綜合防滲技術在水庫除險加固中的應用

周宗兵

(江西省水利水電建設有限公司，南昌 330025)

綜合防滲技術在水庫除險加固中的應用

周宗兵

(江西省水利水電建設有限公司，南昌 330025)

水庫防滲除險加固已成為當前水庫尤其是土石壩安全運營的最大安全隱患。對于水庫除險加固已成為當前水庫運營質量管理的重要活動。針對水庫常見防滲病害，文章介紹了高壓噴射灌漿、帷幕灌漿和塑性混凝土防滲處理技術，分別介紹了相關施工工藝和質量控制措施；針對防滲處理的隱蔽施工作業，分別從滲流分析、鉆孔取芯、注水檢測和物探檢測方面進行了施工質量檢驗，為保證防滲病害除險加固提供了系統的理論和處理方法。

除險加固；綜合防滲；質量控制；效果評價

0 引 言

由于我國建國初期大量低水平水庫工程的大量施工和完成，造成很多水庫防洪標準低,工程質量差,至今最早完成的水庫工程已經運營了60a左右，相對于100a的設計基準期而言，當前水庫已經到了需要大檢大修的年限，又加上長期以來未形成良勝的運行管理機制,水庫的問題尤其是滲流問題，已經成為水庫繼續安全服役的重大安全隱患問題。對工程缺乏必要的維修加固,造成部分水庫甚至無法正常的運作，不能發揮它應有的效果。為了人民的生命財產安全，為了可持續經濟的發展，及時有效的對水庫除險加固是相當必要的。

針對土石壩常規“上堵、下排”防滲技術存在的弊端，通過總結以往防滲技術經驗和教訓，文章主要介紹了水庫常見病害及其原因分析，并針對常見病害提出了針對性的除險加固意見，對于綜合防滲技術進行了詳細的介紹，并對于施工質量的控制進行了具體講解，對于除險加固后的防護效果，并提出通過滲流分析、取芯、注水和物探檢測技術進行相應的加固評價。從一方面驗證了綜合防滲技術在水庫加固除險工程中的應用，為后期類似工程提供可資借鑒的理論經驗。

1 水庫常見病害及原因分析

鑒于我國水庫多建于1949以后，加上當時的建筑材料緊缺和技術的落后，多數水庫以土石壩為主，隨著運營年限的增加，各種先天和后期形成的病害逐漸顯現了出來，以下根據筆者多年的水庫水閘檢測經驗和科研項目調查分析，當前土石壩主要存在以下病害，并針對相關病害進行了簡單分析：

1.1 下游坡腳積水

對于土石壩而言，常存在主壩基礎開挖不到位，未按照設計要求進行開挖清理，尤其是河灘和兩壩肩的基礎開挖清理狀況較差，甚至局部存在耕植土，或者樹根、雜草等，造成滲透系數較大，甚至存在著較大的滲漏通道，同時由于下游壩腳處水位設置和地基沉降問題，造成下游滲流水無法順利排出，造成下游壩腳積水、造成土地沼澤化[1]。

1.2 濕坡與爛壩

鑒于土石壩的構筑特點，對于壩體填筑土體的擊實度要求較高，標貫擊數需要保持在6-10范圍之內，然而對于填筑土石壩的土體而言，上下層甚至同層之間土體的標貫擊數往往會出現跳躍反復現象，造成土石壩密實度不均勻，容易在密實度不足的部位產生滲流薄弱區，造成濕坡和爛壩現象出現。

1.3 集中滲漏點出現

對于在土石壩填筑施工中，部分土體含沙量過高的情況，這會造成壩體透水性較大，鑒于岸坡坡度較大，同時存在部分輸水涵洞距離較近的情況，因此對于涵洞周圍由于土石結合部位的滲流薄弱處，存在繞壩滲流或接觸滲漏的薄弱區域[2]。

1.4 輸水涵洞長期滲漏

對于輸水涵洞尤其是長距離的輸水涵洞，鑒于土石結合部位的薄弱性能，長距離的輸水涵洞對于周圍地基土體的要求較高，如果地基存在不均勻沉陷問題極易造成涵洞砌石斷裂，造成滲漏。

