水利工程防滲處理施工技術綜評

邱灝

(湖北省恩施土家族苗族自治州水利電力工程建設公司，湖北恩施445000)

我國水利水電樞紐工程為數眾多，分布廣，壩型多樣，發揮著防洪減災的重要作用，同時為農業灌溉生產和人民生活用水以及工業用水提供水源。然而，由于它們多屬于特殊歷史時期的產物，而且經過多年的運行，其中許多工程都不同程度存在一些病險問題。包括滲透破壞、滑坡、開裂和沒治，其中以滲透破壞為主。滲透破壞主要表現為:①堤身物質組成的不均勻性和填筑密實度的不均勻性造成的，如部分堤段堤身壤土為粉細砂、砂壤土或存在孔洞、裂縫等;②筑堤時未清基，堤身堤基接觸帶物質較混雜，存在透水性較強的砂層、砂土層，導致壩基滲漏、滲透破壞等。通過水利工程防滲處理施工技術探討，對提高水利工程的經濟效益和社會效益具有重要的意義。

1 瀝青混凝土防滲墻技術

1.1 工程概況

某水利樞紐工程以防洪、城鎮生活和工農業供水為主，設計水平年，水庫正常蓄水位為216 m，死水位為195 m，防洪限制水位為213.37 m，設計洪水位218.15 m，校核洪水219.9 m，水庫總庫容86.11×108m3。該水利樞紐工程主要建筑物包括:瀝青混凝土心墻砂礫石主壩、黏土心墻砂礫石左岸副壩、黏土心墻堆石右岸副壩、岸坡開敞式溢洪道、河床式電站廠房及兩岸灌溉輸水洞(管)。主壩布置在主河谷內，建在中強透水的砂卵礫石和含泥砂礫石層上，最大壩高41 m，壩頂高程221.00 m，壩頂寬2 m，長1 658.31 m。壩的基本剖面上、下游均采用二級坡。長期以來，由于壩體上游面出現多條縱橫裂縫，滲漏嚴重。2009年，施工單位在確定的壩線，選定的樞紐布置方案的基礎上，對主壩的防滲型式進行了研究。根據工程具體條件，對河床部分的主壩擬定了瀝青混凝土防滲墻防滲方案。

1.2 施工工藝

混凝土防滲墻是20世紀60年代初發展起來的一種垂直防滲技術，目前已成為粒狀地層的主要防滲手段。其主要優點是能有效地控制墻厚，墻段之間結合緊密，安全可靠。本工程根據現場試驗和施工的實際情形，制定了嚴格的施工工藝過程:混凝土截水墻澆筑→混凝土面處理→測量放線→模板架立→兩側過渡料填筑→瀝青混凝土澆筑→拆模。具體施工技術如下:

1)混凝土截水墻澆筑。該工程采用鋸槽法成墻工藝，在先導孔中，鋸槽機的刀桿以一定的傾角一邊做上下往復切割運動，一邊以0.8～1.5 m/h的速度(根據地層狀況)向前移動開槽。被鋸切割下來的土體可由反循環或正循環方式的排渣系統排出槽外，并采用泥漿護壁。防滲墻有效厚度，參照一般透水地基對建筑物基底防滲板樁的防滲性要求確定水泥粉噴攪拌樁防滲墻設計滲透系數，然后通過綜合論證，在進一步降低滲透系數的可能性和所產生的工程效果的基礎上，提出經濟合理的設計滲透系數指標及防滲墻有效厚度。其設計有效厚度B按下式計算:(H1－H2)/B≤［J］，HI為截水墻迎水面設計水位;H2為截水墻下游水位;［J］為根據土體允許滲透坡降確定的截水墻設計滲透比降。然后澆筑塑性混凝土，形成寬度為0.2～0.3 m的防滲墻體。

2)混凝土面處理。混凝土基礎面和瀝青混凝土結合面的控制是工程的關鍵。與瀝青混凝土相接的混凝土防滲體面，采用人工鑿毛配合高壓風槍處理，將表面的浮漿、乳皮、廢渣等全部清除干凈，并保證混凝土表面的清潔干燥。在干燥清潔的混凝土面上人工涂刷兩遍冷底子油，涂刷均勻，無遺漏空白。待冷底子油涼干后，至少≥12 h，涂抹1～2 cm厚瀝青瑪蹄脂，瀝青瑪蹄脂控制溫度為180℃～200℃。瀝青瑪蹄脂用量小時采用人工拌制，用量大時采用拌和站拌制，避免浪費。

