湛江市河川工程建设监理有限公司 524000
摘要：在深厚覆盖层上建土石坝，防渗加固有一定的技术难度。目前，国内外主要采用水平防渗、垂直防渗和联合防渗三种措施。本文对这三种技术的特点进行了分析，并结合墙幕联合防渗案例分析了深厚覆盖层坝基防渗加固技术的应用。
关键词：深厚覆盖层；坝基防渗；土石坝
覆盖在基岩上面的松散堆积物或沉积物称作覆盖层，如果覆盖层厚度超过30m就称为深厚覆盖层[1]。若覆盖层较薄，将其挖除再建土石坝，防渗处理最容易，但对于深厚覆盖层来说往往不现实，因为投资大，工期长，还会引起水土流失和环境等问题。但换个角度来看，在深厚覆盖层上建坝，如果防渗处理不当，又会引起渗漏损失、基础不均匀沉陷、砂土液化等问题，甚至引起溃坝的严重事故。因此，深厚覆盖层上的坝基防渗加固一直是水利工程界研究的重点课题之一，本文结合最新研究进展对该问题进行了分析和探讨。
1 深厚覆盖层坝基防渗的基本技术及特点
深厚覆盖层上土石坝的坝基渗透稳定和渗漏损失是防渗控制的主要问题。不合理的防渗体系设计，例如将土石坝的混凝土防渗墙设于斜墙短铺盖上游端底部就容易导致防渗墙顶部黏土产生放射状贯穿裂缝，以及铺盖裂缝渗漏，使得防渗墙无法发挥防渗作用。目前，深厚覆盖层上土石坝的防渗控制措施主要有水平防渗、垂直防渗及和联合防渗。
1.1 水平防渗
水平防渗是指在土石坝上游铺筑与坝体防渗体相连的水平铺盖，最常使用的是黏土铺盖，也可以使用混凝土铺盖或复合土工膜铺盖。当垂直防渗措施条件不充分或造价过于昂贵时，水平防渗可能是最合理的防渗方案。采用水平防渗有两个关键点：一是水平铺盖的长度至少为上游水头的5～10倍，例如巴基斯坦的塔贝拉黏土斜墙堆石坝，坝高147m，坝基覆盖层最厚有230m，大坝上游黏土铺盖长1432m，相当于上游水头的17～20倍。二是大坝下游要配套减压井等排水导渗措施，仍以塔贝拉堆石坝为例，其在下游坝趾设有间距15m、深45～75m的减压井。但是水平防渗不如垂直防渗易于保证效果，所以不适用于对防渗要求较高的坝基防渗。
1.2 垂直防渗
垂直防渗是在垂直方向截断渗流通道的防渗措施，用于深厚覆盖层的措施包括混凝土防渗墙、帷幕灌浆、高喷灌浆防渗墙、土工合成材料防渗墙等，其中应用较多的是混凝土防渗墙和帷幕灌浆。混凝土防渗墙是目前深厚覆盖层最可靠的垂直防渗措施，具有地层和坝型适应广、防渗效果好的特点，国内外有很多成功的案例，例如加拿大马尼克3号黏土心墙坝覆盖层最厚126m，采用两道间距2.4m、墙厚61cm混凝土防渗墙，墙深105m，可削减水头90%。2011年建成的西藏旁多沥青混凝土心墙砂砾石坝坝高72.3m，覆盖层最厚150m，混凝土防渗墙最深158m。帷幕灌浆作为主要的防渗措施在我国应用不多，主要原因是防渗效果比混凝土防渗墙差，并且对深厚覆盖层缺乏可靠的检测手段，但国外还是有不少成功案例，例如法国谢尔蓬松心墙堆石坝采用12排灌浆帷幕，最大灌浆深度超过100m，有效解决了深厚覆盖层渗漏问题。
1.3 联合防渗
联合防渗是不同防渗措施的结合，如混凝土防渗墙与灌浆帷幕结合（简称墙幕结合），水平防渗与垂直防渗结合等。墙幕结合在我国应用较多，例如新疆石门水库沥青混凝土心墙坝，坝址覆盖层最厚120m，采用防渗墙下帷幕灌浆的防渗措施，墙内预埋单排直径110mm钢管作为墙底灌浆的预埋孔，灌浆处理深度达150m[2]；再如新疆下坂地沥青混凝土心墙堆石坝同样采用“上墙下幕”的防渗方案，塑性混凝土防渗墙深80m、厚1m，墙下70m深的帷幕灌浆[3]。水平防渗与垂直防渗结合的最好案例是埃及的阿斯旺黏土心墙坝，覆盖层最厚250m，采用8排悬挂帷幕灌浆，最深达170m，再结合上游铺盖、下游减压井等水平防渗措施。
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2 深厚覆盖层坝基防渗加固技术应用
