水利工程項目堤壩復合混凝土防滲與加固施工技術

薛森 XUE Sen

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，太原 030000）

0 引言

水利工程在國民經濟發展中占有舉足輕重的地位，對防洪、灌溉以及發電等多個領域具有不可替代的作用。然而，由于歷史、地理等多方面因素的影響，水利工程在長期運行中存在著各種各樣的病害問題，尤其是堤壩滲漏問題最為突出[1]。究其原因，既有大壩長期運行期間，受河流沖刷、地下水滲透、地震等自然災害的影響，也有建設質量控制不嚴、工程管理不善等人為因素所致。堤壩滲漏問題直接關系到水利工程的正常運營，嚴重時會危及周圍生態環境及人民的生命財產。因此，需要采用科學的防滲與加固施工技術，改善這一問題。

當前，傳統的水利工程項目堤壩防滲與加固施工多數采用高壓噴射灌漿防滲措施[2]、河道堤岸防護施工技術[3]等，通過選擇低透水性的黏性土質進行填筑堤防，確保堤基保持干凈，穩定地基。但是，上述施工技術過度關注施工過程中的質量控制，而忽略了長期使用過程中的防滲問題，容易導致防滲效果不佳[3]。

復合混凝土防滲技術是一種高效、可靠的防滲技術，具有優異的防水性能和耐腐蝕性能，可確保工程長期穩定運行，解決傳統堤壩防滲與加固施工技術存在的問題[4]。基于此，本文提出了水利工程項目堤壩復合混凝土防滲與加固施工技術研究，為提高堤壩防滲與加固水平作出貢獻。

1 設計復合混凝土防滲墻

堤壩復合混凝土是指在堤壩的建設中采用多種材料混凝而成的復合材料，由水泥、砂子、骨料和其他摻合料按一定比例混合而成。在堤壩建設中使用復合混凝土可以帶來多種優勢。首先，其強度高，能夠承受大量水壓和土壤負荷，在抵御洪水沖刷和土壤侵蝕方面表現出色。其次，復合混凝土的耐久性強，能夠長期保持結構的完整性和穩定性，延長堤壩的使用壽命。此外，復合混凝土具有良好的滲透性和抗滲性能，能夠有效地防止水的滲漏和泄漏。

本文采用復合混凝土防滲墻技術對水利工程項目堤壩進行防滲處理。復合混凝土防滲墻技術原理為：在堤壩松散透水地基中，開鑿槽孔，向槽孔中澆筑高性能的復合混凝土，進而在地基中形成一道穩固性較高的防滲墻體[5]。本文采用復合混凝土防滲墻技術對水利工程項目堤壩進行防滲處理。

復合混凝土防滲墻技術主要有兩個關鍵步驟：槽孔開挖和混凝土澆筑。

在槽孔開挖過程中，首先需要確定槽孔的位置和尺寸，通常根據工程設計和地質調查結果來確定。然后使用挖掘設備進行槽孔的開挖，確保槽孔的形狀和尺寸符合要求。特別注意的是，要將槽底清理干凈，去除松散土壤和碎石，以確保混凝土與地基之間的黏結性和密實性。

混凝土澆筑是防滲墻技術的關鍵步驟之一。在澆筑過程中，需要使用高性能的復合混凝土材料，并按照工程設計要求進行配比。通過攪拌和振搗等工藝，確保混凝土的均勻性和致密性。將混凝土澆入槽孔中，同時采用適當的振搗措施，使混凝土充分填滿槽孔，并確保與地基的緊密結合。

本文設計的水利工程項目堤壩復合混凝土防滲墻，如圖1 所示。

圖1 堤壩復合混凝土防滲墻示意圖

按照圖1，設計堤壩復合混凝土防滲墻。根據設計要求，測量出防滲墻的具體位置和尺寸，并進行放線。根據堤壩的地質條件和水文條件，確定防滲墻的深度和厚度。防滲墻的深度應該達到弱透水層或基巖[6]。厚度應該根據防滲墻的強度和抗滲性能進行設計。其次，對基礎表面進行清理和修整，確保其平整、無雜物。再在基層上刷一層防水漆，加強基層的防水性。對防滲墻進行鋼筋綁扎，確保鋼筋綁扎的牢固性。安裝防滲墻的模板，模板應具有足夠的強度和剛度，以保證防滲墻的尺寸和形狀準確[7]。模板安裝完成后，進行復合混凝土的澆筑。澆筑時應確保混凝土均勻、密實，避免出現蜂窩、麻面等現象。在此基礎上，為使混凝土表面保持濕潤，采取噴水養護的方法。在養護期滿后，進行拆模處理。拆模時應小心操作，避免對防滲墻造成破壞。拆模后應對防滲墻進行驗收，確保其質量符合要求。通過以上流程，可以有效地完成復合混凝土防滲墻的施工工作。

