塑性混凝土防渗墙在土坝防渗加固中的应用与

城市建筑┃施工技术┃URBANISM AND ARCHITECTURE┃CONSTRUCTION TECHNOLOGY

97 塑性混凝土防渗墙在土坝防渗加固中的应用与探索

The Exploration and Application of Plastic Concrete Cut-off Wall in Earth Dam Seepage

Control and Reinforcement

■ 黄荣峰1 周江沭2 ■ Huang Rongfeng1 Zhou Jiangshu2

[摘 要] 塑性混凝土防渗墙作为水利水电以及市政工程普

遍使用的地下连续墙，主要利用专用造槽机械设备成槽，

通过在槽孔内部浇筑混凝土，从而形成防渗墙体。本文结

合我国塑性混凝土防渗墙在土坝防渗加固中的应用和探

索，对塑性混凝土防渗墙施工工艺进行了简要的探讨和阐

述。

[关键字] 塑性混凝土 防渗墙 土坝防渗加固

[Abstract] The plastic concrete cutoff wall as the widespread

use of the diaphragm walls of water conservancy and hydrop-

ower and municipal engineering to equipment special made

machinery slot into a groove so as to form a cut-off wall thro-

ugh the slot internal pouring concrete. In this article, the author

combine the exploration and application of plastic concrete

cutoff wall in earth dam seepage control and reinforcement to

discuss and elaborate the technology of plastic concrete cut-off

wall construction.

