水利工程中的防滲施工技術(shù)研究

荊治中

(陽泉市財政投資評審中心，山西陽泉045000)

水利工程中的防滲施工技術(shù)研究

荊治中

(陽泉市財政投資評審中心，山西陽泉045000)

水利工程在防洪防汛、農(nóng)業(yè)灌溉等方面發(fā)揮重要作用，尤其近年來我國水災(zāi)頻發(fā)給社會造成了巨大的經(jīng)濟損失，因此，人們對水利工程質(zhì)量提出了更高要求，特別應(yīng)將防滲施工技術(shù)當(dāng)做水利工程施工的重點。文章以某水利工程為基礎(chǔ)，對水利工程防滲技術(shù)進行探討，以期為提高工程質(zhì)量提供參考。

水利工程;防滲;技術(shù);研究

1 工程概況

1.1 工程Ⅰ

某水利工程，壩最大高度為41 m，壩頂高程為220 m，長寬分別為1 657.32 m、2 m。蓄水總?cè)萘繛?5.11×107 m3，死水位185 m，正常蓄水為216 m，要求防洪減災(zāi)時將水位限制在213.4 m，洪水位設(shè)計值為218 m，校核值為218.9 m。

該水利工程建設(shè)在河谷位置，因此該區(qū)域中石層透水性較強。建造時水壩的上下游基本剖面均采用二級坡。

由于長時間的使用，該水利工程壩體出現(xiàn)裂縫，滲漏較為嚴重。

因此，急需采取防滲技術(shù)加以修補以恢復(fù)其原來功能。經(jīng)過專家組的實地勘測和評估，決定采用修建防滲墻技術(shù)處理。

1.2 工程Ⅱ

某水利工程經(jīng)過多年的使用，壩基出現(xiàn)了較為嚴重的滲水情況，具體表現(xiàn)在以下3方面:

1)該水利工程施工時未徹底清理壩基，結(jié)果在壩基和壩體連接位置形成了20 cm后的腐殖土，由于該腐殖土內(nèi)存在植物根系、巖石碎屑等，因此具有較強的滲透性。

2)該大壩位于主河槽位置的壩基大多數(shù)屬于風(fēng)化巖石，施工時對破碎風(fēng)化層清理不徹底。

3)經(jīng)勘測該大壩壩基砂巖有節(jié)理性的裂隙。

上述原因?qū)е略撍こ虧B水嚴重，影響著大壩性能的發(fā)揮。經(jīng)過專家組的實地勘察和分析，決定在壩基1～2層利用高噴灌漿技術(shù)進行處理，采用帷幕灌漿防滲技術(shù)處理壩基的第3層［1－2］。

2 防滲施工工藝

防滲施工工藝包括2個方面:防滲墻的施工和灌漿防滲處理技術(shù)。

2.1 防滲墻的施工

結(jié)合該水利工程實際環(huán)境情況和功能要求，決定采用以下技術(shù)對其進行防滲處理。具體包括以下7個方面:截水墻的澆筑、混凝土面的處理、測量和放線、模板的架設(shè)、過渡材料的填充、澆筑混凝土和拆卸模板。

2.1.1 截水墻的澆筑

澆筑截水墻時主要采用鋸槽成墻技術(shù)進行施工。

1)導(dǎo)孔操作結(jié)束后，利用鋸槽機進行反復(fù)切割。同時根據(jù)水利工程的地層情況，準(zhǔn)確把握開槽速度。綜合考慮該水利工程地層實際狀況后，決定以0.8～1.5 m/h的速度進行開槽。

2)開槽過程中應(yīng)及時將切割掉的土體運輸出去，以保持槽內(nèi)清潔。該工程實際施工時采用反循環(huán)方式進行排渣。同時進行泥漿護壁施工。

在整個施工中防滲墻厚度的選擇是非常關(guān)鍵的內(nèi)容，決定著防滲施工的成敗，為此應(yīng)引起施工單位的高度重視［1］。即在滿足水利工程防滲性能要求的基礎(chǔ)上，綜合分析防滲墻施工涉及的各項參數(shù)，利用防滲墻理論知識準(zhǔn)確確定防滲墻厚度。防滲墻厚度可通過公式:

式中:H1、H2分別表示截水墻向水面和下游水位;［J］為截水墻滲透比。根據(jù)該水利工程測量參數(shù)，計算可知將防滲墻厚度控制在0.2～0.3 m，可滿足防滲性能要求。

