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摘要：云南省省内土坝、粘土心墙坝等均质坝型，其坝身渗漏多采用槽板式混凝土防渗墙施工艺处理，有许多除险加固工程施工单位进行施工时，存在较大的风险，诸如：高水位下对大坝进行防渗墙施工作业有溃坝风险、防渗墙施工时诱发水库滑坡、防渗墙导墙、施工平台沉陷、开裂等。因此这给防渗墙施工带来了新课题。本文对富源响水河水库、泸西板桥河水库、龙陵一朵墙水库、思茅太平河水库等几座病险水库防渗墙施工进行技术分析，并探讨有效规避风险的措施之一：采用桩柱式防渗墙施工技术运用的可能。
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关键词：病险水库高水位 均质坝槽板式桩柱式防渗墙滑坡沉陷技术探讨
中图分类号：TV697.3 文献标识码：A文章编号：
Abstract: Yunnan provinces modes, clay dam homogeneous core wall, the dam type, including the leakage used more groove plate concrete walls; process, there are many problems reinforcement engineering construction units for construction, there is greater risk, such as: high water level of DAMS under diaphragm wall construction operations to dam risk, diaphragm wall construction reservoir induced landslides, when diaphragm wall guide wall, construction platform subsidence, craze, etc. So the diaphragm wall construction to has brought the new topic. In this paper, the fuyuan xiangshui river reservoir, luxi slab bridge river reservoir, LongLing a wall reservoir, simao peace river reservoir a few a dilapidated reservoir analyzing diaphragm wall construction, and discusses the effective measure to avoid risk: the piling construction technology of cut-off wall may use.
Key Words: seepage path reservoir, high water level, uniform dam, slot, plate piling cut-off wall, landslide, subsidence, technology, discussion
一、前言
当前土坝、粘土心墙坝等均质坝型，其坝身渗漏多采用槽板式混凝土防渗墙施工艺处理，有许多除险加固工程施工单位进行作业施工时，存在较大的风险，诸如：泸西板桥河水库受当地起用水等不可消除因素的影响，大坝混凝土防渗墙的施工不得不在高水位情况下冒险进行；思茅太平河水库主坝防渗墙施工诱发水库内滑坡，最终导致防渗墙施工方案起消；龙陵一朵墙水库大坝防渗墙施工引起防渗墙导墙位移、开裂、施工平台沉陷、出现滑坡趋式，最终导致防渗墙施工方案暂停，大幅增加投资处理后再恢复施工；富源响水河水库坝型为堆石心墙坝，心墙防渗墙施工时，因漏浆导致孔壁大体积坍塌，最多时个别槽段塌方量超过300m3，险些造成大坝失稳。以上问题如何解决、施工风险如何规避，本文在深入分析事故原因的基础上作尝试性探讨。
