水利工程防滲技術(shù)與應(yīng)用分析

楊宏平

【摘 要】水利工程建設(shè)是國(guó)家富強(qiáng)、民族振興的重要環(huán)節(jié)。我國(guó)江河湖海面積廣闊，水利資源豐富，改革開(kāi)放后，越來(lái)越多的大型水利工程被設(shè)計(jì)建成，用以發(fā)電、排洪。水利工程的安全性要求極高，因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)潰壩現(xiàn)象，不僅整個(gè)工程毀之一炬，下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全也將受到威脅，因此在工程選址、工程設(shè)計(jì)、工程施工、工程維護(hù)上都需要花費(fèi)大量的人力財(cái)力。水利工程建設(shè)常出現(xiàn)的問(wèn)題是滲漏。本文充分介紹了滲漏現(xiàn)象發(fā)生的原因，剖析防滲處理的必要性，從壩體防滲及壩基防滲兩方面出發(fā)，根據(jù)不同情況，給出了防滲墻及灌漿兩種防滲方式，并詳細(xì)介紹了其施工方法。通過(guò)實(shí)例分析雷公島閘站建設(shè)，進(jìn)一步說(shuō)明方案的可行性，為其他水利工程建設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)的滲漏問(wèn)題提供現(xiàn)行的解決方案。

【關(guān)鍵詞】水利工程 防滲技術(shù) 防滲墻 灌漿

我國(guó)水利工程數(shù)量眾多，其中出現(xiàn)的滲漏現(xiàn)象也數(shù)不甚數(shù)，前人對(duì)滲漏現(xiàn)象的處理已有很大的心得。本文在總結(jié)前人的基礎(chǔ)上，分析實(shí)例，對(duì)滲漏現(xiàn)象設(shè)計(jì)了一套獨(dú)有的處理方法。

1 水利工程防滲漏的必要性

滲漏現(xiàn)象是各水利工程常見(jiàn)的工程問(wèn)題，也往往是對(duì)工程安全影響最大的因素[1]。滲漏現(xiàn)象出現(xiàn)的原因有很多，不同水利工程所處地質(zhì)環(huán)境的不同，各工程情況往往有所差異，對(duì)滲漏現(xiàn)象的處理，將極大地提高水利工程的使用壽命及安全性。

1.1 導(dǎo)致滲漏的主要因素

（1）鋼材生銹及混凝土充填不當(dāng)。在水利工程建設(shè)中，混凝土及鋼材的質(zhì)量極其重要。在施工過(guò)程中，如果鋼筋分布過(guò)密，在充填混凝土?xí)r容易導(dǎo)致充填不均，下部骨料集中，上部缺失甚至出現(xiàn)孔洞。這種情況的出現(xiàn)往往導(dǎo)致裂縫的發(fā)育，河水沿著裂隙常年發(fā)生侵蝕作用，往往導(dǎo)致滲漏現(xiàn)象的發(fā)生。

鋼材在建筑物內(nèi)發(fā)生生銹現(xiàn)象也是導(dǎo)致滲漏現(xiàn)象出現(xiàn)的一大因素[2]。鋼材質(zhì)量不過(guò)關(guān)或鋼筋混凝土的保護(hù)層過(guò)薄，容易導(dǎo)致保護(hù)層受二氧化碳侵蝕碳化，當(dāng)腐蝕到鋼材表面時(shí)，鋼筋周?chē)幕炷帘銜?huì)因堿度變化而遭受破壞，形成空洞或開(kāi)裂。

（2）工人施工失誤引起的滲漏。在工程施工過(guò)程中，需要將止水帶及鋼材等骨架結(jié)構(gòu)周?chē)幕?、木屑、銹跡等雜物清除干凈，如果未能清理這些雜物，混凝土往往不能將止水帶及鋼材等包裹嚴(yán)實(shí)，產(chǎn)生裂隙。在對(duì)混凝土進(jìn)行振搗時(shí)，工人們往往不能很好地掌握管道處的嚴(yán)實(shí)程度，因此常常出現(xiàn)裂縫。固定止水帶的方法上也需格外注意，這也是產(chǎn)生裂隙的常見(jiàn)因素。

