混凝土防滲墻,垂直墻體的縱切圖,墻是沿壩體延伸的。在松散透水地基中連續(xù)造孔,以泥漿固壁,往孔內(nèi)灌注混凝土而建成的墻形防滲建筑物。它是對(duì)閘壩等水工建筑物在松散透水地基中進(jìn)行垂直防滲處理的主要措施之一(圖1)。防滲墻按分段建造,一個(gè)圓孔或槽孔澆筑混凝土后構(gòu)成一個(gè)墻段,許多墻段連成一整道墻。墻的頂部與閘壩的防滲體連接,兩端與岸邊的防滲設(shè)施連接,底部嵌入基巖或相對(duì)不透水地層中一定深度,即可截?cái)嗷驕p少地基中的滲透水流,對(duì)保證地基的滲透穩(wěn)定和閘壩安全,充分發(fā)揮水庫(kù)效益有重要作用。
20世紀(jì)50年代,混凝土防滲墻的施工技術(shù)與工藝起源于意大利,一些國(guó)家相繼采用。中國(guó)于1958年開(kāi)始研究出一整套混凝土防滲墻施工技術(shù)與工藝。截至1986年底,中國(guó)在水利工程中已建成75道混凝土防滲墻,總截水面積約50萬(wàn)m2,最大墻深74.4m,最大墻厚1.3m。在各類(lèi)復(fù)雜地層中,如純砂層、淤泥層、密集孤石層、水下拋填未經(jīng)壓實(shí)的砂礫石層,均成功地建成了混凝土防滲墻。
按墻的水平截面的形狀可分為四種(圖2)。①圓樁柱型(圓孔型),垂直接縫多,有效厚度小,60年代以來(lái)已很少采用;②墻板型(槽孔型),相鄰兩塊墻板套接厚度與中間墻厚相同,適用于深度小于60m的墻;③混合樁柱型(圓孔與雙反弧形孔混合型);④墻板樁柱混合型(槽形孔與雙反弧形孔混合型)。后兩種墻型先行建造的圓形樁柱或墻板可起導(dǎo)向作用,較易于保證連接處厚度達(dá)到中間處墻厚,適用于深度大于60m的墻。加拿大馬尼克三級(jí)壩的深度達(dá)131m的混凝土防滲墻就是混合樁柱型墻,是世界深度最大的混凝土防滲墻。
依據(jù)地基的工程地質(zhì)與水文條件,結(jié)合閘壩結(jié)構(gòu)的要求,確定墻軸線位置,選用墻體材料,初步選定墻厚;然后進(jìn)行滲流及結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算,確定墻底嵌入基巖或相對(duì)不透水層的深度及墻體材料物理力學(xué)指標(biāo),最終確定墻厚和墻體與防滲體連接的細(xì)部設(shè)計(jì)。重要工程還要在墻內(nèi)埋設(shè)監(jiān)測(cè)儀器,隨時(shí)了解墻的運(yùn)行情況。防滲效率常用兩種方法估算:①建墻后滲流量減少值與同水頭下無(wú)墻時(shí)滲流量的百分比值;②滲流通過(guò)防滲墻后的水頭損失與全水頭的百分比值。質(zhì)量?jī)?yōu)良的防滲墻的防滲效率用上述兩種方法估算結(jié)果分別可達(dá)95%與90%。常用的墻體材料有素混凝土、摻大量粘土的塑性混凝土、粉煤灰混凝土等。
主要程序?yàn)椋涸炜、清孔換漿、終孔與清孔驗(yàn)收、澆筑泥漿下混凝土、全墻質(zhì)量檢查與驗(yàn)收、處理與壩內(nèi)防滲體的連接。造孔使用沖擊式、回轉(zhuǎn)式、鉆銑式鉆機(jī)或液壓抓斗、刮斗等。造孔作業(yè)累計(jì)耗用工時(shí)約占防滲墻總工期的60%以上,因此造孔機(jī)械的選型是縮短防滲墻總工期的關(guān)鍵之一。同時(shí)選用膨潤(rùn)土或優(yōu)質(zhì)粘土制成泥漿用以固壁、懸浮和攜帶巖屑、冷卻和潤(rùn)滑鉆頭。泥漿的質(zhì)量也直接影響造孔的進(jìn)度、質(zhì)量與安全。清孔換漿是將孔內(nèi)含有大量砂粒與巖屑的泥漿更換成質(zhì)量合格的泥漿,還要把孔兩端已澆混凝土表面附著的巖屑和泥皮刷洗干凈,以保證墻體混凝土、相鄰兩墻段的豎直接縫、墻底與基巖接觸帶的質(zhì)量。清孔換漿常用的機(jī)具有壓縮空氣吸泥器、砂石泵、鋼絲刷子鉆頭等。
防滲墻混凝土一般具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、較高的抗?jié)B標(biāo)號(hào)、較低的彈性模量,因此混凝土拌和料也要有良好的和易性與較高的坍落度。采用直升導(dǎo)管法在泥漿內(nèi)澆筑混凝土能有效地將泥漿與混凝土隔開(kāi)。在土壩壩體內(nèi)澆筑防滲墻混凝土要控制孔內(nèi)混凝土面的上升速度,以防止壩體開(kāi)裂。不論采用何種墻型,相鄰墻段之間或樁柱之間的連接工藝是防滲墻施工技術(shù)中的難點(diǎn)。工程實(shí)踐證明,接縫質(zhì)量不良常會(huì)成為壩基中的隱患。因此,防滲墻施工中要嚴(yán)格保證質(zhì)量。