2 布設灌漿孔

布設灌漿孔是堤壩防滲加固的重要措施之一，通過灌漿孔可以將漿液注入堤壩的裂縫、空隙等滲漏區域，形成有效的封堵和加固，提高堤壩的防滲性能。因此，在加固施工前需要在堤壩兩岸坡段上布設灌漿孔，為后續灌漿加固奠定良好基礎。

雙排布孔的布置形式可以形成更為密集的灌漿孔，能夠根據實際情況調整漿孔的深度和間距，適應不同的堤壩形態和滲漏情況，更好地控制灌漿的范圍和深度，確保加固效果的最大化。基于水利工程項目堤壩地基定向劈裂的特點，本文采用雙排布孔的布置形式，布設灌漿孔。灌漿孔布設示意圖，如圖2 所示。

圖2 灌漿孔布設示意圖

如圖2 所示，將第一排堤壩坡段灌漿孔的編號設置為l-X-X，第二排堤壩坡段灌漿孔的編號設置為Z-X-X，按照從上游到下游的順序進行布孔，減少滲漏，提高堤壩的穩固性和防滲性能。相鄰灌漿孔之間的距離不能超過灌漿壓力對堤壩兩岸坡段土體產生影響的有效距離[8]，有效封堵和加固堤壩的裂縫和空隙。

綜合考慮水利工程項目堤壩土體的情況后，本文將相鄰灌漿孔之間的距離設置為3m，采用干法造孔的方式進行雙排布孔，避免因水或其他液體對堤壩結構的影響。每次完成一個造孔后，及時清理孔道，將孔道中的碎石、雜物等清除干凈，保證孔道暢通。造孔完成后，對每個孔進行質量檢查，確保孔壁平整、內外表面無積水。

3 劈裂灌漿加固堤壩

劈裂灌漿是一種利用壓力將漿液壓入地層中，使地層產生劈裂裂縫，再通過漿液的固化來提高地層強度的技術。堤壩灌漿孔布設完畢后，利用劈裂灌漿加固技術，對水利工程項目堤壩復合混凝土進行加固施工。

首先，清理壩面，清除可能影響施工的雜物和障礙物，包括樹木、灌木、石頭等。測量壩體和壩基的變形情況，了解壩體的沉降和傾斜情況。其次，對水利工程項目壩體進行地質勘探，了解壩基的土質分布、地下水位等情況。準備好施工所需的材料和設備。施工所需材料規格參數，如表1 所示。

表1 劈裂灌漿施工材料規格參數

按照表1，準備好劈裂灌漿施工所需的材料。施工所需機械設備包括灌漿機、鉆機、泥漿攪拌機、輸漿管、壓力表與流量計。施工設備的具體性能參數應根據工程需求和現場條件進行選擇。準備完畢后，首先，使用鉆機在壩體上鉆孔，鉆孔深度應達到壩基的弱土層或軟土層。需要保證鉆孔的垂直度和準確性，以避免對壩體造成不必要的損傷。利用泥漿攪拌機，將表1 中的材料按照一定的比例混合，制備劈裂灌漿所需的泥漿。使用輸漿管將泥漿從攪拌機輸送到灌漿機，灌漿機通過灌漿管注入鉆孔中[9]。灌漿過程中，利用壓力表和流量計，實時監測灌漿過程中的灌漿壓力與灌漿流量，避免對壩體造成過大的壓力損傷。逐漸增加灌漿壓力，直到泥漿從壩體表面溢出。在灌漿完成后，選用強度和剛度足夠的材料，安裝模板，對上述設計的復合混凝土防滲墻進行加固，使模板、復合混凝土防滲墻與壩體緊密結合，以避免漏水或泥漿外溢。

在此基礎上，對加固完畢后的復合混凝土防滲墻進行養護處理，噴涂養護劑，避免出現干燥裂縫，以保證其強度和穩定性。在防滲與加固施工完成后，進行水利工程項目堤壩質量驗收，驗收合格后方可交付使用。

