防滲截滲技術(shù)在水利工程堤防加固處理中的應(yīng)用

羅 操，白雪彬，何孝龍

（溫州宏源建設(shè)集團(tuán)有限公司，浙江 溫州 325000）

在水利工程堤防工程中滲漏水問題比較常見，一旦發(fā)生滲漏水現(xiàn)象就會(huì)影響水利工程的安全與穩(wěn)固，影響堤壩中的軟弱地基，也會(huì)造成堤防工程周圍巖土斷裂等各種問題。所以這就要求相關(guān)單位全面了解水利工程堤防工程滲漏原因，探究防滲截滲技術(shù)在水利工程堤防加固處理中的應(yīng)用要點(diǎn)。由此可見，對(duì)于防滲截滲技術(shù)在水利工程堤防加固處理中的應(yīng)用進(jìn)行研究，具有重要的理論意義與實(shí)踐價(jià)值。

1 工程概述

某大型水庫位于我國北方某城市，水庫總庫容為17 億m3，工程等級(jí)與提防等級(jí)均為1 級(jí)。堤防加固工程將砌塊式防洪墻設(shè)置在迎水面，墻頂高程為27.24 m，兩處缺口設(shè)置在沿線，屬于過堤通道，頂寬為5 m。堤后較近處存在6 個(gè)大小不規(guī)則的深塘，塘底與堤頂相差為18.4 m。為對(duì)堤防進(jìn)行加固處理，要求采取防滲截滲技術(shù)，確保水利工程堤防的安全性與可靠性。

2 水利工程堤防滲漏問題的原因

在本項(xiàng)目中水利工程堤防發(fā)生滲漏的原因如下：通過勘查分析發(fā)現(xiàn)大壩在遇到洪水后，存在洪水倒灌情況，有直接滲水、管涌現(xiàn)象發(fā)生。在洪水發(fā)生后大壩堤壩后路面高程與洪水位比較，洪水位相對(duì)較高，這時(shí)就有冒水現(xiàn)象發(fā)生[1]。堤內(nèi)墻根處與空箱結(jié)構(gòu)底板處等位置會(huì)發(fā)現(xiàn)管涌現(xiàn)象，冒水嚴(yán)重時(shí)會(huì)有顆粒狀砂堆出現(xiàn)。當(dāng)為直接滲水時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)堤后路面與洪水水位的高程基本一致，如果降水依然繼續(xù)，就會(huì)有多個(gè)部位出現(xiàn)降水堆積情況，這樣就會(huì)有滲漏現(xiàn)象發(fā)生。在初期滲漏水問題表現(xiàn)為少量滲水，到后期洪水水位上漲后，滲漏量會(huì)增加，從而發(fā)生冒水等更為嚴(yán)重的滲漏現(xiàn)象。

3 出險(xiǎn)種類及堤壩施工方案的設(shè)計(jì)

3.1 出險(xiǎn)種類

滑坡、滲透破壞等都是比較常見的堤壩出險(xiǎn)，表現(xiàn)出來的特征是流土、管涌等，對(duì)壩體安全影響較大。滲透破壞可以按照其特征分為3 種：①堤身險(xiǎn)情，指堤壩自身存在一些安全隱患，比如組成不夠均勻、填筑密實(shí)度不夠等，這些問題都會(huì)造成堤身出現(xiàn)裂縫、漏洞等情況；②堤基同堤身有險(xiǎn)情，指在筑堤前對(duì)基地清理不夠徹底，導(dǎo)致大量雜質(zhì)存在于接觸帶中；③堤基險(xiǎn)情，指沙壤土層與砂層存在于堤基，也會(huì)出現(xiàn)堤基險(xiǎn)情。

3.2 防滲加固方案設(shè)計(jì)