二、常规设计思路概述
云南省因水资源的丰富的等原因造就众多土石坝，经多年运行坝身渗漏问题严重，彻底解决这一问题，槽板型防渗墙方案是首选，而实际上槽板型防渗墙在实施中也不是万能的，施工中可能遇到：大坝失稳、滑坡、溃坝，防渗墙导墙位移、开裂、施工平台变形、沉陷等问题。
针对上述情况，传统的作法是：主动采起一系列有效预防措施，避免风险的发生，但所有的预防措施，均是以大幅增加投资、延长工期、变更防渗方案为代价。
笔者经长期的施工实践认为：主要原因在设计方，设计方为追求整体防渗效果，受传统惯性思维制约，认为防渗墙均可以采用墙板式(槽板型)的，实际上防渗墙可选择的种类形式很多，按墙体水平截面的不同型状有，墙板式、柱列式(桩柱式)、混合桩柱式、混合板桩式4种型式。但就结构形式而言主要有两类，即桩柱型防渗墙和槽孔型(槽板型)防渗墙。
详见下图所示：
设计时防渗墙结构形式选用何种类型要充分考虑可行性，尽最大限度规避风险，节约投资。
三、槽板型防渗墙施工中存在的风险及常规预防处理措施简述
1、高水位下对坝体进行防渗墙施工存在的主要风险及常规预防处理措施
由于防渗墙是沿防渗轴线方向对大坝进行“开肠破肚”施工和在高水位下共同作下，随防渗墙施工进度的推进，完整的坝体被分割成前后两块，大坝的应力变化趋向复杂化，坝体自身平衡稳定性将被打破；在高水头作用下，渗流通道会加剧形成管涌和流土，对防渗墙施工的造孔成槽、混凝土浇筑均构成不利影响，极有可能造成溃坝的危险，进而使坝体失稳。
工程实例：泸西县板桥河水库防渗墙施工，大坝坝型为石渣料粘土心墙坝，防渗墙最深60.5m，墙厚0.8m，施工期间正常蓄水，水位高差最大为52.0m。
本工程采起的主动预防处理措施有以下几条：
⑴防渗墙施工期间，在坝顶位置设置位移观测点，随时监测施工中坝体的变形情况，并作好记录。发现异常，立即全部停止施工，待原因查明，坝体稳定后才能继续施工。
⑵适时随时观测大坝浸润线和坝脚渗漏量水堰渗流变化情况，并及时记录反馈至施工一线，异常情况，即时汇报处理。
⑶在施工期间，安排专业技术人员对坝体、坝坡、坝肩及坝脚进行全天候监测和巡视，异常情况，即时汇报处理。
⑷墙段施工采起远离跳打法，分散开孔槽段，减小施工冲击荷载，一个槽段最多安排两台冲击钻机造孔，并在50m范围内不得超过四台钻机造孔。且待上一槽段施工完毕后，方才能施工下一个槽段。
⑸在施工过程中随时备足专用的抢险设备和材料，一旦槽孔内出现固壁泥浆浆液面下降较快，立刻组织设备、机械、人员往槽孔内填入预先准备好的堵漏材料（如水泥、粘土块、草袋、锯末、海带等，并向槽孔内注浆，以防止槽内乏浆而塌孔，确保槽孔安全。
⑹为确保施工中槽孔的安全，固壁泥浆采用优质泥浆，严禁使用回收的泥浆，由于外水压力比较大，固壁泥浆比重、粘度均应比一般情况大。并且泥浆浆液面应保持高于库水位不少于5m。清孔完毕后的泥浆也必须具有相当的比重和粘度。
⑺在坝体进行混凝土浇筑时，混凝土面上升速度严格控制在2.0～4.0m/h，否则由于流态混凝土的侧压力过大，会把坝体劈裂。并且严格控制混凝土面的均衡上升。
⑻若坝体在造孔及浇筑过程中出现裂缝，则立即暂停造孔，稳定裂缝，同时向槽内注浆，以保持槽内泥浆面。同时加强对裂缝变化的观测，随时掌握情况，保证安全，待裂缝稳定且槽内泥浆不再漏失后，方可恢复施工。
⑼在渗流速度较快的槽段施工混凝土防渗墙，水下混凝土拌和性能严格控制，其水灰比低于一般混凝土防渗墙的施工水灰比。下设浇筑导管的间距控制在2.5m左右。
