土石坝防渗加固处理技术研究

万书云，戴卫东，王光霞

1.淮安市金湖县水务局,江苏 淮安 211600

2.昆山市巴城镇水利（水务）站,江苏 昆山 215300

3.淮安市淮安区渠南水利管理所,江苏 淮安 223200

我国是世界上水能资源较为丰富的国家之一，根据2012年第一次全国水利普查结果，我国共有水库9.8万余座，总库容为9823.12亿m3，共修建水电站4.67万余座，装机容量达3.33亿kW。这些大坝的安全不仅直接影响着工程效益的发挥，还与国民经济发展和下游人民群众的生命财产安全密切相关。我国大部分已建大坝为土石坝，而大多数土石坝是在1950s和1960s建造的，随着时间的推移，土石坝呈现了不同程度的渗流毁坏、滑坡、地震液化，这就直接导致水库危险系数增加，不光出现了许多不能充分发挥工程效益的危险库，给人民生命和财产带来严重损失和灾难的水库溃决现象也日益增多。因此，对土石坝进行除险加固工作尤为重要。鉴于此，文章重点介绍土石坝防渗加固相关技术。

1 劈裂灌浆防渗技术

劈裂灌浆主要是通过恒定压力沿坝轴线的较小主应力平面将坝分开，将泥浆倒入坝中，初步构造一个连续泥浆墙，后通过泥浆之间相互的压力作用形成一堵防止渗透的墙。在此过程中，泥浆液化坝体的同时也增加了整体的密实度。劈裂灌浆处理后，在坝体上形成了垂直致密的连续不透水体，增加了坝体的密度，提高了坝体的抗渗性和稳定性，预防了堤坝的变形，在除险加固方面取得了非常显著的效果。但是，压力不容易控制是其最大的缺点，在劈裂灌浆接触基岩和刚性建筑的部位，为防止接触侵蚀，与基础防渗墙和高压固定喷墙结合的问题需要进一步研究和解决。

2 冲抓套井回填黏土防渗墙技术

冲抓套井回填黏土防渗墙技术是利用冲抓式打井机具，从渗流区域刺穿土坝的不透水体或水坝，然后回填层状黏土以形成连续的不渗水壁来阻塞渗流通道。近年来，这项技术得到了不断改进和发展。在勘探和施工过程中，大坝中水的“阻塞”和“排水”之间的问题得到了正确解决，大坝套管井中的黏土回填得以完成，并利用冲抓钻成功地用沙子和砾石层建造了水坝的基础，使混凝土防渗墙取得了良好的效果。该技术成本低，涉及的机械易于操作、利于施工，防渗效果好。

3 混凝土防渗墙技术

混凝土防渗墙具体的施工工艺为在土石坝松散渗透性底部或凹槽中钻出连续孔，用泥浆固化墙壁，用高压泵将泥浆推到孔的底部，使其从孔的底部返回地面，而后利用直管将混凝土倒入槽中，最终构造不间断的混凝土墙[1]。这种混凝土墙就像一个屏障，它能够适应具备各种材料和复杂基础的大坝，可以满足各种水文和施工地质条件。墙的两端能够与岸坡和岸基岩上的防渗设施衔接，墙的底部可以埋入微风化的基岩中一定深度。通过对施工期间施工质量的严格控制，可以达到完全防止渗漏的效果。在混凝土防渗墙的施工中，必须确保施工品质。应特别留意两个混凝土墙的衔接处，这是避免和防止渗透的关键。在衔接处，从孔的顶部到孔的底部连接高度任意，厚度应达到设计厚度，并且混凝土墙应紧密连接，以确保没有泥土层，从而达到防止损坏的目的。

4 射水造孔浇筑混凝土墙技术

射水造孔浇筑混凝土墙技术是在沙质或软土地基上建造地下混凝土防渗墙，利用高速射流替代乌卡斯钻机建造一个槽孔。该技术方便快捷，易于安装且成本低廉。详细措施是使用水泵的冲击力和成型机的射流初步毁坏土壤构造，利用卷扬机操作成型机自上而下、来回反复地运行以更进一步毁坏土壤层，为达到槽孔的美观与规格进行仔细的修整，使用特定密度的水泥浆初步固定好泥壁，运用传统的水下混凝土注入方法建造混凝土或钢筋混凝土槽墙，使用成型器侧向特殊装备将槽墙连接到地下连续的不透水壁[2]。

