堤壩防滲設計在水利工程中的應用

蔣光燦

摘 要：水利工程的建設有助于合理利用水資源，為農業經濟發展提供水資源保障。堤壩是常見的水利工程形式，對提升水資源利用效率具有重要作用，而堤壩防滲是堤壩工程的關鍵。本文對水利工程中的堤壩防滲設計進行研究，結合堤壩工程案例，分析堤壩防滲技術的施工要點，期望為相關研究提供參考。

關鍵詞：水利工程;堤壩工程;防滲設計

中圖分類號：TV223.4文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）07-0048-03

Application of Dyke secpage Design in Hydraulic Engineering

JIANG Guangcan

（China Water Resources Pearl River Planning Survey and Design Co.， Ltd.， Guangzhou Guangdong 510000）

Abstract： Water conservancy projects contribute to the rational use of water resources and provide water resources protection for the development of agricultural economy. Dyke are a common form of water conservancy projects， which plays an important role in improving the efficiency of water resources utilization， and seepage prevention is the key of dam engineering.? This paper studied the design of dyke seepage prevention in water conservancy projects， and analyzed the key points of the construction of dam seepage technology based on the case of dyke engineering， and hopes to provide reference for related research.

Keywords： water conservancy project;dyke;anti seepage design

水利工程是我國基礎設施的重要組成部分，其在維護國家穩定、促進社會發展等方面發揮著重要的作用。建設于20世紀50年代至70年代的水庫工程，大多數以土石壩為主，受技術、歷史等多方面因素的制約，一些堤壩工程在經過長期使用之后，出現了滲漏等情況，嚴重影響水資源利用效率。堤壩防滲設計是水利工程建設和設計方面的重要內容，是確保水利工程正常運轉的前提條件。由此，本文結合堤壩防滲工程，探討影響堤壩滲漏的因素，提出完善防滲設計和防滲施工的要點。

1 某水利工程概況

1.1 工程概況

以某河流上的水庫大壩為研究對象。該水庫距離市區7.5 km，位于該河流的重要區域。該水庫大壩的設計洪水標準為100年一遇，地震烈度為Ⅳ度，設計洪水位為903 m，堤壩設計高程為908 m，水庫正常蓄水位為903 m，大壩結構為均質土壩。該水庫大壩的主要功能是為周邊居民生產生活、城鎮工業等提供水資源，同時具有攔截泥沙、保障水質的作用。水庫大壩的工程包括土方明挖、石方明挖、干砌塊石、土方填筑、碎石墊層、砂墊層、混凝土澆筑等。

1.2 工程地質分析

水庫大壩所在的河流區域，河谷呈U形發育。該區域內地貌主要為沖擊地貌，普遍存在一、二、三、四級階地貌。從區域構造來看，水庫大壩的發育階段為四級，地質構造相對簡單且整體穩定，無大型區域性活動斷裂，地質環境適合建造水利工程。

1.3 滲漏分析

從《碾壓式土石壩設計規范》（DL∕T 5395—2007）可知，堤壩滲漏受到多種因素的影響，水的漲落、蓄水期和枯水期等均會對堤壩滲漏產生不同的影響。從水庫大壩來看，年輸沙量為81.62萬m?，水庫引水不會造成水位的快速起落。當堤壩處于蓄水階段，水位較高時，均質土壩具有有效的防滲作用，但是在壩基、左岸肩、右岸肩等區域均存在不同程度的滲漏，其溢出比為0.285～0.310，超過了水庫大壩允許的滲透比率。因此，需要對水庫進行有效的防滲處理，從而避免發生滲漏。為了確保堤壩安全，具有良好的防滲能力，需要充分考慮潮流、風浪等環境因素的影響，選擇合適的堤壩防滲方案。

2 堤壩防滲處理

水庫大壩結構為均質土壩，從大壩運行情況來看，需要對壩基、左右壩肩以及庫底進行防滲設計，以確保堤壩的防滲效果。

2.1 壩基防滲處理

地質勘查報告顯示，河谷基底主要由白堊系砂巖及礫巖巖面構成。鉆孔壓水試驗表明，巖體結構的弱風化厚度為20 m左右，透水率為2.5～7.36 Lu;強風化帶垂直厚度為7～8 m，透水率為5～10 Lu。從樣體結構來看，弱風化帶具有良好的防滲能力，相對不透水。從水庫大壩的運行來看，壩基的日均滲漏量為1 334 m?/d，主要以階地砂卵石和壩基漫灘的滲漏為主，因此，需要對該部分進行防滲處理。結合壩基情況，選擇帷幕灌漿的方式進行防滲處理。清除壩基表面滲漏嚴重的砂質壤土后，開挖截滲墻，并且以弱風化砂巖作為建基面，采用單排帷幕灌漿的方式進行處理，確保灌漿與壩基結合緊密。

2.2 左右壩肩防滲處理

從地質勘查資料以及水庫大壩的運行情況可知，水庫大壩的左右壩肩主要由砂礫石層構成。從左右壩肩的基巖邊坡來看，弱風化帶厚度為30～32 m，強風化帶垂直厚度為8～10 m，左壩肩屬于中等透水，右壩肩主要以砂礫為主，屬于弱透水性底層。左右壩肩均存在較為明顯的滲漏情況，需要加強防滲處理。

