水利工程施工堤壩防滲加固技術

曹文旭

(廣東祥實建設有限公司，廣東 中山 528403)

在我國，很多水利工程的修建時間較早，受技術、資金、管理等因素的影響，并沒有能夠取得理想的施工效果，暴露出很多問題，如防洪標準低、壩體老化、滲透穩定性差等，影響了水利工程的運行的穩定和安全。對此，需要及時做好水利工程堤壩的防滲加固工作，借助科學的防滲加固技術，及時消除堤壩中存在的安全隱患，將水利工程的功能和價值充分發揮出來。

1 水利工程堤壩防滲加固的重要性

水利工程是我國基礎設施工程的一個重要組成部分，也是順應可持續發展理念的一種有效措施，通過對水利工程的施工建設，能夠實現對于水資源的合理利用，有效預防洪澇災害，更好地滿足社會生產以及人們日常生活對于水資源的需求。作為水利工程中的核心構筑物，堤壩本身占據了水利工程總量的80%～90%，因此，在水利工程施工中，做好堤壩建設非常重要[1]。而從目前的發展情況分析，我國很多中小型水利工程都建成于20世紀60年代或者70年代，運行時間長，加上維護管理不到位，堤壩存在著一定的滲漏問題，會對水利工程的運行安全造成威脅。做好堤壩防滲加固工作，能夠對水利工程堤壩中存在的缺陷和隱患進行排除，進一步提升堤壩運行的穩定性，保證水利工程功能的充分發揮[2]。

2 水利工程堤壩滲漏的主要原因

2.1 整體質量偏低

最近幾年，我國水利工程的數量呈現出快速增長的趨勢，不過相對而言，依然有相當一部分建設較早的中小型水利工程處于運行狀態，而因為當時施工條件以及技術水平的影響，這部分工程項目的質量無法得到保證，加上長期受各種自然因素的侵蝕，很多水利工程堤壩都出現了不同程度的滲漏問題，甚至存在著垮塌的風險[3]。

2.2 設備應用不當

機械設備的合理應用是保證水利工程施工質量和施工效率的關鍵，而如果機械設備的使用不當，則可能導致堤壩施工質量下降的問題。從目前來看，相當一部分施工單位在對水利工程進行施工建設的過程中，沒有重視機械設備的質量控制和監督管理，導致很多設備無法將自身的功能和作用充分發揮出來[4]。

2.3 運營維護不足

后期運營維護工作對于水利工程堤壩的影響不容忽視，水利工程的運行環境惡劣，如果缺乏有效的運營維護，沒有能夠及時對潛在的問題和隱患進行處理，則可能導致問題的擴大化，繼而引發堤壩滲漏的問題。一般情況下，水利工程施工建設完成后，會交給運營單位實施運營維護工作，但是因為監督管理機制的欠缺，不少工作人員存在著懈怠心理，對于堤壩巡檢不夠仔細，沒有能夠及時發現堤壩中存在的問題，隨著問題的擴大化，堤壩可能出現滲漏和決堤的風險[5]。

3 水利工程堤壩防滲加固技術

3.1 水平防滲加固技術

水平防滲加固技術的應用必須充分考慮水利工程堤壩的實際情況，選擇最為恰當的加固形式，以此來保證加固的效果。在實踐中，常用的加固方法有三種，一是對于出現大面積滲漏的堤壩，對防滲加固技術的要求較高，需要施工人員做好水量測量工作，對照工程的實際情況做好全面分析，確定最佳的防滲加固方案；二是應該立足全壩分析的角度，對存在有結構問題的堤壩，可選擇滲透壓力平臺加固技術；三是如果堤壩要求對滲漏率進行控制，可以采用水側攔截技術來提升防滲加固的連續性，保證堤壩的穩定和安全[6]。

