水利工程土石壩防滲施工技術(shù)探討

凌雙云

（廣東科能工程管理有限公司，廣東 廣州510507）

1 概述

對(duì)于水利工程項(xiàng)目而言，土石壩是在利用當(dāng)?shù)赝潦系幕A(chǔ)上，對(duì)其做進(jìn)一步的拋填與碾壓堆筑等處理而成的。其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、原料可就近獲取、施工簡(jiǎn)便、造價(jià)低廉，對(duì)于施工建設(shè)區(qū)域的水文與地質(zhì)條件等要求較低。而土石壩也有一個(gè)較大的缺陷，就是比較容易產(chǎn)生滲漏，一旦發(fā)生滲漏現(xiàn)象，如果不及時(shí)采取合理有效的處理措施，則會(huì)對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

2 土石壩滲透變形的成因

2.1 壩基的不透水層與截水槽未連通，地基的穩(wěn)定性得不到有效保障，在壩基出現(xiàn)滲流現(xiàn)象以后，不加以處理就會(huì)導(dǎo)致壩基變形甚至潰壩。

2.2 沒(méi)有正確認(rèn)識(shí)所選取土石材料的力學(xué)性能，在土石壩建設(shè)過(guò)程中，在對(duì)儲(chǔ)存水源部分進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有科學(xué)合理地設(shè)置好浸潤(rùn)線，從而影響到了下游壩的安全性與穩(wěn)定性。

2.3 在涵洞的施工過(guò)程中，存在所用漿液不均勻、混凝土比例錯(cuò)誤等問(wèn)題，從而導(dǎo)致周圍黏土的密實(shí)程度不足，使得土石壩出現(xiàn)涵洞，并發(fā)生滲透變形問(wèn)題。

2.4 沒(méi)有采取合理有效的基礎(chǔ)防滲措施，對(duì)土石壩建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不夠嚴(yán)格，造成基礎(chǔ)漏水現(xiàn)象頻發(fā)，進(jìn)而導(dǎo)致土石發(fā)生嚴(yán)重變形。

3 石壩滲透變形的形式

在我國(guó)很多地區(qū)，尤其是降水量比較豐富的南方，導(dǎo)致土石壩出現(xiàn)滲漏與變形原因可以歸結(jié)為兩個(gè)方面：機(jī)械作用與化學(xué)作用。在土石長(zhǎng)期作用下，壩體中的一部分結(jié)構(gòu)可能遭受破壞。因?yàn)橥潦瘔蔚耐临|(zhì)、土料質(zhì)量、防滲漏與排除滲漏的方式以及水流基本條件等存在一定的差異性，土石壩滲流現(xiàn)象可總結(jié)為以下四種情況：

3.1 流土

在發(fā)生土石壩滲流現(xiàn)象時(shí)，泥土顆粒會(huì)出現(xiàn)一定程度的增大，被水流帶走，同時(shí)，從壩體表層也會(huì)觀察到隆起或者沖出現(xiàn)象。該情況主要發(fā)生在土石粒徑均一的粘性土壤，或者是粘性較低的土體。在發(fā)生滲流現(xiàn)象時(shí)，通常還會(huì)伴隨著嚴(yán)重的土體斷裂、凸起與掉落等不良現(xiàn)象。

3.2 管涌

管涌現(xiàn)象通常發(fā)生在土石壩的下方地基、下游壩坡出現(xiàn)滲流跡象的表層等常見(jiàn)位置，非粘性土壤的微小土粒在土石塊的滲透作用下，不斷地從孔洞中涌出，在達(dá)到一定速度以后，就會(huì)被沖刷帶走。而如果不加干預(yù)，在長(zhǎng)時(shí)間作用下，壩體中的土壤顆粒會(huì)被大量沖走，從而在原來(lái)位置留下一個(gè)空洞，當(dāng)空洞增加到一定限度以后，則會(huì)導(dǎo)致土石壩的內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不可控制的變化，從而導(dǎo)致土石壩在滲透作用下發(fā)生不可控的變形問(wèn)題。

