水利工程防渗处理施工技术应用

鲁金凤

【摘要】作者以水利工程的加固、灌浆和经常出现的防渗作了有效的处理，并对水利工程中的除险和防渗的应用分析。本文主要对水利工程的特点和施工中所出现不同形式的防渗处理方法。

【关键词】水利工程；防渗技术；处理方法

目前小型水利工程中的数量也是在不断的增加，而且广泛分布于每个地区，坝体的结构样式也是比较多，在防洪减灾中都可以发挥巨大的作用，并且还在农业灌溉生产、人民的日常用水、工业生产需要等各方面都保证了水资源的供给。追溯这些工程设施的建设时期，可谓历史久远，其中的大多都是在特殊历史时期下建造的，经过了这许多年的不断使用，很多设施都或多或少地存在并发现了一些不同程度的病害问题。主要表现为：水坝的基础及主体工程出现了渗漏甚至渗透破坏现象等；当年在建造时参考的相关标准明显滞后偏低，达不到现行规范及标准的要求；工程建筑物失修老化。上述病害的大量存在，很大程度上导致水利水电枢纽工程无法正常运行，其效益也得不能充分发挥，并且还将会对下游的人民群众生命财产安全够成严重威胁，急需对其进行加固除害处理。

1、防渗墙类型及其特点

防渗墙一般要求墙体厚度小、渗透系数低、柔性强、耐久性好及单位面积造价低。防渗墙施工有多头深层搅拌水泥土、锯槽法、链斗法、薄型抓斗、射水法和倒挂井法等成墙工艺。

1.1 多头深层搅拌水泥土成墙工艺

多头深层搅拌桩机一次多头钻进，把水泥浆喷入土体并搅拌，使土体与水泥浆液混合固结成一组水泥土桩，桩与桩搭接形成水泥土防渗墙，目前最大成墙深度为22m，水泥土渗透系数<10cm/s，抗压强度>0.3MPa。其优点是施工简便、无泥浆污染、造价较低，适用于粘土、砂土、淤泥和砂砾层（砂砾直径小于5cm）。实践证明，多头深层搅拌水泥土防渗墙防渗效果明显，在地下防渗工程中质量可靠，投资最经济、最有效，具有一定发展前景。

1.2 锯槽法成墙工艺

在先导孔中，锯槽机的刀杆以一定的倾角一边作上下往复切割运动，一边以O.8～1.5m/h的速度（根据地层状况）向前移动开槽；被锯切割下来的土体可由反循环或正循环方式的排渣系统排出槽外，并采用泥浆护壁。浇筑塑性混凝土，形成宽度为0.2～0.3m的防渗墙体。锯槽机由行走底盘、动力及传动系统、刀杆及支架加压系统、排渣系统、起重设施及电气控制系统组成；传动方式有机械式与液压式2种。以不同规格的刀杆进行组合，开槽宽度可达0.2～0.5m、深度达到40m。锯槽法的优点是连续成槽、工效高、墙体连续、质量好，并且成墙深，适应于粘土、砂土和卵石粒径小于100mm的砂砾石地层；还可以采用自凝灰浆、固化灰浆形成不同强度和抗渗指标的防渗墙。

1.3 链斗法成墙工艺

由链斗式开槽机排桩上的旋转链斗取土，同时将斜放的排桩下放到成墙深度，开槽机前进开挖沟槽，并采用泥浆护壁，其浇筑混凝土方法类似锯槽法。链斗式开槽机的开槽宽度为16～50cm，深度可达10～15m。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。

1.4 薄型抓斗成墙工艺

采用斗宽为0.3m的薄型抓斗挖土开槽，泥浆护壁，浇筑塑性混凝土或用自凝灰浆形成薄壁防渗墙，最大成墙深度可达40m。适用于粘土、砂土及卵石和砂砾的含量与粒径在一定范围内的土层。

1.5 射水法成墙工艺

射水法成墙设备主要由造孔机、混凝土搅拌机和浇筑机组成。利用造孔机成型器内的喷嘴，射出高速水流来切割土层，成型器上下运动切割修整孔壁，采用泥浆护壁，正循环或反循环出渣。槽孔形成后，浇筑水下混凝土或塑性混凝土，形成薄壁防渗墙。成墙厚度为0.22～0.45m，深度可达30m。成墙垂直精度可达1/300，适应于粘土、砂土和粒径小于100mm的砂砾石地层。在1998年历史罕见的特大洪水过后，在长江、赣江、鄱阳湖等国内重要堤防加固工程中，射水法得到广泛采用，取得了较好的社会经济效益。

