水利工程防渗技术探讨

吾尔开希?帕孜力

【摘 要】水利水电枢纽工程的防渗施工可以采用多种方法，针对不同工程应具体问题具体分析，采用合适的防渗方法。在除险加固的同时坚固施工便捷高效、工程寿命长、成本低廉及水泥污染少等方面。

【关键字】水利工程；防渗；灌浆

一、引言

水库工程加固排险，可采用防渗、灌浆等多种方式进行有效防渗处理，在实际排出加固阶段，要针对工程不同实际需要及工程特点，以设计合理的排险加固方式对水库进行防渗透。

二、灌浆处理法

灌浆（Grouting），也称注浆（Injection Grouting），就是将具有胶凝性的浆液或化学溶液，按照规定的配比或浓度，利用液压、气压或电化学原理，通过钻孔或其他设施，压送到需要灌浆的部位（大坝坝基岩石裂隙或砂砾石地基的孔隙或裂隙，隧洞周围岩石的裂隙，隧洞衬砌与围岩之间的空隙，混凝土大坝坝体接缝等），使其扩散、胶凝或固化，增加被灌介质的抗渗和抗震能力，以达到加固地层或防渗堵漏的目的。灌浆技术涉及化学、流体力学、工程地质学、土力学、岩石力学、材料力学、工程机械学、地球物理勘探学等学科，而且还和液压技术、泵技术、射流技术、电子技术息息相关。影响岩体灌浆效果的因素主要有：材料性质、地质条件、工艺、环境、设备和方法。

灌浆材料主要可分为固粒浆材和呈真溶液的化学浆材。固粒浆材包括水泥、石灰、沥青、乳胶、粘土、砂等。化学浆材包括环氧类、聚氨类、丙烯酰胺类、甲基丙烯酸类、丙烯酸盐类、木质素类，以及水玻璃（硅酸盐）类。灌浆浆液的性质主要包含粘度、密度、粒度、浓度、流动性、稳定性等。灌浆工程师比较关心的是不同浆液的粘度、流动性、水灰比（w ：c）、剪切强度之间的相互关系，以及被灌载体灌浆前后的强度或渗透性的变化，以便通过互相比较来选择合适的浆液，这方面的工作国内还研究得较少。

国内主流的灌浆工艺主要是利用灌浆泵或浆液自重，把浆液经过钻孔压送到砂砾石层、岩石、混凝土或土体的空洞、接缝或裂隙内的过程。通过灌浆可以有效提高地层和建筑物的抗渗性以及整体性，有效的改善地基条件，为水利水电建筑物的安全运行提供保障。目前施工过程中比较常用的灌浆方法主要有宽心墙坝及均质土坝的高压喷射灌浆、坝体劈裂灌浆，坝基卵砾石层防渗帷幕灌浆等。

2.1 高压喷射灌浆高压喷射灌浆防渗主要是利用高压水泥浆液射流的强大冲击力有效破坏地层结构，从而使水泥浆液能够被灌地层土粒掺混，然后形成壁状固结体，这种壁状固结体可以有效起到防渗作用。高压喷射灌浆主要包括高压定喷灌浆、高压摆喷灌浆、高压旋喷灌浆等种类，针对不同的工程和不同的地质条件选用相应的灌浆方法。

高压喷射灌浆防渗的缺点主要体现在：如果施工过程中有效控制不足，容易在较大颗粒背后造成漏喷现象。不过这一缺点只要在施工过程中采取一定措施就可以有效克服。

1.2 土坝坝体劈裂式灌浆土坝坝体劈裂式灌浆的主要原理是运用坝体应力分布规律，用强大的灌浆压力将坝体沿着坝轴线方向劈裂，在劈裂的同时灌入泥浆，形成铅直连续的防渗泥墙，进而堵住漏洞及裂缝，同时切断软弱层，增强坝体的防渗能力。同时，在浆、坝互压和湿陷的过程中，使得坝体的内部应力重新分布，提高了坝体的变形稳定性。针对坝体裂缝的局部性灌浆，是在可能存在裂缝的区域内，均匀的布置灌浆孔群；而对坝体施工质量不达标，甚至出现上下游连通的横缝，一般应该采用全线的劈裂灌浆。我国多个地区的水库通过土坝坝体劈裂灌浆技术来解决土坝坝体渗漏问题，灌浆后坝体密实度显着提高，渗透系数有效降低，背水坡湿润渗水现象消失，同时坝体渗流量减少75%以上。