在防滲加固方案選擇過程中，要結(jié)合自身實(shí)際情況選擇合適的方案，要從安全性、經(jīng)濟(jì)性、便捷性等多個(gè)方面出發(fā)，項(xiàng)目選擇高壓噴射注漿方案。這種方式適合淤泥、流塑等地質(zhì)。在施工過程中按照實(shí)際情況可采用單管法、雙管法與三管法。在旋噴樁的直徑確定中，要分別針對(duì)不同的土層，合理確定其直徑。噴射注漿方案要考慮地基承載力、地基變形等相關(guān)參數(shù)，確保高壓噴射注漿的可靠性與合理性。

4 防滲截滲技術(shù)在水利工程堤防加固處理中的應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 施工參數(shù)確定

在粗砂夾卵石層中進(jìn)行高噴，可以在堤壩南岸采取該方法進(jìn)行加固處理。在施工前要采取圍井試驗(yàn)，使用5 孔擺噴的方式圍成1 個(gè)井，圍墻需在28 d后開挖，并采取抽水試驗(yàn)。通過圍井試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，可以確定堤基施工參數(shù)。使用425 號(hào)普通硅酸鹽水泥作為固化劑，在純水泥漿液比重需合理確定，確定漿壓、供漿量及旋噴提升速度分別為≥35 MPa、75～80 L/min、≤8 cm/min；確定孔立偏差＜2 cm；氣壓與供氣量分別為≥0.7 MPa 及0.8～1.5m3/min[2]；旋轉(zhuǎn)提升噴射過程中提升速度、旋轉(zhuǎn)速度分別為0.05～0.25 m/min、1～20 r/min。相鄰樁之間可通過相互搭接的形式形成整體，要對(duì)垂直度誤差予以考慮，要求樁徑相互搭接需控制在300 mm 以上。

4.2 布孔方式

項(xiàng)目中采用單排孔，采取折線搭接方式處理防滲墻，將其在基巖中嵌入。固定樁設(shè)置在軸線拐角處，控制樁布設(shè)間隔距離為25 m 左右。每個(gè)高噴孔孔位需按照設(shè)計(jì)孔距放出，將木樁編號(hào)人工打出。布樁要以基礎(chǔ)面積與應(yīng)力分布情況等為依據(jù)，采用矩形或者梅花形布排方式。布置樁數(shù)時(shí)可以按照公式（1）計(jì)算：

式中：F—工程結(jié)構(gòu)荷載；

G—承臺(tái)與承臺(tái)上土體的自重；

R—單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值；

n—需要的樁數(shù)。

在確定樁數(shù)后就可以計(jì)算出所需布設(shè)的鉆孔。

4.3 注漿量計(jì)算

在對(duì)注漿量進(jìn)行計(jì)算時(shí)可采用的方法為體積法與噴量法，計(jì)算結(jié)果較大的可作為設(shè)計(jì)噴射注漿量。運(yùn)用體積法時(shí)可以使用公式（2）進(jìn)行計(jì)算。

式中：Q—漿液用量，m3；

De—設(shè)計(jì)固結(jié)體直徑，m；

K—填充率；

h—旋噴長度；

α—折減系數(shù)；

β—損失系數(shù)。

采用噴量法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可使用公式（3）：

式中：Q—漿液用量，m3；

H—旋噴高度，m；

v—提升速度，m/min；

q—單位時(shí)間噴漿量，m3/min；

β—損失系數(shù)。

4.3 施工設(shè)備

鉆孔采用XY-4 型鉆機(jī)，使用高噴臺(tái)車、高壓泥漿泵及空壓機(jī)等作為高噴設(shè)備[3]。主要施工設(shè)備見表1。

表1 施工主要設(shè)備

4.4 施工材料

選擇普通硅酸鹽水泥，要求水泥品質(zhì)符合要求，沒有結(jié)塊，方孔篩余量要在5%以內(nèi)，在使用水泥之前，要對(duì)水泥質(zhì)量進(jìn)行檢查，避免將噴嘴堵塞；在水泥漿攪拌過程中，要求水符合要求；采用兩管法進(jìn)行高噴，漿液比重需控制在1.41～1.38，通過隨配隨用的方式制作漿液，漿液溫度需合理控制，不宜低于5℃，不宜超過40℃，一次漿液使用時(shí)間要控制在4 h 以內(nèi)。

