淺議水利施工中防滲新技術的應用

戴曉平

寧夏長城水務有限責任公司，寧夏銀川 750011

在過去40年里，我國水利水電事業取得了飛速發展，1978年，全國水電裝機容量接近1900萬kW；2017年，全國水電裝機容量超過3.4億kW左右，已建成9.8萬余座水庫大壩。現在，我國已成為世界水電第一大國，我國水庫大壩數量也高居世界第一[1]。目前，我國擁有20座200m以上的高壩，數量超過了其他任何國家。由于水電屬于無污染的清潔能源，符合可持續發展理念，在十三五期間，水利水電工程還將獲得進一步的發展。

但由于我國近半數水壩興建于20世紀50～70年代，限于當時的技術條件，施工質量不高，建成后又超期服役，造成水壩病害嚴重。據統計，全國超過4萬座水壩、水庫存在著滲水、裂縫等問題，已經嚴重下游人民生活安全[2]。我們必須認真研究水利工程滲漏的原因，探索應用新防滲技術，做好水壩防滲工作。

1 水利工程滲漏的原因

1.1 施工原材料造成的滲漏

混凝土、鋼筋等施工原材料質量直接關系到水利工程落成后是否會出現滲漏。若水泥水化速度快，后期強度低、凝結時間慢，或混凝土中水泥用量過高，或細骨料中砂、石含泥量超過1%，砂含量超過2%；都會降低混凝土的強度，最終導致水利工程出現滲漏。若鋼筋表面氧化膜被破壞，鋼筋中的鐵與水發生銹蝕，會產生膨脹應力，導致保護層開裂，最后在水利工程表面出現沿鋼筋的縱向裂縫。此外，由于歷史的原因，20世紀50～70年代，國內主要選用土石作水利工程建筑材料，它們的強度遠不能與鋼筋混凝土相比，在水流數十年沖擊、侵蝕下也會出現滲漏。

1.2 施工方法造成的滲漏

水利施工對于施工工藝的要求非常嚴格。當前在水利施工中存在著一些施工企業盲目搶進度、不注意施工質量、不講究施工工藝的情況。如施工企業沒有及時清除管件表面的銹蝕，致使管道與混凝土無法緊密粘結，產生縫隙，出現結構性滲水。還有施工人員澆搗混凝土前，沒有清除止水帶附近的雜物，或振搗不嚴密，不均勻，致使粗骨料窩集、架空，形成蜂窩、孔洞。或在現澆混凝土凝結時沒有控制好過大的內外溫差（混凝土凝結時，水泥顆粒、石灰、氧化鈣與水化合，會在混凝土內部產生超過110℃的水化熱，產生拉應力，若過早拆模，以致外層混凝土迅速降溫，內外溫差超過25℃，就會撕裂混凝土。或在分層澆筑時沒有做好通水冷卻，或在混凝土終凝前沒有進行二次振搗，甚至出現漏振，或振搗時間不足，插入深度不到位。以上種種情況，都會造成水利工程建成后出現裂縫，最終出現滲漏。

1.3 施工設計造成的滲漏

在水利工程設計階段，設計人員經驗不足，能力有限，設計水平不高，沒有根據水利工程施工現場的實際情況作出最佳的方案設計，導致工程設計標準不符合相關規定，因此，水利工程落成后難以避免出現滲漏。還有的設計人員沒有根據實際情況或防滲要求設計止水材料尺寸，或變形縫隙的尺寸設計不符合防洪要求，導致密封止水材料伸縮率過小，最后讓水透過接縫處滲進混凝土結構內部，滴水穿石，造成滲漏。

2 在水利施工中應用防滲新技術

2.1 防滲墻技術

防滲墻是當前普遍采用的防滲技術，它的成本較低，墻體較薄、持久耐用、滲漏指數低。進行防滲墻施工，要先在地基中造孔，然后向孔內灌注混凝土形成地下墻體，起到防滲效果。在使用防滲墻技術時，必須具體情況具體分析，結合水利工程施工現場的實際情況，選擇適宜的施工工藝。

2.1.1 銑削成槽

對大塊巖石與弱風化硬巖層先進行孔內聚能爆破，再進行重緩沖砸破碎，最后用德國寶峨液壓雙輪銑清孔。采用這種工藝對堰體回填層、全風化層與淤積層進行施工，效率高，施工速度可達100m2/d；但這種工藝不適用于塊石、砂卵石漏漿地層與弱風化層（施工速度會降至6m2/d，甚至4m2/d，而且施工成本也會上升）。銑削成槽工藝缺點是難以進行槽孔糾偏，當防滲墻墻體深度超過40m時，難以保證墻體的搭接厚度。

2.1.2 兩鉆一抓成槽

先用沖擊鉆鉆出主孔，再用抓斗進行副孔施工，這種施工工藝造孔精度較高，但在施工過程中遇到塊石（花崗石塊石、砂石塊石）和硬巖層仍要進行爆破作業，或用沖擊鉆施工。兩鉆一抓成槽工藝的施工速度大約為10～15m2/d。

2.1.3 上抓下鉆成槽

現場地層復雜，上部為堰體回填層、淤積層，下部為弱風化硬巖層。對于上部堰體回填層、淤積層用抓斗（也可用液壓銑）施工，對于下部弱風化硬巖層，進行沖擊鉆施工。上抓下鉆成槽工藝的施工速度大約在10～20m2/d之間。若地層中塊石較少，工效會較高，但欠缺造孔精度。

