水利工程土石壩防滲施工技術探討

凌雙云

（廣東科能工程管理有限公司，廣東 廣州510507）

1 概述

對于水利工程項目而言，土石壩是在利用當地土石原料的基礎上，對其做進一步的拋填與碾壓堆筑等處理而成的。其優勢主要體現在：結構簡單、原料可就近獲取、施工簡便、造價低廉，對于施工建設區域的水文與地質條件等要求較低。而土石壩也有一個較大的缺陷，就是比較容易產生滲漏，一旦發生滲漏現象，如果不及時采取合理有效的處理措施，則會對人們的生命財產安全構成嚴重威脅。

2 土石壩滲透變形的成因

2.1 壩基的不透水層與截水槽未連通，地基的穩定性得不到有效保障，在壩基出現滲流現象以后，不加以處理就會導致壩基變形甚至潰壩。

2.2 沒有正確認識所選取土石材料的力學性能，在土石壩建設過程中，在對儲存水源部分進行設計時，沒有科學合理地設置好浸潤線，從而影響到了下游壩的安全性與穩定性。

2.3 在涵洞的施工過程中，存在所用漿液不均勻、混凝土比例錯誤等問題，從而導致周圍黏土的密實程度不足，使得土石壩出現涵洞，并發生滲透變形問題。

2.4 沒有采取合理有效的基礎防滲措施，對土石壩建設標準不夠嚴格，造成基礎漏水現象頻發，進而導致土石發生嚴重變形。

3 石壩滲透變形的形式

在我國很多地區，尤其是降水量比較豐富的南方，導致土石壩出現滲漏與變形原因可以歸結為兩個方面：機械作用與化學作用。在土石長期作用下，壩體中的一部分結構可能遭受破壞。因為土石壩的土質、土料質量、防滲漏與排除滲漏的方式以及水流基本條件等存在一定的差異性，土石壩滲流現象可總結為以下四種情況：

3.1 流土

在發生土石壩滲流現象時，泥土顆粒會出現一定程度的增大，被水流帶走，同時，從壩體表層也會觀察到隆起或者沖出現象。該情況主要發生在土石粒徑均一的粘性土壤，或者是粘性較低的土體。在發生滲流現象時，通常還會伴隨著嚴重的土體斷裂、凸起與掉落等不良現象。

3.2 管涌

管涌現象通常發生在土石壩的下方地基、下游壩坡出現滲流跡象的表層等常見位置，非粘性土壤的微小土粒在土石塊的滲透作用下，不斷地從孔洞中涌出，在達到一定速度以后，就會被沖刷帶走。而如果不加干預，在長時間作用下，壩體中的土壤顆粒會被大量沖走，從而在原來位置留下一個空洞，當空洞增加到一定限度以后，則會導致土石壩的內部結構出現不可控制的變化，從而導致土石壩在滲透作用下發生不可控的變形問題。

3.3 接觸流土

對于土石壩而言，相鄰土層之間的接觸面也會存在滲入現象，通常是滲透系數較小的土層向滲透系數較大的土層進行滲透，上述接觸性流動的土壤也會對土石壩造成嚴重損壞。

3.4 接觸沖刷

在土石壩的使用過程中，對接觸沖刷現象所造成的損壞程度進行分析，可以得出土石壩使用年限等信息。在壩體滲流經過地基而產生接觸的位置，以及與建筑物等接觸系數存在差異的土層接觸的過程中，粒徑較小的土石會被沖走。對于接觸沖刷現象而言，土石壩滲透變形的形式較為單一，只有在部分特殊情況下，才有可能出現兩種或者兩種以上并存的情況，而根據實際情況之間的差異性，包括滲透坡降情況、位置、土料狀況等，需要對其進行針對性研究，并制定出合理有效的預防與保護措施。

4 土石壩防滲技術

4.1 混凝土防滲墻

混凝土防滲墻需要用到專門的造孔機械設備，在操作過程中，需要不斷地在松散、透水的地基上造孔，以泥漿固壁，在泥漿下向孔內灌注混凝土，從而得到一整道直立且連續的防滲墻，以充分發揮攔截壩體與壩基滲漏的重要作用。就目前而言，該項技術不斷趨于成熟，在砂層、淤泥層等多個領域都取得了一定的成果。混凝土防滲墻主要應用于地形復雜的基礎防滲，同時在土石壩的壩身防滲等工作中也可以起到一定的作用，具備工藝先進化水平高、施工效率高、成墻效果直觀、適應范圍廣、防滲效果顯著以及節省成本等顯著優勢，在實際的施工過程中，需要對接縫質量等細節問題引起足夠的重視。混凝土防滲墻的布置如圖1 所示。