[Keywords] plastic concrete, cut-off wall, earth dam seepage

reinforcement

从上个世纪50年代末开始，国外建成了几十座

塑性混凝土防渗墙，我国从1989年以来，也建成了

很多塑性混凝土防渗墙，最大墙体深度达到81.8 m。

根据已经建成的工程运行实践经验分析，塑性混凝

土防渗墙是一种相对经济、安全的防渗结构，在土

坝防渗加固中，能节约水泥材料，有效地降低了工

程成本。具有广阔的应用前景。

一、 塑性混凝土防渗墙

1. 塑性混凝土防渗墙特点

塑性混凝土是用膨润土和黏土取代普通混凝土

中的大部分水泥形成的一种柔性工程材料。与普通

混凝土相比，塑性混凝土具有弹性模量低、极限应

变大、抗渗性能好，能适应较大变形的特性，同时

还具有节约水泥、降低造价、方便施工等优点。

塑性混凝土防渗墙，克服了传统刚性墙体以及

土体弹性模量差异大、应力大、不适应土体变形、

土体和墙易脱开、墙体断裂、极限应变小等缺点。

塑性混凝土极限应变值一般在0.33%至0.7%左右，

是普通混凝土的2到4倍，可以消除刚性墙体由于

围土和墙体变形不同而引起的高应力状态，塑性混

凝土弹性模量接近于地基的变形，从而大大改善了

墙体的应力状态，在强度较低的情况下，墙体也不

会开裂，具有良好的耐久性和安全性。

二、 塑性混凝土防渗墙设计

1. 防渗墙布置

根据土坝特点，防渗墙轴线一般布置在坝顶范

围，结合防渗墙施工平台的布置设计，和坝轴曲线相平行。墙顶高度必须在设计洪水位的0.3～0.6 m

以上，且不能低于校核洪水位，墙底穿越坝基强风

化相应的覆盖层，和基岩界面紧密联系，从而有效

防止坝体渗漏。

2. 墙体厚度的确定

(1)墙体厚度先按抗渗性及耐久性要求计算厚

度。

抗渗性：塑性混凝土的抗渗性以渗透系数k表

示，一般在n×10- 6～n×10- 8 cm/s之间变化，有的

高达10- 11 cm/s，我国水利水电工程设计采用的渗透

系数，承压水头低于70 m的一般为n×10- 6～n×10-

7 cm/s；承压水头大于70 m的可控制在n×10- 8 cm/s。

耐久性：防渗墙在渗透压力作用下，其耐久性

取决于机械力侵蚀和化学溶蚀作用。由于侵蚀破坏

作用都与水力坡降密切相关，因此，防渗墙厚度首

先根据其破坏时的水力梯度计算防渗墙的厚度B，

即

B=H/JP JP=Jmax/K

式中：JP为防渗墙允许水力梯度；H为防渗墙承

受的最大水头；Jmax为防渗墙破坏时的极限水力梯

度；K为安全系数，国内一般采用K=5

塑性混凝土防渗墙的水泥用量较少，极限水力

梯度相应较低，根据有关实验数据和工程经验，塑

性混凝土防渗墙的允许水利梯度建议采用JP=50～

60为宜。在计算防渗墙厚度时，考虑这些参数按上

式进行计算，按抗渗性及耐久性计算的墙体厚度是

最小墙厚，也是初选墙厚。

(2)通过防渗墙结构计算的应力应变结果验算

墙厚。

根据水利梯度计算的防渗墙厚度以后，对于高

坝，再通过防渗墙应力应变结构的计算验算防渗墙

的强度和变形是否满足要求。因为高坝承受的压力

较大，不进行计算就无法确定防渗墙的受力状况。

根据初选的墙厚进行结构计算，然后对应力应变的

结果进行检查，检查其压应力、拉应力、剪应力和

应变是否超过墙体的允许值，若未超过，说明初选

墙厚满足要求，否则应逐渐加大墙厚再计算，直到

满足要求为止。

3. 槽段划分布置

由于混凝土防渗墙主要由段板套接而成，套接

接缝和墙段都比较少，墙防渗效果比较好。槽孔段

划分时必须保障造孔以及大坝的安全，在符合相关

施工挖掘机具成孔的条件下，合理考虑混凝土运输

能力和搅拌设备。据调查显示，我国塑性混凝土槽

孔长度一般在5～17 m。槽孔一般划分为两序槽孔，

相隔布置（如图1所示）。

图1槽段划分布置图

三、 塑性混凝土防渗墙施工工艺

1. 塑性混凝土防渗墙施工程序

塑性混凝土防渗墙的施工程序：施工准备—测

量放样—施工平台与导墙施工—机械分段成槽—清

孔（Ⅰ期槽孔下设接头管、Ⅱ期槽孔刷接头）—下

设预埋管—下设浇筑导管——塑性混凝土浇筑。下面

介绍几个关键工序。

2. 墙顶施工平台与导墙

进入施工程序后首先进行施工平台与导墙的构

筑。防渗墙顶平台应该坚固、平整，适用于重型设

备和运输车辆行走，宽度应满足施工需要。其高程

需综合考虑以下几个条件：

(1)应高出地下水位1.5 m以上；

(2)施工期水位；

(3)能顺畅地排出废水、废浆、废渣；

(4)尽量减少施工平台的挖填方量。

在建造槽孔前应先修筑导墙，导墙的结构型式、

尺寸应根据防渗墙体厚度和深度、导墙下土质情况

及施工机械等施工荷载综合确定，常用的型式有矩

形、直角梯形、倒L型、槽钢型等。建造导墙一般

要求是：

(1)导墙应建造在坚实的地基上，如地基较松散

或较弱时，修筑导墙前应采取加固措施；

(2)导墙应采取现浇混凝土构筑；

(3)导墙高度一般在0.5～2.0 m之间，顶部高

出地面不应小于50 mm;

