水利工程中堤壩加固技術(shù)探究

蘇義興

天津市靜海區(qū)水利工程建設(shè)管理中心,天津 301600

在水利工程發(fā)展過程中，主要目的是對地下水和地表水進(jìn)行全面掌控和優(yōu)化。如果實現(xiàn)水利工程的全面完善，人與自然會始終處于一個和諧狀態(tài)，為經(jīng)濟發(fā)展提供有效幫助。另外，在水利工程設(shè)計過程中，堤壩加固技術(shù)屬于一項重要應(yīng)用，但由于工程所處的環(huán)境不同，很容易在堤壩加固過程中遇到一系列問題，進(jìn)而對水利工程的正常運轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響。

1 水利工程中堤壩加固技術(shù)的作用

1.1 堤壩概述

堤壩主要以土石為結(jié)構(gòu)材料，在自然災(zāi)害抵擋方面能夠發(fā)揮出巨大作用。蓄水型堤壩主要以土石結(jié)構(gòu)為主，對建筑材料的要求相對較低，而且施工時間整體較短，可為機械化施工提供便利條件。在堤壩建筑過程中，大部分建筑材料可以就地取材，實現(xiàn)資金和時間成本的有效節(jié)約，為工程可持續(xù)發(fā)展?fàn)I造良好基礎(chǔ)。在重力性大壩設(shè)計和施工過程中，需要將安全可靠等特點展示出來，避免在后續(xù)工作之中受到嚴(yán)重破壞。另外，在機械化施工操作上也十分簡便，為大壩施工工作創(chuàng)造更多有利條件。除此之外，還可以對大壩泄水孔口進(jìn)行合理設(shè)計，配合輔助發(fā)電等，確保水利工程順利進(jìn)行。但在重力型大壩使用過程中也出現(xiàn)很多不足之處，如壩體本身應(yīng)力相對較低、材料強度很難發(fā)揮出來等。而且重力壩本身體積較大，需要使用大量水泥來完成構(gòu)筑工作，使得堤壩的修筑成本大大提升。

1.2 水利工程中堤壩加固技術(shù)的作用

在近幾年發(fā)展過程中，我國在水利工程方面的投入有所提升，發(fā)展速度也進(jìn)一步加快，但由于建設(shè)時間較短，相關(guān)經(jīng)驗和技術(shù)不夠成熟。因此在具體堤壩防滲漏研究上，具體措施效果如果沒有體現(xiàn)出來，則降低了整體施工質(zhì)量。與此同時，在實際水利工程施工過程中，監(jiān)管人員的監(jiān)管作用沒有充分發(fā)揮，且很多監(jiān)管人員不具備較強的責(zé)任心，部分施工人員也沒有接受過專業(yè)培訓(xùn)，施工過程中的問題得不到及時發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致整個工程質(zhì)量受到影響。因此現(xiàn)階段部分水利工程在運轉(zhuǎn)上還存在很多安全隱患，無法將更大效用發(fā)揮出來，進(jìn)而對周圍居民生活產(chǎn)生了影響。對于該項問題，相關(guān)管理人員需要提高重視程度，利用積極有效的措施將該項問題解決，如定期組織員工進(jìn)行專業(yè)知識、技能的培訓(xùn)和考核，將工程質(zhì)量與獎懲制度掛鉤，提高全體員工的業(yè)務(wù)素質(zhì)，讓全體員工意識到一旦堤壩防滲漏加固技術(shù)的使用存在問題，將會給企業(yè)和社會帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟損失[1]。

2 常見的堤壩險情種類

在水利工程項目建設(shè)和使用過程中，防滲加固技術(shù)的應(yīng)用顯得十分重要。為了避免堤壩出現(xiàn)滲透問題，相關(guān)工作人員需要提升對堤壩動向的關(guān)注度，通過解決方式的合理實施，避免堤壩出現(xiàn)滲透和垮塌等現(xiàn)象。一旦發(fā)生相關(guān)問題之后，人們需要對滲漏原因進(jìn)行深入分析。常見的滲漏引發(fā)因素包括流土和管涌。

