土坝(堤)的几种防渗形式与应用

ＣＨＮＯＬＯＧＹ　ｌＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　工程技术　土坝（堤）的几种防渗形式与应用①　徐运海　刘莉莉’　葛兵　（１．山东省水利科学研究院　山东济南　２５００１　３；２青州市弥河管理局　山东青州　２６２５００）　摘要：土坝的防渗体是工程成功的关键，而弹模较低，可塑性强的防渗材料（或复合材料），在中低水头的设计中应用范Ｉ１广，使用面积　大。本文对我固水利工程设计中经常用到的防渗体形式进行了总结，列出了不同的性能指标和特点以及目前的应用情况，为工程设计和　施工提供经验和借鉴。　关键词：土坝　防渗形式　性能　应用　中图分类号：ＴＵ７４　文献标识码：Ａ　我国正处于社会经济的快速发展期，　城镇化进程加快，表现在城市流动性人口　增加，建设规模越来越大，用水量急剧增　文章编号：１６７２—３７９１（２０１３）０４（ｃ）一００７２—０２　量３００　ｍ　／ｓ）首次应用复合土工膜防渗工　工程采用了全断面整体防渗型式。主要分为　程，其后得到快速发展。　湖底防渗和坝坡防渗两部分，正常蓄水位以下　坝坡和湖底采用复合土工膜防渗，上部坝坡采　用ＧＣＬ（膨润土垫）防渗。　加。而中小型水库及塘坝建设以及河道的　２土工合成材料膨润土垫（ＧＣＬ）　堤防加固治理正在全面展开。结合这些小　土工合成材料膨润土垫（ＧＣＬ）是在　ＣＬ（现场厚压实粘土防渗村垫）基础上发　３自凝灰浆　型土坝（堤）水利工程的特点，选择经济合理　Ｃ　的防渗形式，是节省投资及检验工程方案　展起来的一种介于ＣＣＬ和高分子材料土工　自凝灰浆材料是用水泥、膨润土、缓凝　成功的标志之一。本文总结几种防渗体的　膜之间的一种防渗衬垫。ＧＣＬ是工厂制造　剂和水配制而成的一种浆液，是一种新型　形式和特点，以期为工程应用提供借鉴。　的由一层膨润土或其他低渗透性材料外　的防渗材料，其成份为水泥、膨润土、水、外　覆土工织物或土工膜，通过针刺、缝合或　加剂等，施工中将上述材料预先搅拌均匀，　１复合土工膜　物）两大类，随着工程需要与科技的发展，　种：（１）将织物和膜共同加热压合而成；（２）　化学粘合的方法复合制成的一种复合材　形成自凝灰浆，然后注入槽孔凝固成墙体。　自凝灰浆常用的配合比可采用水泥：膨润　粘合剂粘合的一层薄薄的膨润土。其特点　土：水＝０．２６７：０．０８３：１左右，也有加掺合料　土工膜分为沥青和聚合物（合成高聚　料；也有的产品只有一层土工膜，其上有用　又产生了复合土工膜。复合土工膜分为２　如下。　（如砂、粉煤灰、石粉等）的，缓凝剂一般可采　（１）极好的柔性，在张应变达￣ｔ２ｏ％的情　用葡萄糖酸钠、焦磷酸钠、磷酸氢二钠或木　垫，其挖方量显著减小ｌ与ＣＣＬ相比，ＧＣＬ搭　与常规混凝土防渗墙相比，自凝灰浆　在织物上涂抹胶粘剂粘合聚合物膜形成２　况下，其渗透率基本不变；用ＧＣＬ作渠道衬　质素磺酸盐等。　层或多层（俗称一布一膜等）的复合土工膜。　具有以下特点。　接方便，便于安装，施工速度快，工期短，节　防渗墙具有弹模低、施工工艺简单、施工效　率高、节约水泥、防渗效果好、造价低防渗　（１）良好的化学稳定性和抗渗性，耐高低　约了成本。　（２）有很强的自我愈合功能，由于膨润　可靠等特点，同时，还克服了混凝土防渗墙　土的存在，它会使土工织物刺破处自我愈　槽孔搭接问题，能适应较大变形。　