3)測量放線。通過布設測量導線或測量控制網，精確施放防滲墻軸線控制點，定出防滲墻軸線。先導孔一般采用地質回轉鉆機配合金鉆頭鉆進套管固壁，鉆取地層芯樣，探明地層界線，確定防滲墻線。要求盡可能減少對原狀地層芯樣的擾動，以準確探明相對不透水層界限和各地層地質情況。

4)模板架立。模板采用4 m的鋼板制作，單塊模板長125 cm，高50 cm。鋼模板之間用U形卡固定連接，上、下層模板用Φ12圓鋼加工的L形插銷連接，上下層模板的豎縫相對應，安裝時采用內撐外拉的方法。站筋、圍檀采用Φ50鋼管，通過對拉螺栓并用Φ50鋼管作支架來保證模板的強度、剛度和穩定性。由于兩側要預先平起填筑過渡料，在立模上，為了解決基礎層熱、軟模板下沉問題，決定采用墊鋼筋的辦法。鋼筋長50 cm，兩端有10 cm放在壓實的過渡料上，且在中間30 cm的兩端焊有長5 cm的擋筋，防止兩側過渡料回填壓實時模板發生位移和變形，確保瀝青混凝土心墻的設計寬度。

5)兩側過渡料填筑。模板安裝完成驗收合格后，用人工配合裝載機在外側2 m范圍內進行過渡料鋪填。過渡料每層壓實厚度為40 cm，采用2.8 t自行式振動碾碾壓8遍。采用16 t振動碾騎縫碾壓過渡料與堰體回填料接縫部位，使料粒結合緊密，以減小壓縮變形。

6)瀝青混凝土澆筑。瀝青混凝土原材料主要有瀝青、骨料、填料，特殊情況下需要添加摻料。填料是礦料中粒徑＜0.074 mm的礦粉，它與瀝青共同組成瀝青膠結料，將骨料黏結成整體，并填充骨料的空隙。骨料應盡量選用堿性巖石加工的或天然的堿性骨料，使瀝青與骨料結合良好。澆筑時根據模板高度采用分層澆筑，每層澆筑厚度0.4 m，從最低處開始向上逐層澆筑。與過渡料平起施工，流水化作業，全線均衡上升。為了避免混凝土入倉后離析，將瀝青混凝土倉面進行分段澆筑，用鋼板制作隔擋，分段入倉。

7)拆模。瀝青混凝土入倉澆筑后，待瀝青混凝土表面溫度降至110℃左右時脫模。兩邊模板同時垂直提升，提升時將黏在模板上的瀝青混凝土及時清理鏟掉。

1.3 應用效果

工程全部施工完成后，工程師根據設計圖紙對照施工記錄進一步復核現場施工樁位是否有遺漏;審查檢測單位的資質等級和技術裝備，協助建設單位確定檢測單位。通過及時掌握處理部位或結構物的動態變化，該防滲施工方案的運用取得了良好的防滲效果。

2 灌漿施工技術

2.1 工程概況

一均質土壩，壩基滲漏嚴重，根據地質報告，分析主要原因為:①大壩在施工過程中，清基不徹底，壩體與壩基接觸部位存在滲漏，根據地質報告，整個壩段壩體與壩基接觸部位有一層厚約20 cm腐殖土，土體內含有植物根系、腐殖質、礫石和砂巖碎屑等雜物，土體大部分為流塑狀態，含水量大，強度低，為強透水層;②主河槽段壩基為風化砂巖，表層強風化，筑壩時，破碎風化層未清到新鮮層面，引起層面、接觸面滲水;③壩基砂巖局部存在節理裂隙或層間泥化夾層，庫區水流隨著節理裂隙滲到下游，在大壩下游壩腳外，砂巖出露地方，滲水隨巖石裂隙流出。壩基一至三層作為本次防滲處理范圍。由于壩基第一層和第二層為土層，適合用高噴灌漿處理，第三層適合采用帷幕灌漿處理。因此，本工程中對壩基防滲處理，采用壩基高噴灌漿與帷幕灌漿結合方案。