2、思茅太平河水库主坝防渗墙施工诱发水库内滑坡及处理措施简述
工程实例：思茅太平河水库主副坝防渗墙施工，大坝坝型为均质土坝，最大坝高32.21m，设计防渗墙最深36.93m，墙厚0.4m，共24个槽段，防渗轴线长192m，施工期间未蓄水，空库运行。
⑴滑移情况简述
2005年4月18日，主坝防渗墙Z7＃和Z13＃槽孔的造孔施工时，在上午7时发现在里程0+170m、高程1184.1m上游坝坡处有一漏浆点，漏浆量约1.5L/s，漏浆点顶部的施工平台出现一道弧形裂缝，宽约1.5cm，并持续向左岸发展。对此异常情况，施工单位即刻停止所有施工，并将设备分散摆放，同时密切观察裂缝动向、积极寻找漏浆源。随时间推移，钻机平台不断出现新的纵向、横向裂缝，裂缝宽度不断扩大，坝体中部上游侧混凝土导向墙开始下沉。至中午12点，钻机平台上裂缝宽达3cm，里程0+52m～0+105m上游侧混凝土导向墙整体下沉达8cm。15时55分，里程0+46m～0+165m上下游混凝土导向墙同时向槽孔中心垮塌，钻机平台突然下沉，最大下沉1.0m，至19时最大下沉1.6m，至24时最大下沉2.2m。上游坝坡面多处出现纵向、斜向、横向，宽度不一的裂缝
沉降滑移一开始，施工单位在抢救设备的同时，在上游坝坡面共设了12颗沉降位移观测桩，每2小时不间断观测坝体滑动位移情况，并随时将最新观测情况向主管部门汇报。17时30分，对当时出现滑动的区域进行了测量，4月19日上午7时30分第二次对滑动的区域进行了测量，滑面面积占上游坝体面积的68.8%。截止4月20日上午9:40时上游坝脚施工中的齿墙基础向库内水平位移最大值达2.1m，上游坝体顶部向库内水平位移最大值为65.8cm。
附：主坝上游坝体滑移平面图
主坝上游坝顶沉降过程线
主坝上游坝坡水平位移过程线
主坝上游坝体滑移平面图
主坝上游坝顶沉降过程线
主坝上游坝坡水平位移过程线
(2)滑坡原因分析分析
经专家组现场调查认为，对造成主坝上游坝坡滑坡的原因，主要有三个方面：
a、由于大坝受当时施工条件的限制，填筑质量过差，加之坝体多次受地震影响留下不安全隐患。
b、由于渗透性总体上偏低且不均匀，虽然水库的放水速度不快，但水库排空后坝体仍存在内水外渗的现象，增大了上游坝坡的下滑力。
c、在混凝土防渗墙施工中，受到槽孔泥浆水平推力及施工机械扰动的影响。
(3)采起的处理措施
a、内坝脚抛石压脚。
b、内坝坡新增培厚处理。
c、主坝防渗方案调整为三排帷幕灌浆孔。
3、龙陵一朵墙水库主坝防渗墙施工引起导墙位移、开裂、施工平台沉陷、坝体出现内滑坡趋式的新险情及预防处理措施简述 工程实例：龙陵一朵墙水库防渗墙施工，大坝坝型为均质土坝，坝高34.0m，坝顶长236m，设计防渗墙最深39.57m，墙厚0.4m，主坝共15个槽段，防渗轴线长240m，施工期间未蓄水，空库运行。
⑴主坝坝顶裂缝的形成及发展情况
2010年4月21日，16号槽段17号主孔造孔至10m多时，孔内浆面迅速下降10m多，在孔内壁上垂直轴线方向上、下游各出现一条可视裂缝，缝宽最大25cm，之后，后采用相应堵漏措施后，漏浆情况得到控制。
2010年4月26日，3号槽段在施工过程中出现漏浆并伴有塌孔现象，施工单位现场查看情况，发现在槽段内垮塌的地方存有一条几近平行于防渗轴线的光滑断裂面，当时因垮塌严重，经现场商定后采起粘土回填槽孔的措施处理。