2.1 堤壩工程中的滲流破壞問題

在堤壩下方多為巖土結(jié)構(gòu)，由于水流的長期沖刷，巖土內(nèi)部的顆粒成分很容易發(fā)生改變，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受損等情況出現(xiàn)。除此之外，在水流長期沖刷下，堤壩的抗剪強度也在不斷下降，甚至還有可能在局部區(qū)域出現(xiàn)裂縫以及下滑等問題，最終使得堤壩發(fā)生變形，導(dǎo)致堤壩的穩(wěn)定性下降?？偟膩碚f，該項問題在堤壩工程之中十分常見，屬于典型的工程性問題，在具體治理過程中，需要將多種修復(fù)技術(shù)結(jié)合在一起。

2.2 堤壩工程中的滲透變形問題

在堤壩工程施工過程中，滲透破壞問題將會引起堤壩整體的嚴(yán)重變形。為了避免上述情況的出現(xiàn)，相關(guān)工作人員通過大量的研究數(shù)據(jù)和實踐調(diào)查，計算出一旦堤壩的壩基或者堤壩壩身出現(xiàn)滲漏問題后，事故的發(fā)生率將會超過50%。另外，滲透變形不僅會導(dǎo)致各種滲漏事故出現(xiàn)，更會讓堤壩中的排水口出現(xiàn)阻塞，長此以往，堤壩便會發(fā)生下滑、塌陷等問題，對人民生命和財產(chǎn)安全產(chǎn)生極大威脅。如果預(yù)防措施沒有做到位，同樣會引起堤壩受損。因此要根據(jù)堤壩具體的受損情況對其進(jìn)行合理評估，并根據(jù)實際情況來選擇修復(fù)措施[2]。

2.3 水庫及用材方面的問題

首先是水庫方面，由于水庫內(nèi)部的儲水量能夠形成巨大的壓力，如果水壩自身存在明顯的質(zhì)量問題，將難以承受水壓沖擊。另外，水庫中存在很多過水通道，由于水頭的高低情況不同，一旦與通道之間的滲透比例超出限度，堤壩便很難承擔(dān)如此大的負(fù)擔(dān)。實踐表明，堤壩上出現(xiàn)的裂縫與水庫聯(lián)通存在很大聯(lián)系，嚴(yán)重時還可能會出現(xiàn)巨大的口子，進(jìn)而導(dǎo)致水壩出現(xiàn)滲漏問題。因此在堤壩檢查過程中，工作人員不僅要對裂縫進(jìn)行觀察，還要確保填充工作開展的合理性。其次是用材方面，在堤壩建設(shè)過程中，很多管理人員并沒有對材料的選擇和使用提高重視程度，最終導(dǎo)致堤壩出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問題。部分水利部門為了降低投資成本，利用一些與國家標(biāo)準(zhǔn)不符的材料，如細(xì)沙物質(zhì)等，導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫，進(jìn)而造成堤壩滲漏。

3 常見的水利工程堤壩加固技術(shù)

3.1 低壓速凝式灌漿法

該種方式在緊急情況下十分常見，屬于一種常見的應(yīng)急措施。低壓速凝式灌漿法可以實現(xiàn)高危水位下的緊急搶修，或者壩體孔洞阻塞情況的排除，在具體施工過程中，通常使用30型鉆機或者50型鉆機進(jìn)行實際灌注漿施工。當(dāng)工作人員尋找到具體壩體孔洞之后，往往會在注漿液灌注之前釋放一種特殊性物質(zhì)。該類物質(zhì)在遇水之后會發(fā)生膨脹，將多余的縫隙填滿，進(jìn)而實現(xiàn)漿液的完全輸送。與此同時，這些物質(zhì)還能提升管道的阻力，降低水流速度，實現(xiàn)泥漿輸送效率和質(zhì)量的全面提升。當(dāng)整體物質(zhì)排放完成，且各項壓力與標(biāo)準(zhǔn)情況相符之后，可以進(jìn)行漿液的注入性操作。值得注意的是，在漿液注入工程中，具體壓力應(yīng)該保持在49kPa左右，只有這樣才能滿足水利工程堤壩加固要求。而在注漿孔布置上，涉及的參數(shù)因素很多，如灌漿孔距l(xiāng)、灌漿體厚度b等。當(dāng)漿液被完全注入之后，將會呈現(xiàn)出圓球狀擴散狀態(tài)，等到兩圓形相交之后，便會形成一定的厚度，用b來表示[3]。

