年9月，于大江截流前在左、右岸预进占段堰体内进行。所用主要成槽设备为BC-30型铣槽机1台，GSD型机械式抓斗1台，SM-400型全液压工程钻机1台，CZF1500型冲击反循环钻机9台，CZF-1200型冲击反循环钻机6台。左进占段采用“两钻一抓”法成槽，墙段连接采用“双反弧接头槽”法，右进占段采用铣槽机与冲击钻配合“铣钻结合”法成槽。两进占段共完成工程量7506m2，两进占段最高月成槽孔3166m2，最高月成墙2345m2。第三阶段：1997年11月~1998年4月左右漫滩和河床部位的主要墙段的施工。该阶段主要是在大江截流以后、防渗墙施工平台形成及堰体风化砂经过振冲加密后进行。左右漫滩采用“两钻一抓”法成槽，槽段连接采用“双反弧接头槽”法和“钻凿”法，深槽段采用“铣抓钻结合”法成槽，墙段连接采用“钻凿”法，对块球体采用各种爆破措施。该阶段总计完成工程量30998m2。最高月成槽孔6071m2。（2）下游围堰防渗墙施工分三个阶段总计完成墙轴线长967.5m，截水面积36350m2，墙下帷幕钻孔灌浆5900m。该段最大墙深66.7m，平均墙深40.5m。根据不同的墙深采用0.8m、1.0m、1.1m三种不同的墙度。下游围堰防渗墙施工配备了23台CZ30型和48台CZ22型冲击钻机，2.成槽方法及所用施工机械该工程的成槽工艺主要有：“两钻一抓”法、“铣砸爆”法、“铣抓钻结合”法。“铣砸爆”法的工艺要点是：对风化砂、粉细砂、砂卵石和全风化岩直接铣削，对块石、块球体和强弱风化岩采用钻爆法爆裂或用6t重锤冲击破碎后再进行铣削。“铣钻抓结合”法的工艺要点是：在槽孔建造中，上部风化砂有铣槽机铣削；风化砂中所夹块石、平抛及覆盖层中的砂卵石由抓斗（配10t重锤）抓取；下部基岩、混凝土接头部分砂卵石由冲击反循环钻机钻凿。由于使三种不同的设备充分发挥各自优势，实现了12.3m2/d的高工效。3．陡坡、块球体及硬岩处理该工程的最大难题是饱和抗压强度达100Mpa的坚硬花岗岩块球体以及左岸70°陡坡段的钻凿，施工中除采用传统的槽内聚能爆破外，还大量采用钻孔预爆和槽内钻孔爆破。经钻爆后铣槽机在花岗岩硬岩中工效提高2~3倍，冲击反循环钻机提高工效1~2倍。4．平抛垫底等漏失层的处理二期围堰深槽段墙轴线部位采用平抛砂卵石垫底，最厚达20余米。此外在防渗墙轴线其他部分也可能存在块石架空或卵石漏失区。对于这些造孔时严重漏浆的部位，可先利用先导孔查明漏失范围和漏失量，再采用全液压工程钻机及偏心扩孔跟管钻具钻灌浆孔并灌注浓浆。灌浆孔距1~1.5m，灌浆段长0.75m，灌浆压力0.15~0.2Mpa，所使用的浆液有膨润土浆、水泥膨润土浆、水泥水玻璃膨润土浆、水泥砂浆等。5．固壁泥浆由于该工程地质情况复杂，又采用冲击反循环钻机、抓斗和液压双轮铣槽机进行槽孔施工，对固壁泥浆提出了更高的要求。确定采用密度较小的低固相膨润土泥浆。工程中所用的膨润土主要为湖南澧县出产的钙膨润土，所配制的固壁泥浆配合比及性能如表。6.泥浆的制备及处理泥浆的制备采用NJ-1500型泥浆搅拌机，该机的生产能力为15m3/h，搅拌时间不小于15min，浆液搅拌后经24h膨后后黏度提高了10%。使用后的泥浆经与BC-30型铣槽机配套的BE-500型泥浆净化系统对泥浆进行筛分和旋流处理，除去大于0.075mm的颗粒后又重新回到贮浆泥池中。清孔换浆后的泥浆，密度不大于1.1g/cm3，黏度20~35s，含砂量小于3%。7．混凝土拌和与运输系统上游围堰左右两端各设混凝土拌和站一座，均由四台JS-500型强制式混凝土拌和机及其配料系统组成，另配4~5台6cm3混凝土搅拌运输车负责供应上游围堰的浇筑。下游围堰防渗墙混凝土则由设在下游围堰左岸的生产率为100m3/h的自动拌和楼供应。墙体混凝土材料有两类：槽孔深度小于40m者采用塑性砂浆，槽孔深度大于40m者采用塑性混凝土。两种混凝土材料配合比见表。应用与进展情况混凝土防渗墙是覆盖层地基防渗的主要措施。近几年我国混凝土防渗墙技术有突破性的进展。

①采用液压铣槽机、抓斗等高效机械和先进工艺，完成了国内综合难度最大的三峡工程二期上游围堰防渗墙。三峡二期上游围堰防渗墙的成功，标志着我国的混凝土防渗墙施工技术已基本摆脱了依靠老式冲击钻的时代，迈入了液压机械的时代，该项施工技术和工程实践总体上达到国际领先水平。