4.5 鉆孔

對(duì)施工樁號(hào)與木樁在現(xiàn)場進(jìn)行確定，鉆機(jī)就位后就可以鉆孔。在鉆孔前要將斜孔位偏差控制好，確保孔位偏差≤5 cm，鉆孔深度需按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)控制。針對(duì)地層情況選擇鉆機(jī)，松軟的淺孔可選擇回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，在塊石層可以選擇啟動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆。為保證鉆孔工作的有效進(jìn)行，當(dāng)鉆孔較深，且黏土層厚度較大時(shí)，可以適當(dāng)增加鉆孔孔徑，鉆孔孔徑要大于噴管外徑40 mm。

4.6 攪拌

結(jié)石強(qiáng)度會(huì)受到水泥攪拌時(shí)長的直接影響，攪拌時(shí)長為1 h 時(shí)，結(jié)石強(qiáng)度最高；攪拌時(shí)長為2 h 以上時(shí)，結(jié)石強(qiáng)度開始下降；當(dāng)攪拌時(shí)長在4 h 以上時(shí)，結(jié)石強(qiáng)度下降迅速，甚至?xí)霈F(xiàn)不凝固的情況。所以攪拌時(shí)間需合理控制，不宜過長。

4.7 噴射注漿

（1）對(duì)入巖深度進(jìn)行合理確定，旋噴灌漿需按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行確定。

（2）采用泥漿循環(huán)固壁鉆孔，由于在鉆孔過程中鉆進(jìn)位置存在砂礫石，要求泥漿要保持濃稠，避免發(fā)生塌孔現(xiàn)象，施工過程中鉆孔偏差不宜超過1～2 cm，在鉆進(jìn)過程中為控制孔斜率，要求鉆進(jìn)5 m就使用測斜儀測量一次。

（3）終孔測斜合格之后，要求高噴臺(tái)車就位，噴射管長度要按照孔深量取，在孔外需使用水氣試噴，在沒有堵管情況下開始下管。噴射管在高噴臺(tái)車就位后，要對(duì)其垂直進(jìn)度進(jìn)行檢查，確保垂直度符合要求[4]。

（4）沿軸線開挖導(dǎo)流槽，要求導(dǎo)流槽寬度、深度分別為1 m 及2～3 m。在導(dǎo)槽內(nèi)排入廢水，避免出現(xiàn)亂排廢水現(xiàn)象發(fā)生，減少對(duì)環(huán)境造成的污染。

（5）下噴管之后，水泥漿液、壓縮氣體等要按照設(shè)計(jì)要求輸入，在開始噴射時(shí)需提升高噴管，提升的基本條件為旋轉(zhuǎn)和提升速度，旋噴漿需自下而上到基巖上，擺噴作業(yè)需按照擺噴參數(shù)進(jìn)行操作。

（6）監(jiān)理與工程師需對(duì)整個(gè)高噴過程進(jìn)行監(jiān)控，確保高噴全過程符合要求，且在發(fā)現(xiàn)問題后能及時(shí)進(jìn)行處理。

（7）完成噴射作業(yè)后，需清洗干凈注漿管等機(jī)具，保持管內(nèi)與機(jī)內(nèi)的干凈，避免有水泥漿殘留在里面。使用自來水清洗，等管道內(nèi)的水為清水后停止。

（8）在完成高噴之后，孔洞需使用濃水泥漿封閉，對(duì)噴車進(jìn)行移動(dòng)，開始下一孔的高噴作業(yè)。

噴射注漿時(shí)要求做好鉆機(jī)定位，保證鉆機(jī)的傾斜度控制在5%以內(nèi)。采用膽管法施工，要求在施工過程中一邊提升一邊進(jìn)行噴射。噴射過程中要確保噴射壓力與噴漿量符合要求，在孔口有漿液冒出后開始慢慢提升噴射管。為避免堵塞噴射管，要在拔出后及時(shí)清洗。在深層長噴樁噴射施工過程中，需要對(duì)地層在垂向上的差異、地下水分布的影響進(jìn)行綜合考慮。在全深度噴射作業(yè)期間，使用同一工藝參數(shù)可能會(huì)在不同深度形成的樁體直徑差異較大，影響防滲墻的防滲效果。因此深層長樁噴射過程中，要了解地下水資料，按照具體情況確定噴射參數(shù)，保證長樁的密實(shí)性。