合。而且上下层土工织物在针刺或缝合纤　自凝灰浆凝固后，２８ｄ无侧限抗压强度　温，耐酸、碱、盐等多种强酸强碱化学介质腐　蚀ｌ渗透系数可达１　Ｘ　１０　～１　Ｘ　１０　ｃｍ／ｓ。　（２）抗老化、抗紫外线、抗分解能力强，　可裸露使用，材料使用寿命达５０年至７０年，　普通物理变化。　维的作用下也约束了膨润土的移动，进一　为０．１～０．５　ＭＰａ；变形模量为４０～３００ＭＰａ，　无侧限极限应变为０．６％～１．Ｏ％，当侧限压　采用的材料为无毒环保材料，防渗原理是　步提高了其自我愈合功能。　（３）抗张应变能力强，ＧＣＬ产品具有较　（３）良好的机械强度和抗穿刺能力，断　大的弹性和可塑性，它们能变形到抵抗５％　裂拉伸强度２８　ＭＰａ，断裂延伸率７００％，可以　甚至更大的应变而不会导致渗透系数的大　力为０．１～０．３　ＭＰａ时，极限应变为３％～５％，　与土层和砂砾石层十分接近。渗透系数在１　×１０　～１Ｏ－７ｃｍｆｓ之间。　抵抗大部分植物根系的破坏。　幅提高，如果在其上覆盖一层厚土，ＧＣＬ能　自凝灰浆柔性墙体材料在２Ｏ世纪６０年　（４）施工速度快，防渗膜有很高的灵活　承受的应变可达３０％且渗透系数无明显变　代首先由法国地基公司开发的。此后，在低　水头堤、坝基础防渗和临时围堰防渗工程　性，有多种规格多种铺设形式满足不同工　化。　程防渗要求，采用热熔焊接，焊缝强度高，　康。　史，最初应用于低水头的渠道防渗，西班牙　ｌ９８４年用于坝高９７　ｍ的某堆石坝中；应用　土工膜防渗最高的是葡萄牙的ｐａｒａｄｅｌａ坝。　（４）抗干湿循环能力强，ＧＣＬ产品受热　中得到了较为广泛的推广应用，国外自凝　应用较为缓慢，ｌ９８５年，深圳大亚湾核电站　焊接机焊接效果非常好，施工方便、快速健　后会出现干缩现象，但当脱水后的产品重　灰浆防渗墙最大墙深已达５０　ｍ。国内开发　新注水后，出现的裂缝会再次愈合，其水力　融循环能力强。　迄今为止土工膜国外已有５０多年的历　传导系数又会回到原先较低的数值。抗冻　做成了我国第一道自凝灰浆防渗墙。２００２　年，我国自主研发的自凝灰浆墙体材料，成　主要应用于环境工程中的废弃物填埋　功应用于三峡围堰工程，具有广泛的应用　场、土石坝及堤防的防渗墙、渠道和储油罐　前景。　我国沧州地区子牙新河深槽扬张阁闸（流　的防渗衬垫等工程中。济南园博园景观湖　表１　塑性砼配合比及性能　ｌ　ｍ　塑性砼材料用量（ｋｇ　名称　坍落度（ａｒｍ）　扩散度（ｍｍ）　４００　２．１　０．２５　砼强度　：ＭＰａ）　弹模　渗透　系数　７３０　５．０７　ｘ　ｌ０　水泥　（粘土）膨润土尼山水库　１４０　８０　ｌ水　砂　石　木　２００　抗压　抗拉　ＭＰａ　ｃｍ／Ｓ　３．３　８６０　６．６７×１０　（下转７４页）　２５５　８５６　８５６　０．５５　２２０　院里水库　８０　（８ｏ）１２ｏ　２５０　８７０　８００　①作者简介：徐运海（１９６３一），男，高级工程师。　７２　科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　工程技术　其地基必须达到Ｐａ≥ｌ　８　ＭＰａ；对于过渡　（２）地下水。①若地基所在地，具有埋藏　线在工后沉降方面，其要求是极其严格　前，其路基高度Ｈ必须不超过３．