②建成了国内目前最深、混凝土强度最高的防渗墙—小浪底主坝混凝土防渗墙，该墙深达81.9m,混凝土强度35MPa。还建成了世界上防渗面积最大的混凝土防渗墙—河北黄壁庄水库副坝混凝土防渗墙，其轴线长4860m，最大深度70m，防渗面积近30万m2。深度为l00m的混凝土防渗墙在新疆下坂地水利枢纽完成，这是我国第二次向百米深墙的纪录冲击。深达140m的四川冶勒水电站防渗墙，该道墙分为上下两段，上段在地面施工，下段在地下的隧洞内施工。下段防渗墙的施工使用了洞内小型液压铣槽机，这也是国内首个工程实例，代表了我国防渗墙施工的最新水平。

③塑性混凝土进一步推广应用。塑性混凝土自20世纪80年代引进我国以后，推广较快。长江三峡二期围堰防渗墙采用了塑性混凝土，围堰建成挡水后，墙体上部向下游变位达590mm，但围堰运行正常，2003年三峡二期上下游围堰防渗墙完成其历史使命被拆除，拆除后对混凝土墙体取样进行了大量的检测试验，这是防渗墙建筑史上最大规模的原型检测试验，检验结果总体表明墙体性能指标与设计和科研成果相一致。

④墙段接头技术有新的突破。防渗墙墙段连接是防渗墙施工的一个难点，国内一直以钻凿法为主，这种方法工效低、消耗大。中国水利水电基础工程局科研所经过多年的研究开发，研制出一种新型拔管机，在黑龙江尼尔基水库、河北黄壁庄水库、西藏直孔水电站、新疆下坂地水利枢纽的防渗墙施工或试验中成功应用，最大拔管深度达到79m(直径80cm),创造了世界防渗墙施工的最深纪录。

在我国承建的越南拜尚水闸的防渗墙施工中，成功地采用了在墙段接缝中安设PVC止水片的技术。在润扬长江公路大桥北锚靛地连墙墙段接缝中采用了V形钢板连接技术，外商在小浪底主坝左岸防渗墙施工中采用了与防渗墙轴线垂直的接头槽技术，都获得了成功。

⑤自凝灰浆防渗墙在三峡工程三期围堰中得到应用，这是国内水利水电工程的首例。

⑥地下连续墙技术在建筑领域广泛应用。近年来，地下连续墙在国内大中城市的中高层建筑中得到广泛应用，在矿产、交通等领域也较多地应用了这项技术。

其它覆盖层的处理方法覆盖层灌浆在国内通常采用循环钻灌法，国外较多采用预埋花管法。近年来国内两种方法都有应用和发展。重庆小南海水库地震堆积天然坝体防渗灌浆帷幕，采用循环钻灌法、无岩芯钻进、泥浆固壁施工，灌注水泥粘土浆。南京市长江堤防有的地段采用预埋花管法也获得了成功。新疆下坂地水利枢纽坝基覆盖层最大深度近50m，坝基防渗计划采用防渗墙下接帷幕灌浆的方案，目前灌浆试验正在进行中。采用循环钻灌法，灌浆深度达到155m，这是循环钻灌法在世界上的最大施工深度。

2高喷灌浆高喷灌浆于20世纪70年代引入我国，80年代在水利工程中推广应用，90年代外国承包商利用先进的技术和设备在二滩和小浪底工程中建造了质量良好的高喷防渗墙。近年来，我国的高喷技术获得了进一步的发展，在大量工程实践的基础上，《水工建筑物防渗工程高压喷射灌浆技术规范》也在2001年编制完成，这是水利行业的第一部高喷灌浆技术标准。3振冲加固振冲技术已广泛应用于软土地基加固中。随着技术的发展，振冲器的性能也在不断改进。近几年多数工程采用了大功率振冲器，广东飞来峡水利枢纽利用振冲法加固中粗砂地层，使用了150kW液压振冲器和120kW,75kW电动振冲器，加密深度20m，进尺10万余m，面积5万m2。振冲工艺在不断改进，填料方法由以往的间断填料法或连续填料法发展为强迫填料法。强迫填料法解决了软粘土缩孔、砂土塌孔、填料困难的问题，填料强度大，成桩质量好。质量控制标准由原来的单一控制加密电流，发展为同时控制加密电流、留振时间、加密段长三个指标。

2001年，《水利水电工程地基振冲法处理技术规范》已经编制完成，这也是水利行业的第一部振冲法加固地基的技术标准。

5堤防地基防渗用于堤防防渗的土工合成材料有土工膜或复合土工膜，使用方法有垂直铺膜和斜墙铺膜两种。垂直铺膜是在堤顶或堤脚用锯槽法、链斗挖槽法或射水法等方式在堤身和堤基挖槽，在槽内铺设土工膜，以达到阻截渗流的目的。当铺膜位置是在堤脚时，堤坡就要用斜墙铺膜防渗。垂直铺膜的深度一般10m以内比较容易施工。3.3堤防质量检测技术

(1)堤防隐患探测近年来，开发了多种堤防隐患探测新技术，主要有:地质雷达法、高密度电阻率法、瞬变电磁法、地震波法等。各种方法都有一定的适用范围，综合应用则可获得更好的效果。大坝安全检渗与示踪诊断技术利用同位素示踪原理，还可分辨出防渗断面上地下水的流速、流向、渗透系数等。该技术还可用于堤坝和水库的渗漏