(4)导墙中心线应与防渗墙轴线重合，导墙内侧

间距宜比防渗墙厚度大40～100 mm；

(5)导墙外侧填土应夯实，夯实填土时，应采取

措施防止导墙倾覆或位移。

3. 机械分段成槽

槽孔施工时按照预先划分的槽段施工，分序建

造，先施工一序槽孔，再施工二序槽孔。可选取的

成槽方法有抓取法、钻抓法、钻劈法、铣削法等。

抓取法为纯抓斗施工，目前在国内属于较新的

槽孔建造工艺，工效高于钻劈法和钻抓法，适用于

细颗粒地层，但成槽精度较低。

铣削法是利用液压铣槽机铣削地层成槽的一种

方法，是最新的槽孔建造工艺，多用于砾石以下细

颗粒松散地层和软弱岩层，该法工效高，成槽质量

好，但成本高。

槽孔长度一般在7 m左右。各个槽孔线在设计

防渗墙轴线上，壁面要保持平整垂直，防止偏斜，

孔斜率小于4‰，成墙段没有波浪形的小墙和探头

石。同时，为了保障槽孔深度和终孔，应该掌握地

层岩线和防渗墙底线的高程，在间隔20 m的防渗墙

轴线设置导孔，并且适当加密。

（下转第106页）

106

图3竖井内电缆穿楼板做法 四、 增容的实际效果

增容工程进入调试阶段时，因在配电柜内、层

配电箱内及各个实验室配电箱内均设置电表进行计

量，因此将实际用电情况与设计方案中的配电设备

参数进行对照。在各个课题组进行正式科研工作时，

对配电设备和线缆进行检测，配电室及各配电竖井

内配电设备各回路运行平稳，且方案中用电量考虑

较为充裕。例如A楼3、4、6层增容回路，配电柜

内对应电表读数为177.6 A，而方案中计算电流为

225.3 A。3层配电箱内电表读数为66.1 A，4层为

83.0 A，6层为33.1 A，均低于方案中计算电流值，

电缆工作状态良好，无明显温升。

五、 改造方案中主要的问题

1. 配电变压器选型

配电变压器的选型是改造中需注意的问题，市

场上可供选择的有干式变压器和油浸式变压器两

种。随着干变制造业水平的不断提升，同容量、同

电压等级干变与油变的价格比有不断下降的趋势，

同时干变还有以下油变无法比拟的技术优势：（1）无油、无污染、难燃阻燃、自熄防火、绝缘温升等

特点；（2）损耗低、效率高、噪声小，因为无油，

不会产生有毒气体，也不会污染环境；（3）局部放

电量小，可靠性高，可保证长期安全运行，寿命可

达30年；（4）抗裂、抗温度变化，机械强度高，抗

突发短路的能力强；（5）防潮性能好，可在100％

湿度下正常运行；（6）体积小、重量轻，安装便捷，

无须调试，无须更换和检查油料，运行维护成本低；

（7）有完善的温度保护控制系统，为变压器安全运

行提供可靠保障。鉴于以上优点，大蜀山发射台设

计新系。

2. 电流互感器的技术要求

电流互感器是一种将一次回路的大电流成正比

地变换为二次回路小电流的电流源，按其用途和性

能特点分为两大类，一类是测量用互感器，另一类

是保护用互感器。大蜀山发射台配电系统中主要涉

及到第一类测量用互感器，它的作用是在电力系统

正常运行状态下进行电流变换，供给测量表计、运

行状态监视表计等仪表装置。

3. 铁磁谐振消除装置的选择和更换

电力系统中的铁磁谐振过电压是一种常见的内

部过电压现象，这种过电压持续时间长，对电力系

统的安全运行威胁极大。电力系统有大量感性和容

性元件，能组成复杂的LC振荡电路，在一定的能量

作用下，特定参数配合的回路就会发生谐振现象，

例如电压互感器在正常条件下三相基本平衡，但在

电压互感器突然合闸、电网中单相接地突然消失等

情况，会造成互感器的三相对地电压随之变化，出

现过电压使电压互感器铁心饱和，电感量降低，与

线路对地电容形成的振荡回路就有可能激发起铁磁

谐振。

4. 变压器噪声的处理 变压器噪声是变压器运行时的固有特性。干式

变压器噪声主要来源是铁心的磁致伸缩噪声、硅钢

片结构形式和装配工艺等引起的噪声。此外，外部

部件振动和安装环境等引发的噪音也是重要因素之

一。因前三个方面来自设计和生产环节无法改变，

故后两个安装环节的噪声来源是需要重点考虑的。

干式变压器的本体振动除了产生噪声外，也可能引

起建筑结构的共振，极易引起空腔共鸣声，需要安

装时在变压器底座与地基基础之间安装隔振材料，