2.1工程概况
某工程为中型Ⅲ等综合性水利工程，拦河坝为沥青混凝土心墙砂砾石坝，坝高63.8m。坝基覆盖层以砂卵砾石颗粒为主，透水性强，厚度介于30～60m，从上至下分为4层，结构由疏松到致密，上面两层渗透系数约40m/d，第三层也有17m/d。
2.2 设计方案
鉴于坝基覆盖层厚、透水性强，决定采用混凝土防渗墙防渗，墙厚1m，墙深最大50m，墙下接帷幕灌浆，深度30～50m。防渗墙混凝土设计强度C20，抗渗等级为W10，弹性模量22～31.5GPa，骨料粒径≯40mm，坍落度18～22cm。防渗墙顶部与沥青混凝土心墙之间通过混凝土基座连接，防渗墙与基岩之间设置1排帷幕灌浆，其与岸坡、坝肩部位的防渗帷幕连成一体。要求防渗墙槽孔斜率≯0.3%，墙身预埋灌浆管斜率≯0.3%。
2.3 防渗墙施工
混凝土防渗墙分两期施工，并按深度分为深槽段和浅槽段。深槽段槽长6m，浅槽段槽长8m。挖槽前先施工导墙和施工平台，导墙为现浇钢筋混凝土结构，梯形断面，高2m。然后在上游方向铺设卧木、轻轨等作为钻机平台，下游作为抓斗、清渣、浇筑混凝土等平台[4]。成槽工艺采用“三钻两挖”法施工，先以CZ-6型冲击钻机成孔，再采用抓斗挖除孔间相连部分。挖除覆盖层后，再以CZ-6型钻机钻至设计深度。为了避免孤石、落石等干扰因素造成误判，选择初判孔底为基岩的主、副孔，采用取芯钻机下套管取芯，取芯深度达4～12m，从而明确了基岩形态，避免防渗墙内混入岩石。
混凝土浇筑前，先用抽筒清渣，并置换泥浆，然后埋设Φ110mm灌浆管、Φ250mm混凝土浇筑导管。灌浆管采用套管同心焊接法连接，管口底部采用钢丝网封堵，避免混凝土灌入管内。混凝土浇筑采用升导管法，导管之间采用快速丝扣连接，并保证其埋入混凝土深度为1～6m。开浇时采用压球法隔开泥浆与混凝土，然后连续浇筑，槽孔内的混凝土上升速度控制在2.0～4.0m/h，一直到混凝土面升至设计墙顶高程0.5m以上。槽段连接采用接头管法，并按照混凝土初凝时间确定拔出时机。
2.4 帷幕灌浆施工
灌浆材料为水泥浆，水灰比为 ：1（ =3、2、1、0.8、0.6、0.5），开灌水灰比为3：1，根据吃浆情况及时调整水灰比，终灌标准为设计灌浆压力下灌入量<1L/min，维持30min以上结束灌浆。灌浆工艺为孔口封闭法分段灌浆，压力为1.5～2.5MPa。
2.5 施工效果
防渗墙成墙28d后进行质量检查，采用钻芯取样试验混凝土强度为22.5～28.2 MPa，弹性模量为27.9～29.5 GPa。抗渗性采用分段压水试验，结果抗渗性指标>W10。所以施工达到了设计要求。
3 结语
深厚覆盖层坝基防渗加固方案，应依据工程特点、地质条件、施工技术、工程造价、环境影响等因素确定，目前采用混凝土防渗墙的方案较多，这与其施工方法可靠成熟、适应范围广、防渗效果好有着密切关系，但覆盖层过厚时应与防渗帷幕结合，这样可克服防渗墙施工困难的问题。
参考文献：
[1]沈振中，邱莉婷，周华雷.深厚覆盖层上土石坝防渗技术研究进展[J].水利水电科技进展，2015，35（5）：27-35.
[2]刘豫蜀，高治宇.石门水库深厚覆盖层混凝土防渗墙试验段施工工艺[J].水利水电施工，2014（10）：45-48，51.
[3]秦鹏飞，郑亚平.新疆下坂地水利枢纽工程深厚覆盖层防渗技术[J].中国水利水电科学研究院学报，2014，12（3）：239-243.
[4]黄小宁，覃新闻，彭立新．深厚覆盖层坝基防渗设计与施工[M]．北京：中国水利水电出版社，2011．
论文作者:林田荣
论文发表刊物:《基层建设》2016年1期
论文发表时间:2016/5/19
标签：防渗论文; 防渗墙论文; 混凝土论文; 坝基论文; 深厚论文; 帷幕论文; 土石论文; 《基层建设》2016年1期论文;