０　ｍ；　比较深的地下水或者具有埋藏深度较大的　的，因而为能更经济地对地基进行处理，　段的地基，　ｍ　软土层，且具有比较长的固结排水路径，则　应充分根据施工条件来把工期进行最大　原地面经过加固处理以后，若Ｈ大于３．０复合地基处理这种方法应优先进行选择使　限度的合理安排。②若路基所在地属于软　时，在平整好过渡段基底原地面以后，以振　用。②若地基所在地，具有埋藏比较浅的地　土地，在地基施工期间，无论应用哪种施　动碾压机进行碾压到密实，其地基系数Ｋ３０　下水，并且有砂层存在于基底，此外，这种　工方法，有关施工机械的作业条件，一定　应不小于６０　ＭＰａ，二次变形模量ＥＶ２也不小　地层常会由于突然变化的地下水位，带来　要让其确保足够良好，在进行处理深度设　于４５　ＭＰａ。　砂层厚度也跟着变化，致使地基出现沉降　计时，一定要充分考虑到施工机械的实际　的幅度比较大；因而对于这种特点的地段，　或者选择深层地基处理方法，通过这些方　可能地降低下来。　（３）施工条件。①对于路基所在地段，　能力，并使二者能够相匹配。对于有关质　４结语　总而言之，无砟轨道客运专线这个系　必须采取有针对性措施对地下水进行阻断　量条件及所处理的效果，在有能力保证其　良好的条件下，当ＧＦＧ桩在选用长螺旋施　统工程不仅工程量大、而且施工过程极其　法来把因地下水变化而产生的不利影响尽　工法过程中，其有效处理深度最大不宜超　复杂，在实际生产过程中，深入研究和探讨　过２５　ｍ，若一旦出现超过处理深度，则必须　无砟轨道铁路路基工后沉降的相关控制技　及时采用其他施工处理方法，例如进行桥　术，这对于提高无砟轨道路基工程施工质　如果属于非软土，又具有比较长的施工工　路比较、桩板结构处理以及装网结构处理　量、促进我国高速客运专线的持续快递发　　期，进行路基填筑完成后到进行铺设轨道　等等，以保证施工效果能满足无砟轨道路　展均具有重要的意义。之前，这二者之间有充分足够的时间，则　基的要求。　参考文献　择，而应选择浅层处理来把地基加固，诸　３进行无砟轨道路基沉降施工控制应注　［１］栾永平．现浇双块式无砟轨道板裂缝控　如强夯法等，等把路基填筑完成以后，让　意的事项分析　制机理和预防措施［Ｊ］．铁道建设，２０１０，　有关深层复合地基处理这种方法不宜选　其放置时间足够长，以让堆载预压时间增　３．１关于核查地质的方法及相关内容的注　加起来、工后沉降量降低下来，从而能够　意事项　进行无砟轨道路基沉降施工控制时，　达到所规定的要求。就是工期由于不够　长，对于只采用浅层处理与预压结合所能　首先应注意的事项就是这个地质核查方法　达到的沉降要求无法满足，那么通过通过　及其对应的核查内容，有关这方面的要求，　比较长时间的放置再与堆载预压相结合，　具体如表１所示。　也可把复合地基的桩间距进行适当增加　３．２关于地基条件的注意事项　并把桩长减小下来。无砟轨道这种客运专　对于处于基床范围内地基土换填之　１．　［２］汤晓光．武广铁路客运专线无砟轨道精　确定位施工方法要点【Ｊ】．铁道建设，　２０１０，５．　（上接７２页）　向槽内加入固化剂和水泥砂浆，用空气压缩机　级配骨料，当采用二级配骨料时，小石与中　的高压风搅拌均匀后静置硬化成墙。　石的用量比不宜小于１．０。　４固化灰浆　固化灰浆是在自凝灰浆的基础上发展起　国内多家单位对塑性混凝土墙体材料　来的，它是在单元槽段造孔完毕后，向槽孔内　的泥浆中加入水泥等固化材料，砂、粉煤灰等　搅拌或压缩空气搅拌后形成的防渗固结体。　