3.2 帷幕灌漿法

帷幕灌漿法的應(yīng)用范圍極廣，在不同曲度、高度和厚度下，其客觀影響因素也不同，進(jìn)而衍生出很多新的壩體連接區(qū)域，在該方法使用過程中，可以進(jìn)一步提升灌漿作業(yè)效果。具體操作時，主要由工作人員攜帶更加輕便的鉆孔設(shè)備，對壩體實施開孔作業(yè)。為了提升效果，孔洞的呈現(xiàn)形狀一般以直線形或者是梅花形分布，之后根據(jù)具體形式來開展灌漿工作。該項技術(shù)在堤壩加固中十分常用，但技術(shù)難度較高，注意事項也較多。首先，各個孔洞之間需要保持一定的安全距離，以3m為主，進(jìn)而確保灌漿過程中的壓力被平均分?jǐn)?。其次，在鉆孔深度上也需要根據(jù)具體情況嚴(yán)格把握，一般來說，鉆孔深度應(yīng)該保持在1～2m左右，一旦出現(xiàn)挖掘過深的情況，工作人員應(yīng)該在第一時間內(nèi)開展掩埋操作。在灌漿工作開展過程中，需要遵循以下原則，以少量多次、自上而下為主，還要盡量提升漿液質(zhì)量，避免壩體不會一次性承受過大的壓力。在灌漿時，各個孔洞的灌漿量可以稍稍過量，并使其自然溢出，成就一道自然形成的帷幕，所以人們將該種方式稱之為帷幕灌漿法。

3.3 填充式高壓灌漿法

填充式高壓灌漿法主要應(yīng)用于較大的堤壩，能夠?qū)⒌虊螁栴}改善，避免滲漏情況出現(xiàn)。首先，工作人員在操作過程中需要選擇功率較大的工程鉆機進(jìn)行施工，規(guī)格為50米鉆機，能實現(xiàn)對壩體進(jìn)行大面積孔洞開挖作業(yè)。另外在鉆孔深度的對比上，該種方式比帷幕灌漿法還要深，需要達(dá)到壩體以及地基層位置。其次，填充式高壓灌漿法中涉及的壓力較大，各項操作必須保證一次性完成，否則將會為壩體帶來極大影響，而且整個壓力高達(dá)130～166kPa。在具體操作工作開始之前，工作人員需要進(jìn)一步做好準(zhǔn)備工作。首先，計算具體的灌漿量，確保其與工程技術(shù)要求相符；其次，做好整個壩體的測試工作，確保其在高壓力的沖擊下保持穩(wěn)定狀態(tài)，還要將管道之內(nèi)的雜物清除干凈，保持干燥狀態(tài)，在所有條件均得到滿足后方可開始施工。當(dāng)基礎(chǔ)漿液灌注工作結(jié)束之后，可以利用黃泥漿液進(jìn)行封口處理?？傮w來看，填充式高壓注漿法屬于目前我國水利工程堤壩加固技術(shù)中最有效的方式之一[4]。