圖1 混凝土防滲墻布置

4.2 高壓噴射灌漿防滲

高壓噴射灌漿需要用到鉆探機鉆孔完成具體操作，首先需要按照設計要求將安裝有特制合金噴嘴的注漿管下到預定位置，然后使用高壓泵噴射漿液破壞原有土體，實現土粒與漿液的充分混合并得到固結體，固結之間體交互連接即可得到連續性的防滲帷幕，主要發揮攔截滲漏的防滲作用。現階段，該項技術廣泛應用于眾多防滲工程施工中，尤其在軟基加固方面取得了一定的成果，而很少應用于全風化花崗巖地層方面的防滲工程。高壓噴射灌漿防滲主要適用于以下土質：砂土、淤泥、軟弱黏性土和粒徑不超過5cm 的砂卵石等，在灌漿過程中，其深度始終低于50m，具備施工效率高、防滲效果好、不受水位影響、安全性與可靠性高以及造價成本低廉等顯著優勢。

4.3 劈裂灌漿防滲

劈裂灌漿采取高壓灌漿的處理方式，將漿液灌入土層以后，可以改變土層原本的性質，使土體發生剪切裂縫，漿液順著所產生的裂縫，由強度低的地方向強度高的地方劈裂，順利劈入的漿液固結形成防滲墻體，并與壩體緊密的連接在一起，起到有效的攔截滲漏的作用。劈裂灌漿防滲技術是一種新興的土石壩防滲加固新技術，并逐漸得到推廣與應用。該項技術主要適用于粉細砂與黏土層，對于這部分土體而言，顆粒漿材無法順利順入。該防滲施工技術的優點主要體現在原料易獲取、施工簡便、造價成本低廉以及防滲效果優良等方面。

4.4 帷幕灌漿防滲

帷幕灌漿需要在特定的壓力條件下，將漿液壓入壩身或者壩基內部，以填充各部分土體之間存在的大量空隙，在對原有土層的結構與組成進行改造的基礎上，依靠膠結作用得到連續的防滲帷幕。就目前而言，帷幕灌漿已經成為水利工程對地基進行防滲處理的重要手段，為水工建筑物的安全性與可靠性提供了重要保障。該項施工技術主要應用于局部透水性較強的巖基防滲，可以取得良好的防滲效果，且施工操作相對簡單，無需投入較大成本。

4.5 套井回填黏土防滲

在套井回填施工過程中，需要用到沖爪機進行造孔操作，將壩體滲漏的涂料取出以后，需要及時回填黏土，并將其夯實壓平，得到具備防滲功能的黏土防滲墻。套井回填技術實現了對險堤險壩防滲處理，對于壩高較小的均質壩與寬心墻壩等相關類型而言，應用沖抓套井回填黏土防滲可以取得良好的防滲效果，具備施工設備要求低、施工便捷、材料來源廣泛以及投資成本低等優點。

4.6 土工膜防滲

土工膜防滲需要用到鏈條開槽機完成開槽操作，并在垂直方向鋪設土工膜防滲，通常情況下，所用原材料多為所料類，尤其是聚氯乙烯膜（PVC）與聚乙烯膜（PE）的應用最為廣泛。在施工過程中，需要將開槽寬度控制在0.17～0.3m 的范圍內，且開槽深度不能超過12m。相較于黏土、混凝土、鋼材等傳統材料而言，土工膜是重要的大壩防滲構件，有著廣闊的發展前景。該項防滲技術主要應用于砂性土地基，具備高度的經濟性、可靠性、便捷性與防水性，且適應變形的能力較強。

綜上所述，隨著科學技術的進步與發展，大量的新型技術、工藝與材料得到了廣泛普及，土石壩防滲技術也處于不斷的創新與完善的過程中。對于上述所提到各項防滲施工技術而言，其應用與發展都在一定程度上促進了水利工程所發揮效用的最大化，有利于水利建設領域的健康可持續發展。