2.1.4 多頭深層攪拌水泥土成墻工藝

水泥深層攪拌法起源于美國，后在日本發展成熟。發達國家在水利施工中應用水泥深層攪拌法，創造出多頭深層攪拌水泥土成墻工藝。這種施工工藝需要多頭小直徑深層攪拌機（國內已有一機六頭的深層攪拌機，而國外則有一機八頭的深層攪拌機）。將多頭小直徑深層攪拌機在現場安裝到位后，同時進行多頭平行鉆進，直至鉆頭推進到設計深度，提升攪拌到孔口，在鉆進與提升的同時，通過高壓輸漿管噴射水泥漿，待水泥漿固結形成水泥樁；再縱向移動多頭小直徑深層攪拌機，在每個水泥樁之間重復進行上述操作，最后將設置成一道完整防滲墻。采用這種工藝進行成墻，最大深度可達22m，抗壓強度超過0.3MPa，而且施工便捷，所需資金較少，適用于黏土和砂礫直徑小于5cm的砂礫層。

采用多頭深層攪拌水泥土成墻工藝，在施工前必須將主機調平，用經緯儀檢查樁架垂直度，確保主機機架處于鉛垂狀態，還要檢查支腿是否存在下陷；輸漿時必須保證輸漿均勻，總輸漿量不能低于設計要求；輸漿壓力不能過大，也不能過小，要保持在0.3～1MPa之間；鉆進速度不能超過0.8m/min，若土層較硬，鉆進速度也不應超過0.6m/min，這樣可以提高鉆孔的精度。

2.2 高壓噴射灌漿技術

高壓噴射灌漿技術是由日本創造出來的施工方法，目前已在發達國家水利施工中獲得廣泛應用。高壓噴射灌漿技術指利用高壓射流的沖擊力破壞土體，使漿液與土粒摻攪凝結，最終形成墻體。

采用這種工藝，要在設計的預定位置鉆孔，然后放入高壓注漿管，噴射高壓漿液，沖切攪拌土體。壓縮氣體在高壓射束周圍形成氣幕，漿液與土粒攪拌混合，形成沸騰狀漿液。在噴射結束一段時間后，注入水泥漿液，充填擠壓土體中的空腔，讓水泥漿液向土體孔隙中滲透，形成凝結體。一個凝結體成型后，再逐孔連續進行上述操作，最后連接成一道墻體帷幕。

高壓噴射灌漿可進行單管施工、雙管施工、三管施工。單管施工適用于淤泥質地層，漿液壓力可達10～25MPa，排量為70～250L/min，形成的凝結體較小，樁徑在0.4～0.9m之間。雙管施工用氣幕保護水泥漿液，使壓縮氣體與漿液同軸同向噴射，漿液壓力仍在10～25MPa之間，排量則上升到600～1200L/min，凝結體直徑可以增加1倍。三管施工適用于土粒粒徑較大、土質較硬的復雜地層，同軸同向噴射高壓水與壓縮氣體，用氣幕保護高壓水射束，同時輸送漿液，高壓水排量可達到800～1500L/min，漿液輸送量可達到80～160L/min。

據統計，國內存在病害的水壩超過4萬座。使用高壓噴射灌漿技術可以在不開挖、不破壞地基的情況下對水壩基座進行加固，沖擊切割原有的凝結體，再用漿液充填膠結，形成牢固的連接，重建新的防滲墻。

2.3 控制性灌漿技術

這種防滲技術適用于大孔隙、大溶隙、大裂隙的覆蓋層強滲失地層、巖溶地層、斷層破碎帶。

2.3.1 水泥-水玻璃漿液灌漿

按規定的配合比例，將水泥漿與水玻璃漿投放進攪拌機充分混合攪拌，再進行地下灌注，數十分鐘后便可凝膠；亦可將水泥漿與水玻璃漿分別經不同的灌漿管在鉆孔內同時噴射而出，在十幾秒內迅速形成凝膠，從而起到封閉孔隙的作用。

2.3.2 膏狀漿液灌漿

膏狀漿液是在水泥漿中摻加輔助材料，再攪拌而成的塑性屈服強度超過50MPa的超穩定性漿液，同水泥漿相比，膏狀漿液具有更高的黏度與更大的保水度。可選用水泥、粉煤灰、膨潤土、抗分散劑、速凝劑做輔助材料。

進行膏狀漿液灌漿，必須對灌漿過程進行控制，以免造成材料浪費。

（1）分級升壓。在膏狀漿液灌漿過程中，分2次或3次分級進行升壓，而不要一次性把壓力升高到最大值，這樣可以使膏狀漿液逐層填充地層內的大空隙、中空隙、小空隙，同時控制漿液擴散距離。

（2）間隙式灌漿。若地層中存在特大空隙，應進行間隙式灌漿。每間隔5～10min進行一次灌漿，每次灌漿后逐漸升高壓力，可以慢慢地填滿空隙。

3 結語

滲漏是水利工程中的常見病害，但危害極大。我們必須銘記“千里之堤，潰于蟻穴”，認真研究、分析水利工程中出現滲漏的具體原因，同時在水利施工中積極應用防滲新技術，保證水利工程安全運行。