2.1.2 混凝土面的處理

該水利工程防滲墻的基礎(chǔ)面和防滲面分別為混凝土和瀝青混凝土材料，施工時應(yīng)認真把握各項性能參數(shù)，以提高防滲墻的防滲性能［3－4］。

施工時為保證施工現(xiàn)場的清潔，可采用人工鑿毛和利用高壓風(fēng)槍相結(jié)合的方法，及時清理走防滲墻施工產(chǎn)生的乳皮、乳漿和廢渣等。

然后使用冷底子油涂刷其表面兩次，每次涂刷時應(yīng)保證涂刷均勻且不能出現(xiàn)空白。經(jīng)過12 h冷底子油干燥后，在其上涂上1～2 cm厚的瀝青瑪蹄脂，并采取有效方法保證其溫度在180～200℃［5－6］。

2.1.3 測量和放線

布設(shè)測量導(dǎo)線施工時，應(yīng)在準(zhǔn)確把握每條防滲墻軸線控制點的基礎(chǔ)上進行施放，同時準(zhǔn)確確定防滲墻軸線位置。

如測量放線時需要進行導(dǎo)孔，則可將金鉆頭鉆和回轉(zhuǎn)鉆機深入到套管固壁位置，然后鉆取地層芯樣。

另外，為了精確地控制防滲墻施工線路，應(yīng)對地層界線和對每個施工區(qū)域的地質(zhì)狀況進行詳細的勘測，尤其應(yīng)注意勘測時盡量較小對原有地層芯樣的影響［7］。

2.1.4 模板的架設(shè)

該防滲工程施工采用的模板由長寬各4 m規(guī)格的鋼板制作而成，每塊模板的長寬為125 cm、50 cm。利用U形卡連接和固定模板，而上下層模板的連接和固定則主要使用Φ12圓鋼制造而成的L形插銷，注意上下層模板豎縫應(yīng)保持一致。另外，為了提高模板的強度和穩(wěn)定性，需使用Φ50鋼管制造而成的支架和拉螺栓保護模板［8－9］。

架設(shè)模板時還應(yīng)關(guān)注模板層熱和軟模板沉降問題，該工程模板架設(shè)時采用墊入長度為50 cm的鋼筋方法處理，并在其兩邊預(yù)留10 cm位置，用來填充過渡材料。為了防止在碾壓和回填過渡材料時，導(dǎo)致模板出現(xiàn)移位或變形，應(yīng)在兩邊設(shè)置長度為5 cm的擋筋。

2.1.5 過渡材料的填充

模板安裝結(jié)束后由專家團隊進行驗收，驗收合格后進行過渡材料的填充。施工時應(yīng)把握以下2個問題:

1)使用裝載機鋪設(shè)過渡材料，保證每層材料的厚度在40 cm，鋪設(shè)結(jié)束后及時采用2.8 t的振動碾反復(fù)碾壓8次。

2)同時為了增強料粒之間的緊密程度，可采用16 t的振動碾對回填材料和過渡材料進行再次碾壓。

2.1.6 澆筑混凝土

當(dāng)上述施工完成后進入到混凝土澆筑環(huán)節(jié)，該項環(huán)節(jié)應(yīng)注意以下3點:

1)針對防滲墻性能要求，進行多次試驗確定混凝土的最佳配合比，同時為了提高混凝土性能，可在混凝土攪拌時添加適量外加劑。

2)在混凝土拌合時盡量選擇堿性骨料并重點檢查混凝土骨料直徑參數(shù)，保證所用礦料直徑超過0.074 mm，從而使其能夠與瀝青進行很好的融合。

3)澆筑時嚴格按照混凝土澆筑規(guī)范進行，另外，為了保證澆筑質(zhì)量，通常由經(jīng)驗豐富的人員負責(zé)施工，并需要根據(jù)模板的高度采用分層方式澆筑，保證澆筑的混凝土厚度在0.4 m。

2.1.7 拆卸模板

混凝土澆筑完畢且通過驗收后，當(dāng)混凝土表層溫度＜110℃，強度達到一定的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)后則應(yīng)拆除模板。

拆除操作時應(yīng)保證兩側(cè)模板同時提升，以此保證混凝土澆筑質(zhì)量。

2.2 灌漿防滲處理技術(shù)

灌漿防滲處理技術(shù)分為高噴灌漿防滲和帷幕灌漿防滲兩類，下面對運用該技術(shù)需要注意的問題進行詳細的探討。

2.2.1 高噴灌漿防滲施工

2.2.1.1 設(shè)置正確的噴水角度

1)高噴灌漿正式施工之前，應(yīng)參考設(shè)計目標(biāo)合理調(diào)整噴灌角度，以此保證灌漿、噴嘴、氣管等具備良好的通暢性，接著開始擺噴操作。