5 振冲力加固技术

振冲加固技术是通过振动脉冲器达到加固的目的，先将其放置在疏松的中细沙层中，用高压水洗涤，然后振动液化沙子层，重新压缩沙子颗粒并使沙子层紧密。我国有许多心墙砂壳坝。施工期间，大多数砂壳不会卷起或压缩。一些水坝的基础上有未经处理的细砂层，因外部振动，它们很容易滑落。近几年，中国发生16次6级及6级以上强地震，损坏了250多个土石坝，大约20%的水坝受到了严重破坏，几乎一切重大受灾的水坝都是因地震引起砂土液化导致的。因此，预防和管控地震液化无疑已经成为确保地震地域土坝安全的重要环节之一。随着科技的进步，除了增大上游坝脚抛石盖的分量和增大下游坝脚排水盖的分量，还采取了振冲加固的方法。

6 高压喷射灌浆防渗技术

高压喷射灌浆防渗技术是在日本高压旋喷灌浆法基础上改进而成的。在我国，该技术用于土石坝坝基防渗，效果比较好，尤其在近几年，在已有经验基础上，在施工工艺、设备配备、喷射形式、设计方案及相关技术参数优化等方面都有了一定程度的改善；原来仅用于细颗粒砂砾石、土层，现在同样有了新的进展，逐步把应用范围扩大到砂卵漂石和堆石碴层中。高压喷射灌浆防渗技术是依据设计使用钻头进行钻孔，先将水泥管、含水管和风管置于钻孔中，后将喷嘴置于孔中。高压射流在喷射的同时冲切并破坏土壤，引入水泥浆，将其与多孔土壤混合，升高喷嘴并固化浆液。在地基中，依据设计目的、深度、厚度和构造形态，将浆液与地基结合，形成紧密的凝结体，从而起到防止渗透的作用[3]。高压喷浆技术具有两面性，其优点是结构简单、速度快，而缺点是地层灵敏度高，缺乏快速可靠的检查方法，且成本高。目前，国内对高压喷射注浆在地质构造上的应用范围和检查方法的看法尚未完全统一，为了在复杂的地质构造中使用，应首先进行现场试验以证明其经济合理性和技术可行性。

7 土工合成材料防渗技术

土工合成材料根据其水力特性可分为不透水土工膜或土工复合膜和渗透性土工布。前者代替了不可渗透的物体，并充当了隔绝渗透物和水的屏障，而后者则代替了过滤材料中的沙子和砾石，充当了排水和过滤器。它重量轻、运输量小，易于铺设，并且能够黏合和焊接重叠的部分，与运用黏土和砂砾石料防渗比较，在降低成本、缩短工期和确保品质方面更具优势[4]。近年来，随着材料类型的不停更新、运用范围的逐渐扩大以及建筑技术的不断提高，土工合成材料已从低坝向高坝开展。土工膜与坝基和岸坡之间的连接主要是通过梯形实心埋槽的开挖，而开挖主要沿迎水坡的坡面与坝基和岸坡之间的接触边线，用黏土填充固定埋入的土工膜。土工膜衔接大坝内部的供水管，通常在涵管和土坝的迎水坡之间添加一个混凝土节水环，其迎水坡坡度平行于土坝的迎水坡坡度，将土工膜和沥青附着到斜坡上，而后回填保护层中的土壤材料。

8 结束语

近年来，国家加大了对病害水库除险加固的力度，随着各种新的加固技术、工艺、材料的出现，土石坝防渗加固技术也随之不断改进。土石坝防渗加固技术的发展，使病害水库一些相关险情逐渐被解决，使水库能够更好地发挥其防洪与兴利作用，更好地服务于国民经济建设和人民生活。在具体选择土石坝加固方法时，要针对工程病害的具体情况进行具体分析，在技术、经济等方面对以上相关加固方法进行技术经济分析比较。合理的土石坝加固方法应是技术上可行、经济上合理的。

在对土石坝进行具体加固时需要遵守一定的原则：第一，在防渗加固工作正式开始之前，要搜集加固工程所在区域的水文、地质、气象等方面的相关资料和数据信息，水库土石坝防渗加固施工中涉及许多较为复杂的内容，影响工程正常施工的因素较多，因此需要充分掌握相关因素变化情况，为后续顺利施工打下良好的基础。第二，土石坝防渗加固顺利实施，需要特别关注加固工程成本情况，要考虑工程经济性，避免出现因主观意愿而进行加固的情形，防止出现严重工程事故。第三，土石坝防渗加固过程中，需要阶段性地对工程进行测试分析。为了确保良好的加固效果，需要进行相关测试、试验等工作，以便及时进行优化调整。