水利工程防滲處理施工技術應用

魯金鳳

【摘要】作者以水利工程的加固、灌漿和經常出現的防滲作了有效的處理，并對水利工程中的除險和防滲的應用分析。本文主要對水利工程的特點和施工中所出現不同形式的防滲處理方法。

【關鍵詞】水利工程；防滲技術；處理方法

目前小型水利工程中的數量也是在不斷的增加，而且廣泛分布于每個地區，壩體的結構樣式也是比較多，在防洪減災中都可以發揮巨大的作用，并且還在農業灌溉生產、人民的日常用水、工業生產需要等各方面都保證了水資源的供給。追溯這些工程設施的建設時期，可謂歷史久遠，其中的大多都是在特殊歷史時期下建造的，經過了這許多年的不斷使用，很多設施都或多或少地存在并發現了一些不同程度的病害問題。主要表現為：水壩的基礎及主體工程出現了滲漏甚至滲透破壞現象等；當年在建造時參考的相關標準明顯滯后偏低，達不到現行規范及標準的要求；工程建筑物失修老化。上述病害的大量存在，很大程度上導致水利水電樞紐工程無法正常運行，其效益也得不能充分發揮，并且還將會對下游的人民群眾生命財產安全夠成嚴重威脅，急需對其進行加固除害處理。

1、防滲墻類型及其特點

防滲墻一般要求墻體厚度小、滲透系數低、柔性強、耐久性好及單位面積造價低。防滲墻施工有多頭深層攪拌水泥土、鋸槽法、鏈斗法、薄型抓斗、射水法和倒掛井法等成墻工藝。

1.1 多頭深層攪拌水泥土成墻工藝

多頭深層攪拌樁機一次多頭鉆進，把水泥漿噴入土體并攪拌，使土體與水泥漿液混合固結成一組水泥土樁，樁與樁搭接形成水泥土防滲墻，目前最大成墻深度為22m，水泥土滲透系數<10cm/s，抗壓強度>0.3MPa。其優點是施工簡便、無泥漿污染、造價較低，適用于粘土、砂土、淤泥和砂礫層（砂礫直徑小于5cm）。實踐證明，多頭深層攪拌水泥土防滲墻防滲效果明顯，在地下防滲工程中質量可靠，投資最經濟、最有效，具有一定發展前景。

1.2 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作上下往復切割運動，一邊以O.8～1.5m/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。澆筑塑性混凝土，形成寬度為0.2～0.3m的防滲墻體。鋸槽機由行走底盤、動力及傳動系統、刀桿及支架加壓系統、排渣系統、起重設施及電氣控制系統組成；傳動方式有機械式與液壓式2種。以不同規格的刀桿進行組合，開槽寬度可達0.2～0.5m、深度達到40m。鋸槽法的優點是連續成槽、工效高、墻體連續、質量好，并且成墻深，適應于粘土、砂土和卵石粒徑小于100mm的砂礫石地層；還可以采用自凝灰漿、固化灰漿形成不同強度和抗滲指標的防滲墻。

1.3 鏈斗法成墻工藝

由鏈斗式開槽機排樁上的旋轉鏈斗取土，同時將斜放的排樁下放到成墻深度，開槽機前進開挖溝槽，并采用泥漿護壁，其澆筑混凝土方法類似鋸槽法。鏈斗式開槽機的開槽寬度為16～50cm，深度可達10～15m。適應于粘土、砂土和粒徑小于槽厚的、含量小于30%的砂礫石地層。

1.4 薄型抓斗成墻工藝

采用斗寬為0.3m的薄型抓斗挖土開槽，泥漿護壁，澆筑塑性混凝土或用自凝灰漿形成薄壁防滲墻，最大成墻深度可達40m。適用于粘土、砂土及卵石和砂礫的含量與粒徑在一定范圍內的土層。

1.5 射水法成墻工藝

射水法成墻設備主要由造孔機、混凝土攪拌機和澆筑機組成。利用造孔機成型器內的噴嘴，射出高速水流來切割土層，成型器上下運動切割修整孔壁，采用泥漿護壁，正循環或反循環出渣。槽孔形成后，澆筑水下混凝土或塑性混凝土，形成薄壁防滲墻。成墻厚度為0.22～0.45m，深度可達30m。成墻垂直精度可達1/300，適應于粘土、砂土和粒徑小于100mm的砂礫石地層。在1998年歷史罕見的特大洪水過后，在長江、贛江、鄱陽湖等國內重要堤防加固工程中，射水法得到廣泛采用，取得了較好的社會經濟效益。

2、灌漿類型及其特點

土石壩壩體、壩基防滲處理中灌漿方法主要有均質土壩及寬心墻壩的壩體劈裂灌漿、高壓噴射灌漿、壩基卵礫石層防滲帷幕灌漿等。

2.1 土壩壩體劈裂灌漿

土壩壩體劈裂式灌漿是運用壩體應力分布規律，用一定的灌漿壓力，將壩體沿壩軸線方向劈裂，同時灌注合適的泥漿，形成鉛直連續的防滲泥墻，從而堵塞漏洞、裂縫或切斷軟弱層，提高壩體的防滲能力，并通過漿、壩互壓和濕陷，使壩體內部應力重分布，提高壩體變形穩定性。針對裂縫的局部灌漿，在可能有裂縫的區域，均勻布置類似固結灌漿的灌漿孔群；對壩體施工質量差，甚至出現上下游貫通的橫縫，一般應做全線的劈裂灌漿。我國廣東省寶樹水庫用土壩壩體劈裂灌漿技術來解決土壩壩體的滲漏問題，結果表明灌漿后壩體密實度得到提高，滲透系數降低，背水坡濕潤滲水現象消失，壩體滲流量減少70%以上。

2.2 高壓噴射灌漿

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 注人漿液攪混：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 卵礫石層防滲帷幕灌漿

卵礫石層的防滲帷幕灌漿大都采用粘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。隨著防滲墻技術的日益成熟，目前較少采用該方法，僅用于當灌漿作為補充勘探的手段，同時兼顧防滲處理，可以更加準確地針對發生集中滲漏的地點，通過少量的灌漿使問題得到解決的情況下。

2.4 控制性灌漿

控制性灌漿是近年來提出的一種改進型灌漿工藝，是對傳統灌漿工藝的一種調整，通過控制漿液壓力和流量，在保證質量和效果的前提下，有效控制灌漿范圍，節約時間和投資。

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。