浆材固化工艺有原位置换法和搅拌法二种。　法不能充分利用槽内既有泥浆，浆材配制成本　５砼连续墙　根据材料组成不同分为砼连续墙和塑　斗法、深层搅拌法、振动切槽法、振动沉模　进行研究和开发并取得了丰硕的成果。山　东省在曲阜尼山大型水库、乳山市院里中　水库、新泰桃花峪水库、等工程采用塑性混　掺合料以及水玻璃等固化剂和外加剂，经机械　性砼连续墙；根据成墙方式又分为液压抓　型水库、胶州大王邑小型水库、枣庄大鲍庄　法、锯槽法以及射水法振动射冲成槽建造　砼连续墙是很成功的一种防渗技术　凝土防渗墙。表１是尼山与院里水库的配合　比及性能表。　置换法是通过泵送浆材将槽内泥浆置换掉，该　砼防渗墙等。　高，泥浆浪费严重，且槽段连接质量差；搅拌法　塑性砼是用粘土、膨润土等混合材料取代　６结语　是采用泵吸反循环或压缩空气等方式实现槽　普通混凝土中大部分水泥而形成的一种柔　（１）土坝（堤）的防渗体是工程成功的关　内既有泥浆和后期灌注浆材混合的。　性墙体材料，塑性混凝土抗压强度的设计　键，而弹模较低、可塑性强的防渗材料（或　固化灰浆具有凝结时间可控性好，固结　值一般不大干５　ＭＰａ，早期强度增长较慢，　复合材料）在中低水头中应用范围广、使用　体具有较好的防渗性能和抗侵蚀性能以及　后期增长速率较高，通常６Ｏｄｉｎ１　８０ｄ￣，度可　面积大。本文列举了几种低弹模的防渗形　其他的性能特点，如：抗压强度和弹性模量　达２８ｄ强度的１．５和１．８倍｛抗拉强度一般为　式，供设计时参考。　适宜　与地基变形协调能力强、对环境无　抗压强度的１／７～１／ｌ２。塑性混凝土的变　（２）复合土工膜技术应用技术较为成　污染、现场配制方便、不受成槽时间限　形模量一般不超过２０００　ＭＰａ，与抗压强度基　熟，土工合成材料膨润土垫、自凝灰浆、固　制、能充分利用槽孔内废泥浆成本低等。　一本上呈直线关系；其无侧限极限应变可达　化灰浆、塑性混凝土等墙体材料有适宜的　般采用粘土浆或膨润土浆作为固化灰浆　到Ｏ．３３％～０．７０％；其破坏渗透比降可达３００　强度、较低的弹性模量、与地基有较好的变　防渗墙，其墙体２　８ｄ抗压强度０．５～１．　率ｗ＝１０　ｍ／ｓ（相当干渗透系数为Ｈ＞１０　～以上；渗透系数随时间的增长而降低。评价　形协调性、良好的抗渗性能、较好的抗侵蚀　５　ＭＰａ，弹性模量５０～８００　ＭＰａ，单位吸水　塑性混凝土配合比设计的标准是：在强度　性能及凝结时间可控性好等方向发展，具　一定的条件下，弹性模量与抗压强度的比　有良好的推广应用价值。　（３）水利工程的防渗性是区别于其它工　塑性混凝土的水泥用量为８０～１５０　ｋｇ／ｍ］，　ｌ　０　ｃｍ／ｓ）。　值越小越好。　目前为止我国仅在四川铜街子、湖北王　程的特点之一，因此，在工程设计中应结合　甫州等少数工程采用固化灰浆作防渗墙体　膨润土用量不宜小于４０　ｋｇ／ｍ　，胶凝材料　工程的具体条件，经综合比较确定合理可　材料。湖北的王甫州水利枢纽围堰防渗墙采　总用量（包括土料、粉煤灰等）不宜小于　行的防渗方案。　用原位风搅法施工，即在抓斗挖槽完毕后，　２４０　ｋｇ／ｍ　，砂率不宜小于４５％；一般采用一　７４　科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