2 常見防滲技術及質量控制措施

針對水庫工程常見的病害及原因分析，目前存在高壓噴射灌漿、帷幕灌漿和混凝土防滲墻等方式進行除險加固作業。

2.1 高壓噴射灌漿

對于高壓噴射灌漿在水庫加固除險中的應用，主要施工流程如圖1所示。

圖1 高壓噴射灌漿工藝流程

對于上述施工工藝流程，為了保障高壓噴射灌漿效果，需要在以下3點采取措施：

1)單管高壓旋噴樁布置：對于旋噴樁的布置，在壩軸線間距0.4m范圍內，往往采取單排布置的方式，樁徑多采用0.60m設置。

2)防滲設計指標：對于單管高壓旋噴樁，其抗壓強度不得低于0.8MPa，防滲墻的厚度不得低于40cm，墻體滲透系數不得大于i×10-6cm/s(1≤i<10)，破環比降則需要不得小于80的設計要求。

3)質量控制與檢驗：對于高壓噴射灌漿的處理工藝，最為重要的則為灌漿過程，這關乎著整體施工的質量甚至防滲處理的成敗。因此需要在孔位布置、灌漿材料選擇、注漿參數和施工工藝方面采取針對性措施，保障灌漿過程可控，最大程度的保障灌漿效果：①鉆孔前按照設計要求進行測量放樣，盡量按照設計進行噴射灌漿，保證地下成墻，且需要保證順利成孔和孔壁的穩定性，同時在鉆孔過程中，需要經常性的檢查鉆桿的平直度，鉆孔作業完成后需要檢測孔的順直度，不合格的孔位需要重新進行鉆孔作業。②對于灌漿材料的選擇，當前主要選擇普通硅酸鹽水泥材料，鑒于水泥基材料的特點，因此在使用前需要對于水泥質量進行鑒定，同時在施工過程中嚴格控制漿液的存放時間，施工過程中對于漿液質量進行隨時檢查，發現不滿足配比要求的情況下，停止施工，在問題處理之前不進行繼續施工[3]。③在噴漿過程中，如果遇到底層存在較大空隙造成冒漿工序難以出現時，可在空隙地段加大注漿量，或者采用石子混凝土進行灌漿，待空隙填滿后繼續噴射作業；如果存在臨孔串漿時，可以相應的加大臨孔灌漿作業時間[4]。

2.2 帷幕灌漿

相對于高壓噴射灌漿作業，帷幕灌漿則是相應的提高了施工效率，加快了施工進程，保障了施工防滲加固除險的效果，主要施工工藝如圖2所示。

根據上述帷幕灌漿施工工藝流程，需要在以下4個方向重點注意，保障施工效果：

1)灌漿材料需要選擇合適的硅酸鹽水泥，對于水泥細度則需要滿足通過80um的篩子后，篩余量在5%范圍之內。

2)孔斜測量。對于帷幕灌漿，需要對于孔斜度進行測量，對于孔底誤差≤20cm，如果存在偏斜超過要求應及時采取糾偏或其他補救措施。

3)灌漿方式。對于灌漿孔的基巖段在6m 范圍之內時，可以采用一次注漿的方式，如果基巖段在6m范圍以上，則需要進行多次循環管灌漿。對于孔口壓力，需要滿足不低于0.3MPa，具體的需要根據試驗室的數據確定。

4)結束標置。對于灌漿施工過程，對于灌漿作業結束的判斷，多采用規定壓力下，注入率<0.4L/min時，繼續灌注30min則認為灌漿作業結束。

2.3 混凝土防滲墻的施工

對于塑性混凝土防滲墻的施工，主要存在以下幾個步驟：導墻施工、挖槽及控制施工、護墻泥漿澆筑和塑性混凝土澆筑施工，具體施工工藝分析如圖3所示：

圖3 塑性混凝土防滲墻施工工藝流程圖

根據施工工藝流程圖可知，塑性混凝土防滲墻施工具體工藝如下：

1)導墻施工：對于導墻的施工，首先需要測量放線，分別確定槽段接頭位置和數目，然后開挖基槽；澆筑基層混凝土，然后鋼筋和模板的建安，養護之后即可進行拆模和土方回填。導墻結構如圖4所示。