2)合理調(diào)漿。為保證灌漿質(zhì)量，應(yīng)嚴格控制漿液的比例關(guān)系，使?jié){液密度偏差控制在1%以內(nèi)。如發(fā)現(xiàn)不符合這一標(biāo)準(zhǔn)則應(yīng)及時停止噴灌，將水灰比調(diào)整到合理范圍內(nèi)再進行施工。

2.2.1.2 固定地層結(jié)構(gòu)

噴灌時受到高速水流和壓力泵影響，原有地層結(jié)構(gòu)很容易被破壞，為了避免這種情況的發(fā)生，應(yīng)對地層結(jié)構(gòu)進行固定操作。操作的應(yīng)注意以下3點:

1)準(zhǔn)確把握高噴射切割長度，保證切割長度設(shè)置的科學(xué)、合理，從而在壓縮空氣時在水束附近生產(chǎn)氣幕，以此減小水束摩擦力，將水流的力量集中在一起。

2)噴射切割長度尾部時，應(yīng)保證氣體、漿液以及切割顆粒進行充分的融合，進而形成混合液。

3)利用較大強度氣流，使混合料沿著孔壁噴射，因此達到排除地層顆粒，穩(wěn)固地層的目的。

2.2.1.3 進行注漿

注漿時應(yīng)將漿液順著水、氣射流填充整個切割范圍，以此提高原有地層的擠壓程度。同時，施工時嚴格控制注漿的整個環(huán)節(jié)，保證注漿質(zhì)量滿足施工標(biāo)準(zhǔn)要求。

灌注后漿液會在靜壓作用下和附近的土體進行充分的融合，形成一個黏結(jié)體，以此達到提高大壩防滲性的目的。

2.2.2 帷幕灌漿防滲技術(shù)

該中技術(shù)運用的原理為:經(jīng)過科學(xué)的配比使?jié){液具備較好的膠凝特性，通過鉆孔方法使其滲入到巖層的裂縫中。

漿液在裂縫位置硬化和原來的巖層形成一個統(tǒng)一整體，進而實現(xiàn)顯著提高巖基防滲和強度性能的目標(biāo)。

利用帷幕灌漿時應(yīng)重點掌握以下問題:

1)如果是卵礫石層灌漿，應(yīng)注意其和巖石灌漿有所不同，卵礫石層灌漿主要針對黏土，它不能進行自立鉆孔，因此灌漿時通常采用打管灌漿或過套閥灌漿。

2)灌漿時往往受到地質(zhì)條件的影響，不容易控制填充過程，在這種情況下，為了提高防滲施工質(zhì)量，應(yīng)采用超過3排的灌漿孔進行灌注。

3)利用回轉(zhuǎn)設(shè)備和金剛鉆設(shè)置灌漿孔，并將孔位間的偏差控制在10 cm以內(nèi)。

4)正式施工前通過壓水試驗將灌漿孔清洗干凈，然后按照從上到下的原則，采用分段式方法進行灌注。

3 防滲施工結(jié)果

防滲施工結(jié)果主要有2個，具體為:

3.1 工程Ⅰ防滲施工結(jié)果

針對工程Ⅰ的防滲施工，工程師認真審核了施工圖紙和現(xiàn)場施工記錄。同時對防滲處理后的性能參數(shù)進行檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大壩的滲水現(xiàn)象消失，抗?jié)B性能得到較大提高，保證了水利工程的正常運行。

3.2 工程Ⅱ防滲施工結(jié)果

針對工程Ⅱ的防滲施工，工程師認真檢查了灌漿鉆孔情況，同時采用壓水試驗對巖芯膠結(jié)進行了綜合的分析，發(fā)現(xiàn)該防滲施工符合設(shè)計目標(biāo)要求，大壩滲水情況得到了明顯改善，確保了大壩運行的安全性。

4 總結(jié)

水利工程使用時，受到各種因素的綜合作用容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，尤其是滲水問題較為普遍，一方面影響水利工程性能的充分發(fā)揮，縮短其使用壽命。另一方面，遇到災(zāi)害性天氣容易引發(fā)災(zāi)難事件。因此，注重水利工程防滲技術(shù)的研究，不斷提高水利工程防滲性能具有重要的現(xiàn)實意義。

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TV543

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1007－7596(2014)07－0130－03

2013－10－07

荊治中(1985－)，男，山西陽泉人，助理工程師，研究方向為水利工程施工及造價管理。