2、灌浆类型及其特点

土石坝坝体、坝基防渗处理中灌浆方法主要有均质土坝及宽心墙坝的坝体劈裂灌浆、高压喷射灌浆、坝基卵砾石层防渗帷幕灌浆等。

2.1 土坝坝体劈裂灌浆

土坝坝体劈裂式灌浆是运用坝体应力分布规律，用一定的灌浆压力，将坝体沿坝轴线方向劈裂，同时灌注合适的泥浆，形成铅直连续的防渗泥墙，从而堵塞漏洞、裂缝或切断软弱层，提高坝体的防渗能力，并通过浆、坝互压和湿陷，使坝体内部应力重分布，提高坝体变形稳定性。针对裂缝的局部灌浆，在可能有裂缝的区域，均匀布置类似固结灌浆的灌浆孔群；对坝体施工质量差，甚至出现上下游贯通的横缝，一般应做全线的劈裂灌浆。我国广东省宝树水库用土坝坝体劈裂灌浆技术来解决土坝坝体的渗漏问题，结果表明灌浆后坝体密实度得到提高，渗透系数降低，背水坡湿润渗水现象消失，坝体渗流量减少70%以上。

2.2 高压喷射灌浆

高压喷射法就是利用工程钻机钻孔至设计处理的深度后，用高压泥浆泵，通过安装在钻杆（喷杆）杆端置于孔底的特殊喷嘴，向周围土体高压喷射固化浆液（一般使用水泥浆液），同时钻杆（喷杆）以一定的速度边旋转边提升，高压射流使一定范围内的土体结构破坏，并强制与固化浆液混合，凝固后便在土体中形成具有一定性能和形状的固结体，能起到防渗抗渗的作用。其施工工艺可以分解为以下几个作用过程：①检查喷水角度：摆喷前将喷水角度调整到设计角度，将注浆管调整到设计高程，保证水、浆、气管道及喷嘴通畅，然后提升摆喷。②调浆：严格控制浆液比重，每班4～5次，当相对密度误差超过1%应停喷，调整水灰比。③破坏地层：在泵压力作用下，形成高速水流，对地层形成强大的动压力以及沿高压孔隙作用的水力劈裂力，连续喷射成的土体强度疲劳，使地层结构破坏。④ 升扬置换：根据试验适当提高喷射切割长度，压缩空气在水束周围形成气幕，减少水束摩擦力，聚集水流力量，在喷射切割长度的末端，各种气体、奖液、水与切割下来的颗粒成分混合，形成混合液，强大气流使混合液沿孔壁喷射出来时呈沸腾状态，增强升扬挟带能力，带出地层中的细小颗粒，使地层结构更坚固整合。⑤ 注人浆液搅混：浆液沿水、气射流切割掺搅范围充填，使浆液对原地层产生充填挤压作用，形成液浆良好的平整密度，控制注浆过程的有效进行。⑥渗透凝结：在静压灌注作用下，浆液向周围土体孔隙渗透，形成凝结体，凝结体的形状和性能可根据工程状况和灌液材料确定，形成浆液渗透凝结过渡层，从而达到良好强度的防渗功能。

2.3 卵砾石层防渗帷幕灌浆

卵砾石层的防渗帷幕灌浆大都采用粘土为主加少量水泥的混合浆液进行灌注，不同于在岩石中灌浆。卵砾石层灌浆难以形成自立的钻孔，故常采用套阀式灌浆、循环钻灌阀跟管灌浆、打管灌浆的方法。因受地质条件的限制，不能有效控制浆液的填充范围，为达到相对较高的防渗标准，常需采用3排以上的灌浆孔。随着防渗墙技术的日益成熟，目前较少采用该方法，仅用于当灌浆作为补充勘探的手段，同时兼顾防渗处理，可以更加准确地针对发生集中渗漏的地点，通过少量的灌浆使问题得到解决的情况下。

2.4 控制性灌浆

控制性灌浆是近年来提出的一种改进型灌浆工艺，是对传统灌浆工艺的一种调整，通过控制浆液压力和流量，在保证质量和效果的前提下，有效控制灌浆范围，节约时间和投资。

结 语

目前，我国的堤坝防渗新技术不断涌现。水利工程复杂的地质条件、多样化的筑坝材料以及多种运用工况，决定了在渗流方面的不同特点，应针对不同工程的地質条件、坝体质量、设计水头等，从安全、经济、工效、可行性等方面进行全面分析，确定适宜的防渗加固方案。