4.8 復(fù)噴

在完成噴射灌漿作業(yè)后，會(huì)存在漿液與混凝土混合后，在凝固期間受到漿液析水作用的影響，會(huì)發(fā)生收縮問題，讓固結(jié)體的頂部開始出現(xiàn)凹陷，影響地基的加固和防滲堵水。所以需采取二次注漿的方式予以處理。

4.9 冒漿不止

冒漿量超出20%或者完全不冒漿情況需及時(shí)處理，在對(duì)這種情況進(jìn)行處理時(shí)，可以采取下面的方式進(jìn)行處理：空隙在地層中較大引起不冒漿時(shí)，需停止提升，將漿壓降低，同時(shí)也要降低氣壓，漿液要加濃，并將速凝劑加入，注漿量需增大，將空隙填滿，然后在孔口返漿后繼續(xù)擺噴作業(yè)；冒漿量過大要將噴射壓力適當(dāng)提高，噴嘴孔徑需適當(dāng)縮小，擺動(dòng)速度加快；當(dāng)發(fā)現(xiàn)高噴灌漿中斷后，要做好停漿深度記錄，在停噴點(diǎn)以下位置設(shè)置高噴管，高噴漿恢復(fù)后確保正常作業(yè)[5]。停機(jī)時(shí)間在1 h 以上時(shí)，要清洗泵體與泵管；停機(jī)時(shí)間在24 h 以上的，在灌漿軸線上要避開此孔，然后在灌漿軸線上，連接上一個(gè)與下一個(gè)孔。

4.10 質(zhì)量測試與試驗(yàn)

（1）冒漿試塊。在每種主要地層，每個(gè)水泥批號(hào)需做3 組，一組有3 件，試塊規(guī)格為70.7 cm×70.7 cm，在養(yǎng)護(hù)28 d 之后做抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

（2）開挖檢查。開槽檢查需每隔500 m 進(jìn)行一處，開挖的長度與深度分別為35 m 及2.5～4 m，通過檢查要求其厚度等符合要求。

（3）采取鉆孔取芯方法進(jìn)行檢查。將檢查孔布置在防滲墻軸線上，間隔距離為300 m，鉆孔深度需合理設(shè)置，要求能比防滲墻深度小1～2 m，在鉆孔過程中不使用泥漿，芯樣需在檢查孔的中部與底部取樣。

在施工完成后，檢查孔布置數(shù)量為總孔數(shù)的5%，然后進(jìn)行鉆孔取芯與壓水實(shí)驗(yàn)，但受到各種因素干擾，最后取芯檢查孔數(shù)量確定為4 個(gè)，其中高壓注漿防滲板墻、混凝土防滲墻體分別為3 個(gè)、1 個(gè)。取上來的巖芯為水泥漿與砂卵礫石膠結(jié)完整的結(jié)石。壓水實(shí)驗(yàn)要在墻體上鉆孔作為靜水柱，每孔為3 段，每段長度為5 m。通過實(shí)驗(yàn)，墻體具有較好的連續(xù)性，且密實(shí)性良好，各項(xiàng)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)與要求。

5 結(jié)語

防滲截滲技術(shù)在水利工程堤防加固處理中的應(yīng)用，能有效提升堤防的安全性與穩(wěn)固性，避免發(fā)生滲漏現(xiàn)象。水利工程的安全與質(zhì)量直接影響農(nóng)業(yè)發(fā)展以及人民群眾的安全，所以必須關(guān)注水利工程堤防的滲漏情況，并結(jié)合實(shí)際情況采取科學(xué)合理的加固處理措施。防滲截滲技術(shù)的應(yīng)用具有良好的防滲效果，且對(duì)堤壩的質(zhì)量提升作用較為明顯，值得推廣與實(shí)踐。