2010年5月11日，施工单位发现导向槽裂缝，裂缝最大宽度1.1cm，并于6号、7号、8号槽段内做简易标记，以观测缝缝变化情况。当时，5号槽正在造孔，相邻6号槽段出现细微的裂缝，主孔有轻微的漏浆现象，使用各种堵漏措施，均未收到良好的效果，而内外坝坡没有发现漏浆点；同时，发现正在造孔的14号槽左岸4m左右处发现一道平行于防渗轴线的裂缝，且开始漏浆，使用各种堵漏措施，均未收到良好的效果，14号槽的长度在请示监理同意后作缩短槽段进行施工。此后，跟踪观察结果显示，裂缝没有再次发展扩大。次日，观察到裂缝明显合拢迹象，但依然可见裂痕，裂缝宽度为1.3cm，并于7号槽内、13号槽下游沿裂缝走向开挖探坑，借以查看裂缝发展深度及缝宽。
2010年5月14日，凌晨5点发现5号槽上游导向槽下沉4cm，且与施工平台分离形成裂缝，坝面施工停息1.5小时后，跟踪观察结果显示，所出现的裂缝，当日没有再次发展扩大。下游开挖的探坑（垂直深度50cm），发现裂缝扩大至4.6cm，同时在未施工的6号槽导向槽内发现1.6?M宽的裂缝，且上下游导向槽与施工平台发现分离裂缝。14号槽调整后的7～13号孔段为一个施工单元,在混凝土浇筑过程中，发现裂缝向左岸沿导向槽段扩展20m左右，同时观察到 14号槽内的泥浆与5号槽的泥浆连通，据此可推测5～14号槽段之间存在连通裂缝，随14号槽混凝土浇筑顶面的上升，裂缝呈扩大趋式，且延伸至5号槽，最大缝宽2cm。
2010年5月15日凌晨5时, 查看探坑裂缝发现有明显的合拢迹象, 同时观察到5号、6号上游导向槽相对施工平台下沉2cm。同日5号槽混凝土浇筑，随槽内混凝土顶面上升至13.0m时（上午9点），开始观察到导向槽两侧及内部裂缝迅速扩大，至混凝土浇筑结束时，裂缝长度从2号槽延伸至13号槽，长度 80m左右，最大缝宽5.3cm，其中12号、13号槽下游侧裂缝最大宽度为2.3cm，缝内被槽内泥浆充满，导向槽相对施工平台最大下降了30cm，导向槽间最大间距87cm（未造孔前为70cm），并于上游导向槽处发现多处裂痕，6号槽处导向槽间距缩小7cm，施工平台局部塌陷，导向槽和施工平台相对最大横向位移5cm，未施工的6号至8号槽内坝土顶面局部下沉2.5m，缝内可见泥浆流动。
2010年5月16日，经观察， 5号槽浇筑完成后，裂缝几乎没有发展变化，但从5号槽内流出的泥浆在开裂地段液面下降了53cm。次日，坝面裂缝几本没有变化，5月18日，观察到坝面裂缝回弹合拢5cm。
2010年5月21日，14号槽段浇筑完毕后发现在间隔18m的11号槽内裂缝有扩张现象。
一朵墙主坝防渗墙自2010年4月16日开工以来，到2010年5月20日止，主坝0+009.25～0+144.50m坝段沿防渗墙轴线出现了不同程度的开裂，主裂缝己经全部贯穿整个主坝段，可视裂缝最大宽度达34cm，裂缝垂直深度尚未探明，在主坝右端出现向上、下游方向发展的接近垂直坝轴线的裂缝；主坝0+009.25～0+144.50m坝段均出现不均匀的沉降变形，最大沉降量达47cm；未施工的6～13号槽段的导向槽导墙局部己经被扭断，导向槽之间的距离最大扩大了18cm。
(2)成因分析
根据上述发生的现象，施工单位经分析认为，主要是由下述原因造成的：
1）该坝原填筑时为人工填筑，压实密度不够。填筑用坝土料C、φ值严重偏低，粉粒含量偏多，上下游坝坡相对土体力学指标属偏陡类型，坝体抵抗劈裂能力相当弱，这可能是造成防渗墙施工时产生坝体裂缝的原因之一；
2）1976年地震时，一朵墙水库所在区域属于震中范围，在地震时己经造成多处隐蔽坝体裂缝；加之地震后采用灌浆除险加固时，在未施加灌浆压力，坝体即被劈裂，且裂隙发展相当快，最宽处裂缝达20cm，且回弹相当慢，10多天后，裂缝还有5～6cm宽，说明坝体抗劈裂性能差。
本次防渗墙施工中的浆液极易对原坝体产生二次劈裂，形成次生裂缝和对原有裂缝造成扩张；
3）据现场了解和实地观察6～7号槽段的内坡坝体，在水库运行过程中有内滑坡历史，说明滑弧面在过去己经形成，本次防渗墙施工中附加的动荷载有加剧主坝上游坝坡滑移的可能；
4）混凝土防渗墙浇筑使用的流态混凝土产生的侧压力和维持混凝土面在槽内上升的顶托力的共同作用超过坝体自身抵抗能力，这也可能是造成坝体变形开裂的原因之一；