4 實驗分析

4.1 實驗準備

此次實驗以S 水利工程項目為研究依托。該項目水庫壩址以上控制流域面積為200km2，總庫容為105.6 萬m3，屬于集防洪、灌溉于一體的綜合利用的小型水利工程。該水利工程項目位于河流下游，堤壩長度約為10 公里，由于長期受到河水沖刷和自然環境的影響，堤壩存在嚴重的滲漏和加固問題。根據本次水利工程項目實驗的實際需求，選取6 個具有代表性的堤壩段落作為實驗對象，分別標號為DB-01#～DB-06#。準備復合混凝土、聚乙烯薄膜、聚氨酯密封膠帶等材料，并準備水壓試驗裝置、滲透試驗裝置、加固設備等實驗設備。對堤壩基礎進行處理，清除雜物、整平基礎，確保基礎平整、干凈。根據實驗方案，將復合混凝土攪拌均勻，確保混凝土質量和配合比符合要求。以上述設計的復合混凝土防滲與加固施工技術流程為依據，將復合混凝土鋪設在堤壩基礎上，使用振動棒振搗密實，確保混凝土的密實性和穩定性。在復合混凝土表面鋪設聚乙烯薄膜，用熱風槍加熱使薄膜緊密貼合在混凝土表面。在此基礎上，使用聚氨酯密封膠帶對復合混凝土的邊緣和接縫進行密封處理，確保無滲漏。在實驗過程中，實時記錄不同水壓下的滲水量，并計算滲透系數。

4.2 結果分析

對上述選取的6 個堤壩段落進行水壓試驗，模擬實際水位條件下的防滲性能。根據工程需求和實驗要求，設計了不同配合比的復合混凝土樣品。在實驗室內模擬實際施工條件，對每個復合混凝土樣品進行水壓試驗。在試驗過程中，逐漸增加水壓，記錄每個樣品在單位水壓下的滲水量。分析滲透系數與防滲效果的關系，得出不同技術方案的防滲效果評價。滲透系數是衡量防滲效果的重要指標，它可以有效地表示材料在單位壓力下的滲水量。滲透系數計算公式如下所示：

其中，q 表示滲透流量；d 表示堤壩段落厚度；Δp 表示兩側壓力差；L 表示堤壩段落長度。根據水壓試驗的結果，計算每個堤壩段落復合混凝土的滲透系數。

為了增強實驗結果的說服力，將上述本文提出的堤壩復合混凝土防滲與加固施工技術設置為實驗組，將文獻[2]施工技術、文獻[3]施工技術分別設置為對照組1 與對照組2，對比三種技術應用后，堤壩段落的滲透系數，結果如表2 所示。

表2 堤壩段落滲透系數對比結果

通過表2 的對比結果可以得知，在堤壩段落DB-01#至DB-06#中，實驗組的滲透系數始終小于對照組1 和對照組2。實驗組的滲透系數范圍在0.48×10-6至0.60×10-6cm/s，而對照組1 的滲透系數范圍在1.12×10-6至1.33×10-6cm/s，對照組2 的滲透系數范圍在2.01×10-6至1.49×10-6cm/s。這是因為實驗組設計了復合混凝土防滲墻，有效地阻止水流滲透，提高堤壩的防滲性能。同時，采用雙排布孔布置形式在堤壩兩岸坡段上形成更為密集的灌漿孔，從而提高灌漿效果，進而更好地控制灌漿的范圍和深度，確保加固效果。結合劈裂灌漿技術，進一步提高堤壩的穩固性和防水性能。

在堤壩段落DB-01#至DB-06#中，對照組1 和對照組2 的滲透系數沒有明顯的差異。對照組1 和對照組2 的滲透系數范圍均在1.12×10-6至2.25×10-6cm/s 之間。這是因為對照組采用了傳統的堤壩防滲技術或施工方法，其防滲效果相對較差。

由此表明，本文提出的堤壩復合混凝土防滲與加固施工技術應用后，堤壩段落的滲透系數始終小于另外兩種技術，滿足滲透系數小于1×10-6cm/s 的水利工程項目堤壩防滲要求。因此，復合混凝土防滲技術能夠顯著提高堤壩的防滲效果，降低滲透系數，提高防水性能。

5 結束語

綜上所述，水利工程項目堤壩防滲與加固施工技術是保障水利工程安全運行的重要措施。為了優化防滲與加固效果，本文提出了堤壩復合混凝土防滲與加固施工技術研究。通過本文的研究可知，復合混凝土防滲技術適用于解決堤壩的滲漏問題，可以提高防水性能和延長工程使用壽命，以實現水利工程項目的安全、穩定、長效運行。在未來的研究中，還需要不斷加強技術研究和創新，提高堤壩防滲與加固施工技術的水平和發展，為我國水利工程的安全運行提供有力保障。