3.4 灌漿加固法

灌漿加固法主要應(yīng)用在結(jié)構(gòu)較為堅固的壩體之上，主要應(yīng)用方法如下：首先對壩體上的縫隙、孔洞等進(jìn)行密封，之后利用水泥做好整體修補工作，進(jìn)而提升壩體的防滲效果。這種方式具備很多優(yōu)勢，可以保持壩體的完整性，避免整體結(jié)構(gòu)受到外力因素的破壞，同時也能進(jìn)一步提升壩體的抗沖刷能力和穩(wěn)定程度。但灌漿加固法在應(yīng)用時也會出現(xiàn)明顯的不足之處，如果壩體結(jié)構(gòu)堅硬度不足，便無法應(yīng)用這種加固方式。另外，這種方式無法預(yù)防滲漏，只能在問題出現(xiàn)之后采取措施進(jìn)行修復(fù)，很容易對整個水利工程產(chǎn)生影響。除此之外，灌漿加固法在應(yīng)用過程中對灌漿材料和漿液的物理學(xué)性能存在具體要求，如表1和表2所示。為了進(jìn)一步提升泥漿的流動性，可以添加適量的水玻璃，比例在0.5%～1.0%之間；若要加快漿液凝固速度和后期強度，可以在漿液之中添加水泥，一般添加量為15%，可以根據(jù)水利工程類型的不同重新進(jìn)行計算。為了消除白蟻的影響因素，還可以在灌漿液中加入少量藥物，此時要注意避免水體出現(xiàn)污染。

表1 灌漿土料選擇表

表2 注漿物理力學(xué)性能表

3.5 混凝土堤壩防滲墻技術(shù)

在堤壩防滲加固技術(shù)中，高壓噴射防滲墻屬于常見的形式。在具體操作過程中，主要以高壓射流為主，利用沖擊的方式將原有覆蓋層沖刷掉，再灌入新的混合水泥漿。通過上述操作之后，水泥漿會與地下土層混合在一起，最終形成防滲墻。在加固作業(yè)過程中，通常會涉及垂直鋪塑防滲墻，通過挖槽機進(jìn)行垂直打孔，最終利用回填操作實現(xiàn)防滲墻建設(shè)。在此種情況下，主要利用沙土進(jìn)行結(jié)構(gòu)填充。其次是自凝土防滲墻，前身是塑性混凝土防滲墻，通過吸水之后膨脹進(jìn)行打孔填充，主要特點是將填充物質(zhì)進(jìn)行加固。最后是應(yīng)用水泥攪拌樁防滲墻，主要通過樁體對其進(jìn)行固定，利用水泥和水分子之間的結(jié)合，進(jìn)一步提升壩體的堅固程度?；炷恋虊畏罎B墻外觀圖如圖1所示。

4 水利工程中堤壩加固技術(shù)的具體實施措施

在水利工程加固技術(shù)應(yīng)用過程中，主要涉及以下兩方面，技術(shù)人員和技術(shù)設(shè)備。需要聘請實踐經(jīng)驗較強的工作人員參與到主體工程建設(shè)之中。目前在我國，現(xiàn)有大部分技術(shù)人員平均年齡較大，年輕人員則缺乏一定的實踐經(jīng)驗。為此，相關(guān)企業(yè)需要做好內(nèi)部培訓(xùn)工作，確保員工自身條件與工作要求相符。其次，在技術(shù)設(shè)備方面，可以引進(jìn)和學(xué)習(xí)外國的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備，在了解新技術(shù)設(shè)備的同時，提升工作人員設(shè)備的維護能力，只有這樣才能提升加固技術(shù)的使用年限，從根本上確保水利工程的加固效果[5]。

圖1 混凝土堤壩防滲墻外觀圖

5 結(jié)語

綜上所述，在我國水利工程建設(shè)過程中，滲漏問題一直是主要風(fēng)險因素之一。我國人口數(shù)量眾多，居住也呈現(xiàn)出分散性特點，進(jìn)而導(dǎo)致我國水利工程的數(shù)量大幅提升，在滲漏現(xiàn)象影響下，令我國水利工程的發(fā)展受到嚴(yán)重制約。因此在后續(xù)工作開展過程中，需要提升加固技術(shù)的應(yīng)用范圍，避免整個堤壩出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問題。