（3）溫差變化及混凝土原材料選擇?；炷林泻惺遥遗c水反應(yīng)常常放出大量的熱，在施工過(guò)程中，混凝土內(nèi)部散熱慢，而混凝土外部散熱快，常常導(dǎo)致內(nèi)外溫差的出現(xiàn)[3]。這種內(nèi)外溫差將產(chǎn)生溫度應(yīng)力，使得建筑產(chǎn)生不均勻變形，生成裂縫。此外，在混凝土原材料的原則上，一定要遵照要求進(jìn)行選擇，材料選擇不當(dāng)，強(qiáng)度達(dá)不到指標(biāo)，也往往會(huì)產(chǎn)生裂縫，發(fā)生滲漏。

（4）其他因素。導(dǎo)致滲漏出現(xiàn)還有很多因素，如地震、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等自然因素，還有許多動(dòng)物也能造成堤壩的滲漏，如白蟻的侵蝕。

1.2 防滲漏的重要性

一個(gè)水利工程的防滲性直接影響其壩基與壩體的穩(wěn)定性。壩基與壩體堅(jiān)固，防滲性好，將大大提高工程的使用壽命。在全球范圍內(nèi)，因壩體滲漏而導(dǎo)致的潰壩事件時(shí)有發(fā)生，造成了巨大的災(zāi)難。對(duì)水利工程進(jìn)行防滲處理，能有效地避免危險(xiǎn)的發(fā)生。筆者總結(jié)前人研究經(jīng)驗(yàn)，從以下幾點(diǎn)論述水利工程防滲漏的必要性：

（1）水利工程在建立之初，受限于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)水平，防洪能力過(guò)低，往往滿(mǎn)足不了現(xiàn)今對(duì)水利工程的要求。對(duì)水利工程進(jìn)行防滲漏處理，將大大提高其防洪能力，并減少安全隱患。

（2）隨著使用時(shí)間的增加，水利工程常常出現(xiàn)老化現(xiàn)象。這些可能由地殼運(yùn)動(dòng)影響或由動(dòng)物活動(dòng)引起，其原因各不相同，但老化現(xiàn)象都會(huì)影響工程對(duì)水體的控制能力，出現(xiàn)滲漏。對(duì)水利工程進(jìn)行防滲處理，能很好地對(duì)工程進(jìn)行檢修，延長(zhǎng)使用年限。

2 壩體防滲漏

對(duì)壩體的防滲處理，一般采用建立防滲墻對(duì)壩體進(jìn)行加固的辦法。防滲墻的種類(lèi)有很多，針對(duì)不同水利工程出現(xiàn)的不同滲漏現(xiàn)象，有多種施工方法。防滲墻的墻體一般不厚，滲透系數(shù)指標(biāo)也要保持低位，但對(duì)柔韌性及耐久性的要求卻很高。由于它的工程作用特殊，防滲墻的造價(jià)一般不能太高。

2.1 防滲墻的種類(lèi)及特點(diǎn)

常用防滲墻工藝主要有五種，包括鏈斗法成墻防滲技術(shù)、薄型抓斗成墻防滲技術(shù)、多頭深層攪拌泥土墻工藝、射水法成墻防滲技術(shù)、鋸槽法成墻工藝[4]。

（1）多頭深層攪拌成墻工藝。針對(duì)地下作業(yè)，多頭深層攪拌成墻工藝有獨(dú)到的工藝效果。多頭深層攪拌成墻工藝不僅在造價(jià)上比其他防滲墻工藝低得多，而且操作簡(jiǎn)單，基本不會(huì)產(chǎn)生泥漿污染，是一種相當(dāng)環(huán)保的施工方法。在施工過(guò)程中，攪拌機(jī)一次性指揮多個(gè)鉆頭伸入深層，在凝固形成多個(gè)水泥柱后，通過(guò)加料填充，樁與樁之間進(jìn)一步形成墻體構(gòu)成完整的防滲墻體系。防滲墻最大深度一般不超過(guò)20米，水泥土滲透系數(shù)小于10em/s，抗壓強(qiáng)度大于0.3MP。

在眾多實(shí)例運(yùn)用中，多頭深層攪拌成墻工藝多次證明了其高效性、高質(zhì)量的特點(diǎn)，被譽(yù)為防滲墻工藝中最有發(fā)展前景的工藝。

