水利工程中水庫(kù)堤壩防滲施工技術(shù)與防治

張筑平

(貴州黔水工程監(jiān)理有限責(zé)任公司，貴陽(yáng)550002)

水利工程中水庫(kù)堤壩防滲施工技術(shù)與防治

張筑平

(貴州黔水工程監(jiān)理有限責(zé)任公司，貴陽(yáng)550002)

近年來(lái)，我國(guó)水利工程建設(shè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，特別是水庫(kù)的建設(shè)。由于科技的發(fā)展和施工人員素質(zhì)的改善，水庫(kù)的建設(shè)水平逐步更新和提高。但是，仍然存在很多問(wèn)題，特別是水庫(kù)堤壩滲漏問(wèn)題，一直是影響水庫(kù)建設(shè)質(zhì)量的首要因素，同時(shí)也直接降低了水利工程的整體效益。所以，要重視水庫(kù)堤壩防治，提高防滲漏技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)質(zhì)量。

0 引言

水庫(kù)無(wú)論是在防洪抗旱方面，還是在農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)發(fā)電、生活用水方面都起到了不可替代的作用［1］。然而，由于水庫(kù)堤壩滲漏，嚴(yán)重阻礙了水庫(kù)上述功能的發(fā)揮，明顯降低了水庫(kù)的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。為了做好水庫(kù)防滲漏工作，需要進(jìn)一步地提高施工技術(shù)，有效避免堤壩滲漏。

1 工程實(shí)例

1.1 工程概況

某水庫(kù)最大壩高度為41 m，壩頂高程為221.00 m，壩項(xiàng)寬度為2 m，長(zhǎng)1 658.31 m。正常蓄水時(shí)的水位為216 m，死水位是213.37 m，防洪限制水位是213.37 m，議討洪水位為2185 m，校核洪水位為219.9 m。

水庫(kù)的總庫(kù)容是86.11×108m3，水利樞紐工程主壩是瀝青混凝土砂礫石組成，黏土心墻堆石和黏土心墻砂礫石組成左右副壩。溢洪道采用岸坡開(kāi)敞式，電站廠房則為河床式。由于使用多年，在壩體上可以觀察到許多縱橫交錯(cuò)的裂縫，這些裂縫直接導(dǎo)致了滲漏。水庫(kù)病險(xiǎn)比重見(jiàn)圖1。

1.2 滲漏現(xiàn)狀分析

水庫(kù)大壩土質(zhì)均勻，在大壩基礎(chǔ)部分發(fā)現(xiàn)有側(cè)漏現(xiàn)象，而且十分嚴(yán)重。該大壩當(dāng)初在施工過(guò)程中，沒(méi)有把基礎(chǔ)清理干凈，導(dǎo)致壩體與基礎(chǔ)接觸的地方發(fā)生滲漏現(xiàn)象。在壩體與基礎(chǔ)接觸層之間有一層20 cm厚的腐殖土，該腐殖土主要是由一些腐殖質(zhì)、植物根系、礫石和砂石等雜質(zhì)組成，因此，該土層具有含水量大、強(qiáng)度低且呈流塑性的特點(diǎn)，是透水層。在主河槽段，大壩基礎(chǔ)處的砂巖表面風(fēng)化程度較強(qiáng)，在筑壩時(shí)，這些被破碎風(fēng)化的砂巖沒(méi)有被清除，也導(dǎo)致了層面和接觸面滲水。

圖1 水庫(kù)病險(xiǎn)比重圖

由于在壩基的砂巖中會(huì)存在一些節(jié)理裂隙和層間泥化夾層，水庫(kù)中的蓄水就會(huì)通過(guò)這些裂隙流出，造成滲水［2］。

綜上所述，這次的防滲處理范圍包括壩基一到三層，前兩層是土層，所以采用高噴灌漿法，而第二層則采用帷幕灌漿法，兩種灌漿法結(jié)合使用。水庫(kù)滲漏途徑見(jiàn)圖2。

圖2 水庫(kù)滲漏途徑示意圖

2 混凝土防滲墻施工技術(shù)

混凝土防滲墻施工技術(shù)是一種垂直型的防滲施工技術(shù)，主要使用于粒狀地層防滲工程中。通過(guò)混凝土防滲墻施工技術(shù)，不僅能夠使地基具有永久性的防滲作用，而且對(duì)存在漏水現(xiàn)象和出現(xiàn)險(xiǎn)情堤壩起到良好的防滲效果，保證了堤壩運(yùn)行的安全［3］。其施工流程如下:

2.1 澆筑混凝土型截水墻

主要是利用鋸槽成墻的施工工藝，首先在先導(dǎo)孔內(nèi)利用鋸槽機(jī)中刀桿，并以一定傾斜角度，進(jìn)行反復(fù)性的上下切割操作，并慢慢向前移動(dòng)。混凝土的防滲墻主要依據(jù)建筑物透水地基對(duì)其基底所要求的防滲性，以獲取混凝土防滲墻的相關(guān)施工參數(shù)。

2.2 對(duì)混凝土面進(jìn)行有效處理

混凝土的防滲面和基礎(chǔ)面作為防滲施工的重要組成部分，在整個(gè)防滲工程質(zhì)量方面起著至關(guān)重要的作用。由于混凝土的防滲面主要是采取高壓水槍和人工鑿毛進(jìn)行處理的，所以，必須將混凝土表面殘留的浮皮、廢渣及浮漿等雜物徹底清除干凈，使其表面保持清潔和干凈。然后將冷底子油涂抹在混凝土表層，需涂抹兩遍，并保證涂抹均勻。

2.3 測(cè)量與放線

施工人員可以通過(guò)布置測(cè)量導(dǎo)線或者利用布置測(cè)量網(wǎng)，明確混凝土防滲墻施工軸線上的每個(gè)控制點(diǎn)，然后對(duì)混凝土防滲墻施工軸線進(jìn)行有效的測(cè)量。先導(dǎo)孔通過(guò)地質(zhì)性的回轉(zhuǎn)鉆機(jī)和金鉆頭型的套管固壁，獲取所需的地質(zhì)芯樣，并對(duì)其地層界線進(jìn)行詳細(xì)探明，明確不透水地層的界線，掌握每個(gè)地層的地質(zhì)狀況。

2.4 模板的架立工藝

混凝土防滲墻目前主要是由鋼板制作而成的，并利用U形卡將模板固定和連接，模板兩邊應(yīng)預(yù)先平起，并填筑適量的過(guò)渡料，為了防止模板架立產(chǎn)生下沉、層熱等問(wèn)題，必須采取墊鋼筋的固定措施，以避免模板兩邊過(guò)渡料在回填壓實(shí)的過(guò)程中，出現(xiàn)模板變形或者位移的現(xiàn)象，確保混凝土防滲墻設(shè)計(jì)寬度保持不變。

3 帷幕灌漿防滲施工技術(shù)

帷幕灌漿防滲技術(shù)主要通過(guò)配合比設(shè)計(jì)，形成具有良好膠凝性及流動(dòng)性的水泥漿液，并利用鉆孔將其壓進(jìn)巖層裂縫內(nèi)，當(dāng)漿液膠結(jié)硬化之后，能夠使堤壩巖基強(qiáng)度有所提高，堤壩巖基抗?jié)B性有所改善。其施工流程如下:成孔工藝、沖洗與試壓、灌漿工藝和封孔工藝。

3.1 成孔工藝

成孔作為帷幕灌漿防滲施工的重要工序，對(duì)其施工質(zhì)量及施工進(jìn)度起著至關(guān)重要的作用。在放置鉆機(jī)和安裝鉆架前，必須將施工場(chǎng)地清理干凈，并保證施工場(chǎng)地平整，然后依據(jù)工程實(shí)際情況鋪設(shè)地板，搭設(shè)鉆孔所需的平臺(tái)，保證鉆機(jī)安置穩(wěn)固性和準(zhǔn)確性，使得鉆桿、灌漿孔及鉆機(jī)平臺(tái)形成一條直線。當(dāng)鉆機(jī)安置結(jié)束后，對(duì)鉆機(jī)及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，保證鉆機(jī)及相關(guān)設(shè)備處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。

在鉆孔前，應(yīng)對(duì)鉆桿、鉆機(jī)及相關(guān)零部件進(jìn)行詳細(xì)檢查，禁止使用已經(jīng)彎曲或者變形的設(shè)備。除此之外，因?yàn)榻疸@頭成孔中的間隙很小，鉆頭水口過(guò)窄，所以，需要充足的泵壓和泵量才能達(dá)到良好的冷卻及沖洗效果。

3.2 沖洗與試壓

當(dāng)成孔完成后，需利用導(dǎo)管和高壓水流，對(duì)孔底和孔壁進(jìn)行連續(xù)性的沖洗，直至孔底回水澄清，單孔沖洗時(shí)間在30 min以上，串通孔所用時(shí)間在2 h以上，孔底沉渣厚度應(yīng)＜20 cm。

縫隙沖洗壓力是灌漿壓力的80%，當(dāng)縫隙沖洗結(jié)束后，需對(duì)水壓進(jìn)行試驗(yàn)，水壓試驗(yàn)方法主要以單點(diǎn)法為主，試驗(yàn)壓力也是灌漿壓力的80%。