1.3 帷幕灌浆：帷幕灌浆是指在闸坝的岩石或砂砾石地基中采用灌浆方法建造防渗帷幕的工程。防渗帷幕的顶部与混凝土闸底板或坝体相连接，而底部则深入到相对不透水的岩层，用以以阻止和减少地基中地下水的渗透；帷幕灌浆和位于下游的排水系统共同作用，还可起到降低渗透水流对闸坝的扬压力的作用。改革开放以来，帷幕灌浆一直是防渗处理的主要方法之一，对保证水利工程的安全运行起着重要作用。

卵砾石层的帷幕灌浆方法基本采用混合浆液（以粘土为主，附加少量水泥）进行灌浆，这种方法不同于在岩石中灌浆，本身很难形成自立的钻孔，所以在施工过程中经常采用打管灌溉、循环钻灌阀跟管灌溉、套阀式灌浆等方法。又由于浆液的填充范围难于有效控制，施工过程中常需采用3 排以上的灌浆孔，这样就可以达到相对较高的防渗标准。这种方法随着防渗墙技术的日益成熟逐渐被减少较少，一般只在灌浆作为补充勘探手段的时候才使用，在兼顾防渗处理的同时，可以通过少量的灌浆准确地解决集中渗漏地点。

三 防渗墙处理法

防渗墙要求柔性强、墙体厚度小、耐久性好、渗透系数低，同时要求单位面积造价低。防渗墙的施工方法包括多头深层搅拌水泥土、链斗法、锯槽法、射水法、薄型抓斗和倒挂井法等成墙工艺。

2.1 多头深层搅拌水泥土成墙多头深层搅拌桩机一次多头钻进，将水泥浆喷人土体同时进行搅拌，使土体和水泥浆液混合固结成多个水泥土桩，桩与桩连接形成水泥土防渗墙，目前水泥土防渗墙最大成墙为深度22m，抗压强度>0.3MPa，渗透系数为<10cm/s。这种防渗墙的优点是无污染、施工便捷、造价低廉，适用于淤泥、粘土、砂土以及砂砾层（砂砾直径小于5cm）。施工实践证明，多头深层搅拌水泥土防渗墙防渗效果明显，在地下防渗工程中是施工最经济、质量最可靠的地下防渗方式，具有很好的发展前景。

2.2 锯槽法成墙锯槽机的刀杆以一定的倾角在先导孔中一边作上下往复的切割运动，一边以一定的速度（根据地层状况一般为0.8-1.5m/h）向前移动开槽，被锯切割下来的土体可以采用反循环或正循环的方式通过排渣系统排出槽外，同时采用泥浆护壁。浇筑塑性混凝土，形成宽度为0.2-0.3m的防渗墙体。锯槽机由动力及传动系统、刀杆及支架加压系统、行走底盘、电气控制系统及排渣系统、起重设施组成。锯槽机有机械式和液压式两种传动方式。两种分别以不同规格的刀杆进行组合，开槽深度可达到40m，宽度可达20cm-50cm。有施工效率高、连续成槽、质量好、墙体连续的优点，并且具有成墙深的特点，锯槽法成墙适应于砂土、粘土和卵石粒径小于100mm的砂砾石地层。

2.3 链斗法成墙通过链斗式开槽机排桩的旋转链斗装置取土，将斜放的排桩下放到成墙深度，开槽机前进开挖沟槽，同时并采用泥浆护壁，浇筑混凝土的方法和锯槽法类似。这种开槽机的开槽，宽度为16-50cm，深度可以达到10-15m。链斗法成墙适应于粘土、砂土和粒径小于槽厚的、含量小于30%的砂砾石地层。

2.4 薄型抓斗成墙采用斗宽是0.3m 的薄型抓斗开挖沟槽，同时采用泥浆护壁，浇筑塑性混凝土或者采用自凝灰浆形成薄壁防渗墙，薄型抓斗成墙最大深度能够达到40m。薄型抓斗成墙适用于砂土、粘土及砂砾和卵石的含量与粒径在一定范围内的土层。

2.5 射水法成墙射水法成墙是利用造孔机成型器内的喷嘴，射出高速水流用于切割土层，成型器上下运动切割并修整孔壁，同时采用泥浆护壁，类似锯槽法正循环或反循环出渣。槽孔形成以后，浇筑塑性混凝土或水下混凝土，形成薄壁防渗墙。射水法成墙厚度为22-45cm，深度可以达到30m，适应于粘土、砂土和粒径小于100mm的砂砾石地层。

参考文献：

[1]梁晓东.尼尔基水利枢纽工程碾压式沥青混凝土心墙低温施工技术研究[D].西安理工大学，2005.

[2]陈祖馒，周晓光，陈立宏等.云南务坪水库软基筑坝技术[J].中国水利水电出版社中国水利水电科学研究院岩土工程研究所，2004.12.