土石壩防滲加固處理技術研究

萬書云，戴衛東，王光霞

1.淮安市金湖縣水務局,江蘇 淮安 211600

2.昆山市巴城鎮水利（水務）站,江蘇 昆山 215300

3.淮安市淮安區渠南水利管理所,江蘇 淮安 223200

我國是世界上水能資源較為豐富的國家之一，根據2012年第一次全國水利普查結果，我國共有水庫9.8萬余座，總庫容為9823.12億m3，共修建水電站4.67萬余座，裝機容量達3.33億kW。這些大壩的安全不僅直接影響著工程效益的發揮，還與國民經濟發展和下游人民群眾的生命財產安全密切相關。我國大部分已建大壩為土石壩，而大多數土石壩是在1950s和1960s建造的，隨著時間的推移，土石壩呈現了不同程度的滲流毀壞、滑坡、地震液化，這就直接導致水庫危險系數增加，不光出現了許多不能充分發揮工程效益的危險庫，給人民生命和財產帶來嚴重損失和災難的水庫潰決現象也日益增多。因此，對土石壩進行除險加固工作尤為重要。鑒于此，文章重點介紹土石壩防滲加固相關技術。

1 劈裂灌漿防滲技術

劈裂灌漿主要是通過恒定壓力沿壩軸線的較小主應力平面將壩分開，將泥漿倒入壩中，初步構造一個連續泥漿墻，后通過泥漿之間相互的壓力作用形成一堵防止滲透的墻。在此過程中，泥漿液化壩體的同時也增加了整體的密實度。劈裂灌漿處理后，在壩體上形成了垂直致密的連續不透水體，增加了壩體的密度，提高了壩體的抗滲性和穩定性，預防了堤壩的變形，在除險加固方面取得了非常顯著的效果。但是，壓力不容易控制是其最大的缺點，在劈裂灌漿接觸基巖和剛性建筑的部位，為防止接觸侵蝕，與基礎防滲墻和高壓固定噴墻結合的問題需要進一步研究和解決。

2 沖抓套井回填黏土防滲墻技術

沖抓套井回填黏土防滲墻技術是利用沖抓式打井機具，從滲流區域刺穿土壩的不透水體或水壩，然后回填層狀黏土以形成連續的不滲水壁來阻塞滲流通道。近年來，這項技術得到了不斷改進和發展。在勘探和施工過程中，大壩中水的“阻塞”和“排水”之間的問題得到了正確解決，大壩套管井中的黏土回填得以完成，并利用沖抓鉆成功地用沙子和礫石層建造了水壩的基礎，使混凝土防滲墻取得了良好的效果。該技術成本低，涉及的機械易于操作、利于施工，防滲效果好。

3 混凝土防滲墻技術

混凝土防滲墻具體的施工工藝為在土石壩松散滲透性底部或凹槽中鉆出連續孔，用泥漿固化墻壁，用高壓泵將泥漿推到孔的底部，使其從孔的底部返回地面，而后利用直管將混凝土倒入槽中，最終構造不間斷的混凝土墻[1]。這種混凝土墻就像一個屏障，它能夠適應具備各種材料和復雜基礎的大壩，可以滿足各種水文和施工地質條件。墻的兩端能夠與岸坡和岸基巖上的防滲設施銜接，墻的底部可以埋入微風化的基巖中一定深度。通過對施工期間施工質量的嚴格控制，可以達到完全防止滲漏的效果。在混凝土防滲墻的施工中，必須確保施工品質。應特別留意兩個混凝土墻的銜接處，這是避免和防止滲透的關鍵。在銜接處，從孔的頂部到孔的底部連接高度任意，厚度應達到設計厚度，并且混凝土墻應緊密連接，以確保沒有泥土層，從而達到防止損壞的目的。

4 射水造孔澆筑混凝土墻技術

射水造孔澆筑混凝土墻技術是在沙質或軟土地基上建造地下混凝土防滲墻，利用高速射流替代烏卡斯鉆機建造一個槽孔。該技術方便快捷，易于安裝且成本低廉。詳細措施是使用水泵的沖擊力和成型機的射流初步毀壞土壤構造，利用卷揚機操作成型機自上而下、來回反復地運行以更進一步毀壞土壤層，為達到槽孔的美觀與規格進行仔細的修整，使用特定密度的水泥漿初步固定好泥壁，運用傳統的水下混凝土注入方法建造混凝土或鋼筋混凝土槽墻，使用成型器側向特殊裝備將槽墻連接到地下連續的不透水壁[2]。