3.3 灌漿工藝

若灌漿工藝遵循的是從下至上的分段施工原則，在相對(duì)壓力條件下，若其注入率在0.4 L/min以下，則應(yīng)連續(xù)灌注30 min;若注入率在1 L/min以下，則需連續(xù)灌注1 h。若灌漿工藝遵循的是從上至下的分段施工原則，連續(xù)灌注時(shí)間必須增加30 min或者1 h。在灌注過(guò)程中，必須對(duì)進(jìn)漿與回漿的比重進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。若回漿濃度較大，則需重新設(shè)置進(jìn)漿與回漿比重，然后再進(jìn)行灌漿。如果灌漿效果依然不佳，可延長(zhǎng)灌漿時(shí)間。

3.4 封孔工藝

當(dāng)灌漿完成后，可采取壓力灌漿或者置換灌漿封堵措施進(jìn)行封孔。按照5∶1配合比，水泥漿與孔內(nèi)漿液進(jìn)行置換，并將孔中灌漿管道取出，再通過(guò)高壓灌漿對(duì)相同配合比的水泥漿進(jìn)行壓實(shí)，并做好詳細(xì)的記錄。

4 高噴灌漿防滲施工技術(shù)

高壓噴射灌漿防滲施工技術(shù)主要是利用高壓射流形成的沖擊作用，對(duì)堤壩、壩基的覆蓋層造成干擾，并灌入適量的水泥漿，水泥漿與灌注地層中的土顆粒相互摻混，最終形成防滲效果良好的墻體。

其施工流程如下:噴射角度、漿液配合比、擾動(dòng)地層結(jié)構(gòu)、穩(wěn)固地層結(jié)構(gòu)、灌漿工藝和漿液滲透與凝結(jié)。

4.1 噴射角度

在進(jìn)行高壓噴射灌漿前，擺正噴射角度，保證噴射設(shè)備保持通暢。

4.2 漿液配合比

按照工程實(shí)際需求，合理設(shè)計(jì)漿液配合比，漿液密度誤差應(yīng)＜1%。如果漿液密度誤差較大，需調(diào)整或者重新設(shè)計(jì)漿液配合比。

4.3 擾動(dòng)地層結(jié)構(gòu)

高壓噴射形的壓力和水流地層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大壓力，使其土體強(qiáng)度出現(xiàn)嚴(yán)重的疲勞問(wèn)題，地層結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破壞。

4.4 穩(wěn)固地層結(jié)構(gòu)

合理設(shè)置高壓噴射灌漿切割長(zhǎng)度，使得壓縮空氣能夠在水束附近形成氣幕，水束產(chǎn)生的摩擦力降低，水流能夠集中，并作用于高壓噴射灌漿切割長(zhǎng)度尾端，使得切割顆粒和漿液、水及氣體相互融合，并形成混合漿液。

在較強(qiáng)氣流的作用下，使得混合漿液沿著孔壁噴出，升揚(yáng)的攜帶功能得到充分發(fā)揮，有效排出地層內(nèi)部的細(xì)小顆粒，使得地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性得到提高。

4.5 灌漿工藝

沿著氣體、水噴射切割線路進(jìn)行灌漿，對(duì)原有地層起到擠壓的作用，同時(shí)使?jié){液填筑平整，保證漿液灌注的順利進(jìn)行。

4.6 漿液滲透與凝結(jié)

通過(guò)靜脈灌注，使得漿液滲透進(jìn)四周土體的孔隙中，并形成一定形狀的凝結(jié)體，起到良好的防滲作用。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)水利工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，水庫(kù)堤壩防滲漏技術(shù)也得到了發(fā)展和提高。但是，在實(shí)際中，水庫(kù)堤壩防滲漏工作仍然面臨著很多挑戰(zhàn)，其中包括水庫(kù)所在地的地質(zhì)條件復(fù)雜，堤壩材料多樣化，水庫(kù)建設(shè)規(guī)模大等因素。因此，在防滲漏施工中，一定要正確把握水庫(kù)的特征及滲漏原因，才能采取有效的防滲措施。

［1］賴曉鋒，金美滿，田小平.論水庫(kù)堤壩除險(xiǎn)加固的防治策略［J］. 科技信息:科學(xué)教研，2008(05):94.

［2］高利梅，師學(xué)峰，劉國(guó)華.內(nèi)蒙古灣兔河水庫(kù)除險(xiǎn)加固防滲措施及幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)［J］.內(nèi)蒙古水利，2008(05):14－15.

［3］劉裕鴻，劉群.上饒市大中型水庫(kù)土石壩壩下涵管滲漏原因分析及處理方法［J］.水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2003，1(03):56－58.

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2014－01－06

張筑平(1960－)，男，回族，貴州平壩人，工程師，從事水利工程監(jiān)理工作。