圖4 導墻結構圖

2)護墻泥漿：對于護墻泥漿的制備，需要注意泥漿質量尤其是其比例變化，需要嚴格限制泥漿存儲空間，多數需要將泥漿存儲在泥漿池內，對于泥漿池的體積需要滿足單個槽孔進行連續施工。為了保證泥漿的均勻性，需要通過泥漿泵來進行泥漿的運輸[5]。

3)塑性混凝土澆筑：為了保證防滲效果，對于塑性混凝土的配合比應進行實驗室的對比配置，尤其是防滲薄弱位置，需要嚴格控制塑性混凝土配合比，并對于其防身效果進行現場檢驗。

對于塑性混凝土防線效果的保證，不僅需要在配合比上進行嚴格要求，同時需要對于其施工工藝也需要按照設計嚴格執行；尤其是在塑性混凝土墻與底層混凝土連接位置，需要注意不同層混凝土的結合強度；對于上層混凝土，需要注意其密實性，保障最上部塑性混凝土的防滲效果。

3 加固效果評價

對于水庫除險加固，除了采取綜合防滲技術，在材料和施工工藝上嚴格執行設計要求，對于防滲加固處理效果，需要對于滲流進行計算分析，采取取芯、注水和物探進行檢測，保證綜合防滲效果的有效穩定。

3.1 滲流分析

對于采取綜合防滲技術加固除險后的書庫，需要對于其設計洪水位和校核洪水位進行滲流計算分析，并采取一定的措施進行滲流驗證，保證防滲處理效果良好。

3.2 鉆孔取芯和注水檢測

對于采用旋噴防滲墻處理的水庫，為了對于其防滲墻的完整性和抗滲性能，對于加固后的書庫采用鉆孔取芯的直觀方法進行防滲加固效果的檢驗，通過芯樣的抗壓強度來檢驗加固效果。

對于部分滲流重要部位，需要進行注水檢測，在一側注入鹽水，另一側檢驗其導電系數，通過導電系數的變化來檢驗防滲加固的效果，通過計算保證滲透系數滿足加固設計要求。

3.3 物探檢測

對于加固后的水庫，如果存在取芯不方便或者滲流薄弱區域不適合取芯的位置，需要通過物探技術進行防滲效果的檢驗，當前主要采用高密度電法和探地雷達技術進行測試，通過被測物質的穩定性來保證防滲加固效果的穩定性。

4 結 語

對于水庫防滲病害的除險加固，當前多采用復合土工布薄膜、水泥攪拌樁等方法進行處理，然而由于技術的限制和施工工藝的缺憾，造成當前防滲處理效果不佳；綜合防滲技術如高壓噴射灌漿、帷幕灌漿和塑性混凝土防滲墻的采用，大大保證了防滲加固處理的效果，同時施工工藝簡單，施工質量容易保證。

針對不同類型水庫的防滲病害加固除險，需要根據具體情況進行分析并采取相應的防滲處理技術，從根本上解決防滲病害問題。文章系統介紹的綜合防滲加固除險技術，防滲處理效果顯著，對于今后類似工程的選擇提供一定的理論經驗。

[1]龔木金.混凝土防滲墻在云南病險水庫加固中的應用[J].云南水力發電，2005(21)：63-65.

[2]李長華，龔德新，郭祥初.運用高壓旋噴建造土壩壩基灌漿蓋板技術[J].中國水利，2002(08)：59-50.

[3]徐有前.高壓噴射灌漿技術在大壩防滲加固中的應用[J].合肥工業大學學報:自然科學版，2003，26(03):32-34.

[4]水利部水工技術咨詢中心.SL62—94水工建筑物水泥灌漿施工技術規范[S].北京:水利電力出版社，1994.

[5]柳偉.淺談水庫大壩塑性混凝土防滲墻施工技術與控制[J].河南水利與南水北調，2009(05)：70-72.

TV697.32

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2017-08-12

周宗兵(1968-)，男，江西南昌人，工程師，從事水利工程管理工作。