3.2 高壓噴射灌漿技術

高壓噴射灌漿技術的基本原理，是利用射流作用，對堤壩所處地層的結構做出改變，然后灌入水泥漿或者復合漿液，在地層內部形成凝結體，從而起到防滲加固的效果。在當前的技術條件下，高壓噴射灌漿施工的方法可以分為幾種：一是單管法，主要是借助高壓泥漿泵，將預先配置好的水泥漿以30 MPa的壓力噴射到地層中，借助沖擊剪切作用破壞地層結構，然后通過旋轉的方式，實現水泥漿和土層的充分混合，凝固后可以形成具備較高穩定性的凝膠體。單管法施工中，水泥漿液的水灰比控制簡單[7]，能源利用率高，不過對于高壓泥漿泵的依賴性較大；二是雙管法，利用雙通道注漿管，在水利堤壩底部同軸雙重噴射高壓水泥漿和空氣，擴大破壞面積，最終形成延伸長度更大或者樁徑更大的凝膠體。雙管法的優勢在于相同壓力下，高壓水泥漿能夠與空氣協作，有助于防滲加固效果的提高，不過其只適用于軟土層；三是三管法，三管法是利用三個通道，分別輸送高壓水泥漿、空氣和清水，在30 MPa～60 MPa的超高壓作用下沖切土體，然后借助泥漿泵灌注的方式，對土層進行加固[8]。這種方法的優勢在于噴射壓力高、設備損耗小，形成的凝膠體體積更大，在軟土地基和砂土層防滲加固中有著良好的適用性；四是多管法，在施工中，需要先在地面鉆出倒空，置入多重管，然后利用向下旋轉運動的超高壓噴射流來破壞土體結構，以高壓水沖切巖石，以真空泵將泥漿抽出，形成巨大的內部操作空間，在噴嘴位置設置超聲波傳感器，對相關數據信息進行采集，然后結合實際情況，將混合均勻的水泥漿、砂漿和礫石等填充到空間中[9]。

3.3 振動沉模防滲技術

振動沉模防滲技術的基本原理有兩個，一是振動機械原理，將振動錘作為動力設備，兩根軸上分別設置一個偏心塊，電機啟動后，牽引偏心塊形成偏心，抵消雙軸同向運動產生的橫向偏心力，而在豎向運動時會形成激振力，使得其在垂直方向往復高頻振動，沖擊動量會直接作用在空腹模板上，使得其迅速沉入到地層中；二是振動沉模原理，空腹模板在沉入到地層后，可以啟動灌漿設備灌注水泥漿，在牽引力的作用下，振動模板逐漸上升，水泥漿會在重力的作用下，將模板上升形成的空間填滿[10]。施工中模板的上升和注漿是同步進行的，空腹模板能夠提供良好的防護功能，不容易出現墻壁坍塌的問題，而且在模板底部設置有多個槽孔，能夠很好地應對地下洞穴、廢棄管道以及滲水點等問題，保證防滲加固的效果。

3.4 劈裂帷幕灌漿技術

劈裂帷幕灌漿技術的基本原理，是沿工程堤壩軸線，均勻設置灌漿孔，在兩側壩體中開出一定的空間，通過灌注水泥漿的方式，形成連續性防滲帷幕，從而解決水利工程堤壩滲漏的問題，同時也能夠起到良好的加固效果。通過高壓水泥漿的灌注，能夠對堤壩內部存在的應力不足的區域進行處理，使得堤壩能夠達到應力平衡狀態，促進結構整體穩定性的提高。不過也需要注意，不同地區的地質條件和氣候條件的差異，使得水利工程堤壩破壞的原因也有所不同，在進行防滲加固前，需要做好相應的灌漿試驗[11]，確定堤壩破壞的原因，同時對地層的物理力學性質進行明確，制定出最佳的灌漿方案，這樣才能保證防滲加固的效果。

3.5 土工膜防滲技術

土工膜防滲技術是最近幾年才發展起來的全新技術形式，能夠用于水利工程堤壩垂直防滲墻、防滲斜墻以及水平防滲鋪蓋的防滲加固作業。施工環節，需要沿堤壩垂直方向鉆出槽孔，將與槽孔深度一致的土工膜整卷放入到槽孔內，然后將其軸卷倒轉，充分展開后，在兩側相連區域搭接，并在土工膜兩側填充混凝土，形成相應的防滲帷幕。土工膜防滲技術的施工效果與土工膜本身的質量密切相關[12]，因此在我國相關規范中，對堤壩防滲加固中土工膜的參數進行了明確：水利工程堤壩使用的土工膜厚度應該大于0.5 mm，一些關鍵部位可以根據實際情況適當加厚，次要部位可以適當減小，但是最小厚度不能小于0.3 mm。