5）经过对已形成的坝体裂缝走向观察并结合坝体沉降观测数据资料分析，施工单位认为主坝坝体极有可能己经形成滑坡所具备的条件。
(3)施工单位采起的应急措施
1）停止主坝防渗墙的施工，待查明原因，参建各方选定处理方案后再恢复施工；
2）建立观测网，密切观测坝体变形情况；
3）施工中加强巡查，对坝体的各部位、各条裂缝进行严密的监控，并详细记录，发现任何异常立即向参建各方报告；
4）鉴于本工程所在地降雨量大，立即采用薄膜覆盖裂缝顶部，尽可能不让雨水、废浆通过裂缝侵入坝体，给坝体稳定创造有利的条件。
5)处理建议，主坝坝体防渗再继续采用防渗墙施工，极易诱发坝体滑坡，为确保主坝坝体安全，在滑坡风险因素得不到完全约束或可控的条件下，不宜再沿用该方案进行施工。应针对现状专题研究：比较和优选其它各它防渗处理方案，以最大限度降低坝体滑坡的风险并达到除险加固的目的。
(4)处理措施
主坝险情发生后，主坝防渗墙暂停施工，建设单位委托设计单位对坝体进行地质复勘、坝体稳定复核，认为内坝坡已具备滑坡条件。最终的处理措施为：
a、坝脚抛石压脚提前进行施工。
b、主坝内坝坡开挖两个振冲平台，布设1000多颗振冲碎石桩对主坝内坡进振冲置换挤密加固。
c、将原设计防渗墙施工平台高程下降3.0m，重做导墙及施工平台，待a、b两项施工结束后，再恢复防渗墙施工。
4、富源响水河水库主坝防渗墙施工因漏浆导致孔壁大体积坍塌及处理措施简述
工程实例：富源响水河水库主坝防渗墙施工，大坝坝型为堆石心墙坝，坝高35.8m，坝顶长170m，设计防渗墙最深44.9m，墙厚0.6m，主坝共22个槽段，施工期间未蓄水，空库运行。
⑴漏浆、塌孔情况简述
主坝防渗墙工程在整个施工过程中，共有13个槽段发生漏浆、塌孔情况，其比例占到槽段总数的59%，最严重的是15＃、17＃两个槽段，17＃槽段中3、7号主孔分别造孔至44.0ｍ、39.0ｍ时，出现了严重漏浆，随后17＃槽段的1、5号主孔以及15＃槽段的3、5、7号主孔也出现漏浆，且漏浆量很大，随着漏浆量的不断增大，17＃槽段导向槽底部孔壁大量塌方，最大塌方空间直径达7.0m,使该槽段导向槽、施工平台底部大部分架空。施工单位自漏浆之时即停止15＃、17＃槽段的施工，全部力量投入堵漏中，采起了补充泥浆，抛填堵漏材料，但收效不大，最后只有用大量粘土将所有槽孔回填至孔口，暂停施工，将施工机械搬移开。
(2)成因分析
针对本工程防渗墙施工中出现的频繁漏浆并导致塌孔的情况，施工单位分析认为，主要有以下几点原因：
1)各漏浆处基岩存在大裂隙与空洞；
2)河床部位的砂卵砾石层内具有良好的纵横向且贯穿性的水流通道，或曾出现过管涌现象,导致砂卵砾石层级配发生变化,石块之间已架空，形成大的渗漏通道;
3)另一施工单位使用的激振力为60T的牵引式振动碾，对扩大漏浆通道与孔壁塌方有直接的影响；
4)槽壁土体的密实度差，颗粒不均，容易失稳，造成塌孔与漏浆。
(3)处理措施
1)暂停事故槽段造孔施工、及时补充合格泥浆；
2)抛填粘土，水泥、水玻璃、粉煤灰、锯木（或稻草、包谷秆等）混合材料封堵漏浆通道。
3)对大裂隙漏浆采起回填高塑膨胀粘土、灌注低标号混凝土或砂浆封堵。
四、投资增加分析
通过对以上4件工程对事故处理的剖析，可以明确施工单位在事故处理过程中采起的手段和措施是适当的，其实施方案可挑刺的漏洞很少，但忽视对投资增加的考虑，现分述如下：
1、泸西县板桥河水库防渗墙工程，受高水位、漏浆、塌孔、塌槽等因素影响，进而使混凝土合理超量达2500m3之巨，因堵漏增加的措施费、合理超浇混凝土的费用超过400多万元。
2、思茅太平河水库主坝防渗墙工程，受滑坡影响防渗方案变更，新增三排帷幕灌浆孔替代防渗墙方案、内坡抛石压脚、滑坡体处理三个工程项目，最终使投资增加600多万元，其新增的投资已超过原方案2倍多。