（2）射水法成墻防滲技術(shù)。射水法與其他工藝相比較為繁瑣，因?yàn)樗皇怯蓡蝹€(gè)設(shè)備獨(dú)立完成的，主要設(shè)備包括攪拌機(jī)、造孔機(jī)及澆筑機(jī)三種器械。

這種工藝首先利用造孔機(jī)對(duì)土層進(jìn)行切割，在高壓水流的作用下將孔壁進(jìn)一步完善，再由成型器上下切割修整，完成槽孔。在孔壁的切割工作中，孔內(nèi)泥漿的排泄主要通過(guò)循環(huán)排渣工序完成。最后槽孔內(nèi)部充填事先用攪拌器攪拌均勻的混凝土，充填器械一般為澆筑機(jī)，也有人工澆筑方法，但現(xiàn)在已基本淘汰使用。

射水法成墻在南方的水利工程中使用較多，這與我國(guó)水資源南多北少、東多西少的分布有極大的關(guān)系。

（3）鋸槽法成墻工藝。鋸槽法成墻工藝的鋸槽機(jī)主要包括動(dòng)力系統(tǒng)、底盤(pán)、加壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、排泄系統(tǒng)及起重設(shè)備等[5]。鋸槽法澆筑形成的防滲墻厚度一般較小，基本在0.2-0.3m左右，但連續(xù)性較好，防水性強(qiáng)。針對(duì)不同的需求，在澆筑過(guò)程中還可以選擇不同的澆筑底料，具體包括自凝灰漿、固化灰漿、水泥漿。另外，鋸槽法成墻工藝主要運(yùn)用于由粘土、砂土、卵礫石構(gòu)成的巖層中。

（4）鏈斗法成墻防滲技術(shù)。鏈斗法成墻防滲技術(shù)適用于由粘土、砂土及顆粒粒度小于槽厚、含量小于1/3的砂礫地層[6]。操作過(guò)程先用旋轉(zhuǎn)鏈斗取土，而后將事先建好的傾斜排樁下放到防滲墻所在位置，開(kāi)槽機(jī)前進(jìn)，開(kāi)挖溝槽，采用循環(huán)排渣工序排出渣土，溝槽完成后澆筑混凝土。不同的鏈斗式開(kāi)槽機(jī)開(kāi)槽寬度有所差異，但一般為16～50cm，可根據(jù)需要調(diào)整大小，溝槽深度可達(dá)10～15m。

（5）薄型抓斗成墻防滲技術(shù)。薄型抓斗成墻工藝的最大成墻深度為40米，它是利用微型抓斗對(duì)土層進(jìn)行挖掘開(kāi)槽，受限于抓斗的寬度，槽寬一般為0.3m。該技術(shù)采用泥漿護(hù)壁，利用循環(huán)排渣工序排出渣土，通過(guò)塑性混凝土澆筑或自凝灰漿澆筑形成防滲墻。

2.2 防滲墻具體應(yīng)用

防滲墻在各種水利工程中均有用到，是解決滲漏現(xiàn)象及水利工程檢修的有效手段[7]。在閘站的防滲漏處理中，靈活運(yùn)用防滲墻將大大減少人力財(cái)力，并有效延長(zhǎng)閘站的使用壽命，減低安全隱患。筆者簡(jiǎn)要介紹以下幾種防滲墻的具體應(yīng)用：

（1）懸掛式防滲墻。針對(duì)雙層結(jié)構(gòu)堤基，假設(shè)弱透水層覆蓋層為粉砂質(zhì)土壤且厚度小于3米，透水層50厘米，外灘寬度為40米。由于此種情況，防滲墻的影響范圍有限，堤后滲漏狀態(tài)不能很好改善，設(shè)計(jì)全封閉的防滲墻意義不大，通過(guò)計(jì)算防滲墻貫入比，設(shè)計(jì)合適的懸掛式防滲墻是最好的選擇（如圖1）。

（2）半封閉式防滲墻。半封閉式防滲墻需要厚度及滲透性可靠的防滲依托層與之相匹配，必須與多元結(jié)構(gòu)堤基結(jié)合，同時(shí)該種防滲墻還受到外灘寬度及河泓切割情況的影響。結(jié)合以上各種條件，該種防滲墻的應(yīng)用較為繁瑣，此處不做贅述。