5 振沖力加固技術

振沖加固技術是通過振動脈沖器達到加固的目的，先將其放置在疏松的中細沙層中，用高壓水洗滌，然后振動液化沙子層，重新壓縮沙子顆粒并使沙子層緊密。我國有許多心墻砂殼壩。施工期間，大多數砂殼不會卷起或壓縮。一些水壩的基礎上有未經處理的細砂層，因外部振動，它們很容易滑落。近幾年，中國發生16次6級及6級以上強地震，損壞了250多個土石壩，大約20%的水壩受到了嚴重破壞，幾乎一切重大受災的水壩都是因地震引起砂土液化導致的。因此，預防和管控地震液化無疑已經成為確保地震地域土壩安全的重要環節之一。隨著科技的進步，除了增大上游壩腳拋石蓋的分量和增大下游壩腳排水蓋的分量，還采取了振沖加固的方法。

6 高壓噴射灌漿防滲技術

高壓噴射灌漿防滲技術是在日本高壓旋噴灌漿法基礎上改進而成的。在我國，該技術用于土石壩壩基防滲，效果比較好，尤其在近幾年，在已有經驗基礎上，在施工工藝、設備配備、噴射形式、設計方案及相關技術參數優化等方面都有了一定程度的改善；原來僅用于細顆粒砂礫石、土層，現在同樣有了新的進展，逐步把應用范圍擴大到砂卵漂石和堆石碴層中。高壓噴射灌漿防滲技術是依據設計使用鉆頭進行鉆孔，先將水泥管、含水管和風管置于鉆孔中，后將噴嘴置于孔中。高壓射流在噴射的同時沖切并破壞土壤，引入水泥漿，將其與多孔土壤混合，升高噴嘴并固化漿液。在地基中，依據設計目的、深度、厚度和構造形態，將漿液與地基結合，形成緊密的凝結體，從而起到防止滲透的作用[3]。高壓噴漿技術具有兩面性，其優點是結構簡單、速度快，而缺點是地層靈敏度高，缺乏快速可靠的檢查方法，且成本高。目前，國內對高壓噴射注漿在地質構造上的應用范圍和檢查方法的看法尚未完全統一，為了在復雜的地質構造中使用，應首先進行現場試驗以證明其經濟合理性和技術可行性。

7 土工合成材料防滲技術

土工合成材料根據其水力特性可分為不透水土工膜或土工復合膜和滲透性土工布。前者代替了不可滲透的物體，并充當了隔絕滲透物和水的屏障，而后者則代替了過濾材料中的沙子和礫石，充當了排水和過濾器。它重量輕、運輸量小，易于鋪設，并且能夠黏合和焊接重疊的部分，與運用黏土和砂礫石料防滲比較，在降低成本、縮短工期和確保品質方面更具優勢[4]。近年來，隨著材料類型的不停更新、運用范圍的逐漸擴大以及建筑技術的不斷提高，土工合成材料已從低壩向高壩開展。土工膜與壩基和岸坡之間的連接主要是通過梯形實心埋槽的開挖，而開挖主要沿迎水坡的坡面與壩基和岸坡之間的接觸邊線，用黏土填充固定埋入的土工膜。土工膜銜接大壩內部的供水管，通常在涵管和土壩的迎水坡之間添加一個混凝土節水環，其迎水坡坡度平行于土壩的迎水坡坡度，將土工膜和瀝青附著到斜坡上，而后回填保護層中的土壤材料。

8 結束語

近年來，國家加大了對病害水庫除險加固的力度，隨著各種新的加固技術、工藝、材料的出現，土石壩防滲加固技術也隨之不斷改進。土石壩防滲加固技術的發展，使病害水庫一些相關險情逐漸被解決，使水庫能夠更好地發揮其防洪與興利作用，更好地服務于國民經濟建設和人民生活。在具體選擇土石壩加固方法時，要針對工程病害的具體情況進行具體分析，在技術、經濟等方面對以上相關加固方法進行技術經濟分析比較。合理的土石壩加固方法應是技術上可行、經濟上合理的。

在對土石壩進行具體加固時需要遵守一定的原則：第一，在防滲加固工作正式開始之前，要搜集加固工程所在區域的水文、地質、氣象等方面的相關資料和數據信息，水庫土石壩防滲加固施工中涉及許多較為復雜的內容，影響工程正常施工的因素較多，因此需要充分掌握相關因素變化情況，為后續順利施工打下良好的基礎。第二，土石壩防滲加固順利實施，需要特別關注加固工程成本情況，要考慮工程經濟性，避免出現因主觀意愿而進行加固的情形，防止出現嚴重工程事故。第三，土石壩防滲加固過程中，需要階段性地對工程進行測試分析。為了確保良好的加固效果，需要進行相關測試、試驗等工作，以便及時進行優化調整。