3、龙陵一朵墙水库主坝防渗墙工程，受导墙位移、开裂、施工平台沉陷、坝体出现内滑坡趋式的新险情影响，新增内坝坡振冲平台开挖、回填、振冲工程、坝顶开挖及回填、防渗墙临时工程拆除及重建多个工程项目，最终使投资增加550多万元，其新增的投资已超过原方案2倍多。
4、富源响水河水库主体防渗墙工程，受漏浆、塌孔、塌槽等因素影响，进而使混凝土合理超量达870m3，因堵漏增加的措施费、合理超浇混凝土的费用超过150多万元，其新增的投资已接近原方案为0.5倍。
就当前省内水利工程的实际，因防渗墙施工诱发事故最终导至投资大幅增加，是不可避免的？还是有其它方案可以替代，需要慎重考量。
五、桩柱式防渗墙施工技术运用的设想
上述涉及事故的4件水利工程发生都与槽板式防渗墙施工技术有关，就事故本身而言，主要原因可概述为四点，
1、防渗墙施工对坝体稳定的影响分析不到位；
2、坝身填筑材料的物理力学指标在投入水库运行多年后的改变分析不充分；
3、因历史原因造成的清基不彻底、使用不同粒径的填筑材料形成水平分层，其层间的相互影响和渗漏分析不全面；
4、未考虑用桩柱式防渗墙来规避潜在的风险。
上以所述四点，要完整回答，不是本次阐述的重点，本次仅从第4点的角度探讨规避潜在的风险的可能。
桩柱式防渗墙的优缺点：
桩柱式防渗墙与槽板式防渗墙比较存在垂直接缝多，有效厚度小，要求每个钻孔的垂直度都较高，浇筑次数多，质量检测频次多，施工速度慢等缺点。
桩柱式防渗墙60年代以来，国内外已很少采用这种墙型，但并是说它在防渗上就没有可行性，1951年在沃尔图尔诺水电站首次建成的桩柱型混凝土防渗墙其防渗效果就很好、1958年在湖北省明山水库建成连锁管柱型混凝土防渗墙、同年在山东省青岛月子口水库建成的桩柱型混凝土防渗墙其防渗效果就很好，同时也说明防渗效果是可行的。
桩柱式防渗墙的优点主要体现在单孔成孔即浇筑混凝土，造孔时遇漏浆、塌孔均易处理且工作量不大，可有效避免槽板式防渗墙在钻凿副孔或基本成槽时漏浆需全槽段大量投入堵漏材料、工时的情况，同时也避免孔壁大坍塌、导向槽、钻机平台架空现象，能有效减少后期混凝土的超浇量，节省混凝土。
桩柱式防渗墙混凝土浇筑时流态混凝土产生的侧压力和维持混凝土面在孔(槽)内上升的顶托力远小于槽板式防渗墙混凝土浇筑产生的破坏力，对大坝稳定的影响小于槽板式防渗墙。
桩柱式防渗墙单孔施工用时远小于槽板式防渗墙单个槽段的施工用时，缩短槽孔浸泡时间，减少渗漏对坝身稳定的不利影响、同时减少塌孔、塌槽现象。
假设上述4件除险加固工程在设计时，设计方大但采用桩柱式防渗墙工艺，笔者相信事故风险是可以规避的，投资增幅也会大幅减少，当然初始投资会增加一些，但也不至于超几百万元，甚至到被迫变更防渗方案的地步。
六、结语
我们在设计防渗墙防渗方案时，如遇到高水位蓄水施工、坝身填筑材料不均匀、有分层现象、填筑质量差，保水性好、清基不彻底、地震破坏、等等因素，需分析斟酌，但资料不全，难以准确分析成果时，建议可大胆采用桩柱式防渗墙方案来规避潜在的风险，当然该方案自身的缺陷也要仔细考量。
参考文献：
1、陶景良《混凝土防渗墙施工》1988年10月
2、高钟璞《大坝基础防渗墙》 2002年2月
3、张景秀《灌浆法的正用与新规范构想》 2006年6月
4、郑秀培《土石坝地基混凝土防渗墙设计与计算》1979年7月
5、孙钊、夏可风等《堤防及病险水库垂直防渗技术论文集》2000年11月
6、唐绍富、陈荣《病险水库在高水位情况下进行大坝混凝土防渗墙
施工的技术措施探讨》2009年10月
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发表于 2018-7-16 21:13:26