3.6 級配料灌漿技術

級配料灌漿防滲加固技術適用于斷層地帶、喀斯特地貌以及存在較大裂隙的水利工程堤壩工程，在實際處理中，需要結合防滲加固的需求，做好水分和砂石等的配比設計，形成混合泥漿，利用壓力泵將混合泥漿壓入到堤壩內部，借助壓力和重力的共同作用，對堤壩中的縫隙和空洞進行填補，形成密實穩定的凝固體。在我國南方丘陵地帶以及西南地區，喀斯特地貌廣泛分布，級配料灌漿技術的出現，能夠為這些地區水利工程堤壩的防滲加固提供可靠支撐[13]。

3.7 滲漏涌水處理技術

考慮到水利工程堤壩滲漏可能導致的嚴重后果，工作人員必須結合實際情況來對封堵材料進行合理選擇，從提高堤壩防滲加固效果的角度，可以選擇高聚物材料，其具備顯著的膨脹擴散機理，能夠實現對于裂縫問題的有效處理，規避可能出現的嚴重后果，同時也能夠為日后處理提供便利，做好水流的合理引導，有效緩解水壓，降低水流作用對堤壩的影響。對照水利工程堤壩的實際情況，選擇科學的滲透涌水處理技術，能夠發揮出良好的防滲加固效果，促進水利工程施工質量的提高[14]。

4 案例分析

海豐縣龍津河(上游段)治理工程位于海豐縣海城鎮龍津河上游段內，本項目為河道治理長度為10.96 km，工程造價約 1955.35萬元。招標范圍：清淤10.96 km、護岸11.85 km、重建水陂1座、加固水陂6座。在治理工程中，水利工程堤壩的防滲加固非常關鍵。結合工程的實際情況，考慮壩體表面存在裂縫、塌陷等隱患，為了保證最佳的防滲加固效果，最終決定采用劈裂帷幕灌漿技術進行加固。

圖1 海豐縣海城鎮龍津河治理工程(局部)

防滲加固過程中，考慮工程施工的特殊性，在鉆孔時采用了梅花形布孔的方式，從頂部開始沿堤壩直線向外鉆孔，鉆進深度為1.5 m，孔間距為3.0 m，在部分區域，可以適當對其進行調整，不過依然需要保持在1 m～2 m之間。技術人員在進行施工的過程中，也可以采用直線布孔的方式，不過需要做好從下到上灌漿，把控好灌漿的速度，在緩解壓力的同時，規避漏漿和滑坡等問題。施工環節，采用孔底注漿全控灌注純壓的方法進行灌漿，注漿管下到距離孔底0.5 m左右的位置，灌漿壓力為0.2 MPa～0.4 MPa，需要安排專人做好現場觀測，確保壓力值不超過最大允許灌漿壓力。施工采用的是分次灌漿的方式，難點在于必須將每一次灌漿量控制在0.1 m3～0.5 m3之間，壩面裂縫必須被控制在3 cm以內，彈比不小于50%。完成的工程量包括：沿壩軸線單線布置灌漿，分段灌注，壩基帷幕灌漿防滲；灌漿深度由現場水壓試驗都能夠深入到弱透水層下3 m；檢查孔的數量為灌漿孔總數的10%。

實踐結果顯示，將劈裂帷幕灌漿技術應用到堤壩防滲加固中，能夠起到顯著的防滲加固效果，有效緩解了降水對于水利堤壩的沖擊，也可以對小型堤壩運行中存在的弊端進行彌補，值得進行推廣[15]。

5 結語

總而言之，最近幾年，伴隨著經濟的快速發展，我國的水利工程施工技術和堤壩防滲技術得到了顯著提升，很好地適應了社會發展對于水利工程的需求。面對水利工程運行中存在的堤壩滲漏問題，運營管理機構必須重視起來，借助先進的防滲加固技術，對水利工程堤壩中存在的滲漏問題進行解決，提高水利工程的運行效率，將水利工程的作用充分發揮出來，帶動經濟的可持續發展。