（3）全封閉式防滲墻。全封閉式防滲墻以弱透水層或隔水層作為防滲底板，對(duì)防滲底板的性質(zhì)有較高的要求。防滲底板的埋深影響防滲墻的深度，深度越深該工程的工程量隨之加大，因此對(duì)全封閉式防滲墻的設(shè)計(jì)需要格外注意防滲底板的完整性，否則工程的資金、難度等也將隨之變得棘手。

3壩基防滲漏

對(duì)于壩基防滲漏的處理，目前使用最多的是灌漿防滲施工技術(shù)[8]。針對(duì)不同情況，灌漿技術(shù)共分為土壩劈裂灌漿技術(shù)、卵礫石層帷幕式灌漿技術(shù)、高壓噴射灌漿技術(shù)、膨脹漿塞法灌漿及控制性灌漿技術(shù)五種類(lèi)型。以下為各灌漿技術(shù)原理及特點(diǎn)分析：

（1）高壓噴射灌漿技術(shù)。高壓噴射灌漿技術(shù)要求的設(shè)備極其簡(jiǎn)單，在施工過(guò)程中工程效率高，且材料來(lái)源廣，針對(duì)不同工程需求能很好地控制工程造價(jià)[9]。高壓噴射灌漿技術(shù)主要利用高壓水泥泵的噴射沖擊力對(duì)土層結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，水泥漿液沿著噴射壓力制造的縫隙充填，凝固后形成具有特定形狀及性能的固結(jié)體，并具有一定的防滲作用。

（2）控制性灌漿技術(shù)。這是近幾年的新興技術(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)灌漿方法的改進(jìn)[10]。主要通過(guò)控制水泥漿液的流量，達(dá)到加壓加速效果，在高質(zhì)量的前提下，節(jié)約時(shí)間及精力地完成灌漿。

（3）土壩劈裂灌漿技術(shù)。該技術(shù)在充分分析地層或壩體應(yīng)力分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，利用灌漿壓力，將壩體沿一定方向劈裂，而后灌注適量的泥漿，堵塞漏洞、裂縫，形成一道連續(xù)的泥墻，達(dá)到防滲漏效果。土壩劈裂灌漿技術(shù)能夠改變壩體內(nèi)應(yīng)力的分布情況，與地質(zhì)力學(xué)有較大聯(lián)系，因此在運(yùn)用此法時(shí)，最好對(duì)施工對(duì)象進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘探。

（4）卵礫石層帷幕式灌漿技術(shù)。卵礫石層帷幕式灌漿技術(shù)是目前運(yùn)用較少的一門(mén)灌漿技術(shù)[11]。與其他技術(shù)不同，它的泥漿以粘土為主，混合少量水泥，并常采用3排以上的灌漿孔。因?yàn)槌３Ｊ艿刭|(zhì)條件制約，不能有效控制泥漿的充填范圍，該技術(shù)一般作為補(bǔ)充防滲手段。

（5）膨脹漿塞法灌漿。膨脹漿塞法灌漿的使用具有一定的特殊性，主要針對(duì)大壩橫縫滲漏，常利用泥漿充填孔洞及兩道止水帶之間的裂縫，達(dá)到防滲效果。該種方法效果極好，泥漿充填往往能達(dá)到飽滿(mǎn)狀態(tài)，是應(yīng)對(duì)大壩橫縫滲透最好的灌漿方法。

4結(jié)語(yǔ)

水利工程設(shè)施在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過(guò)程中起到了重要作用，一直以來(lái)都受到國(guó)家的重視。筆者結(jié)合自己在雷公島某閘站設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)等工作的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)到水利工程防滲漏的重要性，在查閱前人研究資料后，總結(jié)出了防滲漏的系列方法，以期對(duì)今后水利工程滲漏現(xiàn)象的處理作出貢獻(xiàn)。

堤壩或閘站等水利工程的防滲處理并沒(méi)有一套通用的方案，在實(shí)際運(yùn)用中，需要工程人員對(duì)實(shí)地情況進(jìn)行詳細(xì)勘查、分析，才能設(shè)計(jì)出合適的防滲方案。

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