2.2 高噴灌漿施工工藝

高壓噴射法就是利用工程鉆機鉆孔至設計處理的深度后，用高壓泥漿泵，通過安裝在鉆桿(噴桿)桿端置于孔底的特殊噴嘴，向周圍土體高壓噴射固化漿液(一般使用水泥漿液)，同時鉆桿(噴桿)以一定的速度邊旋轉邊提升，高壓射流使一定范圍內的土體結構破壞，并強制與固化漿液混合，凝固后便在土體中形成具有一定性能和形狀的固結體，能起到防滲抗滲的作用。其施工工藝可以分解為以下幾個作用過程:①檢查噴水角度:擺噴前將噴水角度調整到設計角度，將注漿管調整到設計高程，保證水、漿、氣管道及噴嘴通暢，然后提升擺噴。②調漿:嚴格控制漿液比重，每班4～5次，當相對密度誤差超過1%應停噴，調整水灰比。③破壞地層:在泵壓力作用下，形成高速水流，對地層形成強大的動壓力以及沿高壓孔隙作用的水力劈裂力，連續噴射成的土體強度疲勞，使地層結構破壞。④升揚置換:根據試驗適當提高噴射切割長度，壓縮空氣在水束周圍形成氣幕，減少水束摩擦力，聚集水流力量，在噴射切割長度的末端，各種氣體、獎液、水與切割下來的顆粒成分混合，形成混合液，強大氣流使混合液沿孔壁噴射出來時呈沸騰狀態，增強升揚挾帶能力，帶出地層中的細小顆粒，使地層結構更堅固整合。⑤注入漿液攪混:漿液沿水、氣射流切割摻攪范圍充填，使漿液對原地層產生充填擠壓作用，形成液漿良好的平整密度，控制注漿過程的有效進行。⑥滲透凝結:在靜壓灌注作用下，漿液向周圍土體孔隙滲透，形成凝結體，凝結體的形狀和性能可根據工程狀況和灌液材料確定，形成漿液滲透凝結過渡層，從而達到良好強度的防滲功能。

2.3 帷幕灌漿施工工藝

帷幕灌漿是把一定配合比的具有流動性和膠凝性的漿液，通過鉆孔壓入巖層裂隙中，經膠結硬化后提高巖基的強度，改善巖基的整體性和抗滲性。卵礫石層的防滲帷幕灌漿大都采用黏土為主加少量水泥的混合漿液進行灌注，不同于在巖石中灌漿。卵礫石層灌漿難以形成自立的鉆孔，故常采用套閥式灌漿、循環鉆灌閥跟管灌漿、打管灌漿的方法。因受地質條件的限制，不能有效控制漿液的填充范圍，為達到相對較高的防滲標準，常需采用3排以上的灌漿孔。帷幕灌漿孔宜采用回轉式和金剛鉆頭鉆進。孔位與設計孔位的偏差不得＞10 cm，孔深應符合設計規定。采用自上而下分段灌漿法或孔口封閉灌漿法進行帷幕灌漿。采用自上而下分段灌漿法時先導孔仍應自上而下分段進行壓水試驗。各次序灌漿孔在灌漿前全孔應進行一次鉆孔沖洗和裂隙沖洗。除孔底段外，各灌漿段在灌漿前可不進行裂隙沖洗和簡易壓水。一排相鄰的兩個次序孔之間，以及后序排的第一次序孔與其相鄰部位前序排的最后次序孔之間，在巖石中鉆孔灌漿的高差不得＜12 cm。

2.4 應用效果

灌漿屬隱蔽工程，必須在施工過程中強調質量，竣工后要認真檢查，灌漿結束28 d后，應在灌漿區鉆孔檢查，做壓水試驗，觀察巖芯膠結情況，鑒定質量。通過多種途徑取得數據，互相來印證，不能單憑壓水試驗取得吸水率作為唯一的標準。評價灌漿質量，只有蓄水后，灌漿效果才能受到考驗。通過高噴灌漿與帷幕灌漿結合方案應用的檢驗，所得結果均符合設計規定的吸水率數值，為灌漿符合防滲要求。

3 結語

目前，我國的堤壩防滲新技術不斷涌現。水利工程復雜的地質條件、多樣化的筑壩材料以及多種運用工況，決定了在滲流方面的不同特點，應針對不同工程的地質條件、壩體質量、設計水頭等，從安全、經濟、工效、可行性等方面進行全面分析，確定適宜的防滲加固方案。

［1］ 韓旭光.水利工程防滲處理施工技術應用探析［J］.中國新技術新產品，2010，(03).

［2］ 張偉.水利工程中防滲施工工藝探討［J］.科技風，2010，(10).

［3］ 覃振朝.水利工程防滲處理施工技術［J］.中國新技術新產品，2010，(02).