針對左右壩肩的防滲處理，可選擇兩種方案：第一，礫卵石層灌漿方案，左右壩肩均以礫卵石層結構為主，根據左右壩肩的現狀，采用灌漿的方式，與主帷幕形成連續防滲墻體，能隔斷上部的礫卵石層，從而提升防滲能力，該方案需要投資150萬元;第二，截滲洞方案，該方案主要針對左右壩肩的礫卵石層，在礫卵石層的壩肩內部成洞，起到截斷礫卵石層的作用，也能夠作為基礎灌漿洞，達到截滲的作用，該方案的工程投資成本為380萬元。綜合對比以上兩種方案，第一種方案的投資成本較小，施工簡單，可以與壩基的防滲處理同時進行，但是灌漿質量受多種因素的影響，防滲性能可靠性相對不足;第二種方案投資較大，但是防滲可靠性高，工期相對較長。在左右壩肩的防滲處理中，需要根據實際情況，合理選擇防滲方案。

2.3 庫底防滲處理

水庫庫底采用復合土工膜和黏土鋪蓋相結合的方式進行防滲處理。防滲結構主要包括土工膜防滲層、支持層和保護層。從滲漏的情況來看，壩體的滲漏量不大，而且滿足滲透穩定性的要求。但是，庫底屬于薄弱部位，受水體沖刷明顯，容易對其穩定性造成影響。庫底的巖層相對完整和穩定，因此不需要進行特殊的防滲處理。由于壩基與庫底的結合部位相對薄弱，需要采用涂料進行加固處理，與復合土工膜等形成完整的防滲體系。

3 堤壩防滲施工

采用帷幕灌漿的方式進行堤壩防滲處理，在準備灌漿設備和材料的基礎上，嚴格根據《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規范》（SL 174—2014）和《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》（SL 62—2014）進行灌漿鉆孔施工，并且做好裂隙清理和壓水試驗，采用分段灌漿的方式進行拌漿灌漿，完成對大壩結合槽的防滲處理。整體施工區域相對集中，需要對每一段工序進行嚴格控制。工藝流程如圖1所示。

3.1 灌漿設備與材料

所選用的灌漿泵為GK-200型灌漿泵。該型號灌漿泵排量為200 L/min，最大壓力為7 MPa，符合工程需求。同時，還需要漿液攪拌機、壓力表、灌漿自動記錄儀等設備，對灌漿過程中的灌漿壓力、注入效率和累計注入量進行記錄。

選用普通硅酸鹽水泥，所選擇水泥的物理、化學性能均符合國家標準。為了確保灌漿物理性能，使用純水泥漿液，根據不同的需求選擇固結灌漿漿液和帷幕灌漿漿液。選用無污染水源作為灌漿漿液用水。

3.2 灌漿鉆孔

灌漿鉆孔主要工藝流程包括定位放線、鉆機就位、鉆進、裂隙沖洗、壓水試驗、拌漿灌漿、水泥漿封孔等。鉆孔過程中，需要固定鉆機鉆孔，確保鉆機安裝牢固，避免發生不均勻沉降。所選擇的鉆孔孔徑為75 mm，孔徑誤差<10 cm。根據帷幕灌漿的需求，需要采用兩序施工，因此，要對灌漿鉆孔施工進行嚴格控制，確保帷幕灌漿孔的誤差<20 cm。

3.3 裂隙沖洗與壓水試驗

裂隙沖洗和壓水試驗同時進行，將灌漿壓力的80%作為壓水試驗的壓力，逐步增加壓力，分析壓水試驗的情況。采用單點法，從上至下進行壓水。在灌漿施工前，需要對裂隙進行沖洗，直至回水清凈時止。

3.4 拌漿灌漿施工與水泥漿封孔

采用從上而下分段灌漿的方式進行固結灌漿，分別按照2-6 m、2-5-4 m進行分段灌漿，分別選擇合適的灌漿壓力。帷幕灌漿的段長為5 m，采用分段壓力進行帷幕灌漿，待凝固24 h后開始下一段灌漿施工。

防滲工程采用循環式灌漿方式，逐步提升灌漿壓力，直到增大到設計壓力。灌漿期間，要時刻注意抬動表的壓力讀數，控制灌漿壓力。灌漿期間，需要控制水灰比，根據灌漿注入量和灌漿壓力選擇合適的水灰比[5]。當灌漿出現最大壓力時，繼續灌注30 min后結束灌漿。待灌漿質量驗收合格后，對灌漿孔進行封堵。

4 防滲效果

通過上述研究可知，透水率≤40 Lu，能夠達到防滲需求。取出防滲灌漿的壩基巖芯進行測試，可明顯看到灌漿痕跡，巖體的密實度和巖芯的整體性均有所變化，滲漏情況出現明顯改變（見圖2）。對壩基進行防滲帷幕灌漿，對庫底進行復合土工膜后，對滲水進行觀察，發現滲水基本消失。對堤壩進行長達1個月的蓄水試驗。數據顯示，滲水量減少60%，防滲效果顯著。

5 結語

在水利工程建設和投入使用過程中，堤壩滲漏現象時長發生，不僅給堤壩造成了極大的危害，而且給城市的發展及百姓的安居樂業埋下了隱患。文章根據實例闡述了堤壩滲漏問題，并結合堤壩防滲工程，探討影響堤壩滲漏的各種因素，提出完善防滲設計和防滲施工的要點。

參考文獻：

[1]高艷麗.水利堤壩工程防滲加固施工技術[J].建筑工程技術與設計，2018（32）：24-25.

[2]韓汝權.水利工程施工中堤壩防滲加固技術的運用[J].四川水泥，2019（1）：265，295.

[3]錢寬，劉紅升，陳美娟，等.水利工程施工中堤壩防滲加固技術的探討[J].珠江水運，2018（23）：31-32.

[4]俊霞.水利工程中堤壩加固技術探究[J].居舍，2018（28）：36.

[5]舒清.水利堤壩工程防滲加固施工技術[J].技術與市場，2018（9）：114，116.