3.3 接觸流土

對(duì)于土石壩而言，相鄰?fù)翆又g的接觸面也會(huì)存在滲入現(xiàn)象，通常是滲透系數(shù)較小的土層向滲透系數(shù)較大的土層進(jìn)行滲透，上述接觸性流動(dòng)的土壤也會(huì)對(duì)土石壩造成嚴(yán)重?fù)p壞。

3.4 接觸沖刷

在土石壩的使用過(guò)程中，對(duì)接觸沖刷現(xiàn)象所造成的損壞程度進(jìn)行分析，可以得出土石壩使用年限等信息。在壩體滲流經(jīng)過(guò)地基而產(chǎn)生接觸的位置，以及與建筑物等接觸系數(shù)存在差異的土層接觸的過(guò)程中，粒徑較小的土石會(huì)被沖走。對(duì)于接觸沖刷現(xiàn)象而言，土石壩滲透變形的形式較為單一，只有在部分特殊情況下，才有可能出現(xiàn)兩種或者兩種以上并存的情況，而根據(jù)實(shí)際情況之間的差異性，包括滲透坡降情況、位置、土料狀況等，需要對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性研究，并制定出合理有效的預(yù)防與保護(hù)措施。

4 土石壩防滲技術(shù)

4.1 混凝土防滲墻

混凝土防滲墻需要用到專門(mén)的造孔機(jī)械設(shè)備，在操作過(guò)程中，需要不斷地在松散、透水的地基上造孔，以泥漿固壁，在泥漿下向孔內(nèi)灌注混凝土，從而得到一整道直立且連續(xù)的防滲墻，以充分發(fā)揮攔截壩體與壩基滲漏的重要作用。就目前而言，該項(xiàng)技術(shù)不斷趨于成熟，在砂層、淤泥層等多個(gè)領(lǐng)域都取得了一定的成果?；炷练罎B墻主要應(yīng)用于地形復(fù)雜的基礎(chǔ)防滲，同時(shí)在土石壩的壩身防滲等工作中也可以起到一定的作用，具備工藝先進(jìn)化水平高、施工效率高、成墻效果直觀、適應(yīng)范圍廣、防滲效果顯著以及節(jié)省成本等顯著優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際的施工過(guò)程中，需要對(duì)接縫質(zhì)量等細(xì)節(jié)問(wèn)題引起足夠的重視?；炷练罎B墻的布置如圖1 所示。

圖1 混凝土防滲墻布置

4.2 高壓噴射灌漿防滲

高壓噴射灌漿需要用到鉆探機(jī)鉆孔完成具體操作，首先需要按照設(shè)計(jì)要求將安裝有特制合金噴嘴的注漿管下到預(yù)定位置，然后使用高壓泵噴射漿液破壞原有土體，實(shí)現(xiàn)土粒與漿液的充分混合并得到固結(jié)體，固結(jié)之間體交互連接即可得到連續(xù)性的防滲帷幕，主要發(fā)揮攔截滲漏的防滲作用?，F(xiàn)階段，該項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于眾多防滲工程施工中，尤其在軟基加固方面取得了一定的成果，而很少應(yīng)用于全風(fēng)化花崗巖地層方面的防滲工程。高壓噴射灌漿防滲主要適用于以下土質(zhì)：砂土、淤泥、軟弱黏性土和粒徑不超過(guò)5cm 的砂卵石等，在灌漿過(guò)程中，其深度始終低于50m，具備施工效率高、防滲效果好、不受水位影響、安全性與可靠性高以及造價(jià)成本低廉等顯著優(yōu)勢(shì)。

4.3 劈裂灌漿防滲

劈裂灌漿采取高壓灌漿的處理方式，將漿液灌入土層以后，可以改變土層原本的性質(zhì)，使土體發(fā)生剪切裂縫，漿液順著所產(chǎn)生的裂縫，由強(qiáng)度低的地方向強(qiáng)度高的地方劈裂，順利劈入的漿液固結(jié)形成防滲墻體，并與壩體緊密的連接在一起，起到有效的攔截滲漏的作用。劈裂灌漿防滲技術(shù)是一種新興的土石壩防滲加固新技術(shù)，并逐漸得到推廣與應(yīng)用。該項(xiàng)技術(shù)主要適用于粉細(xì)砂與黏土層，對(duì)于這部分土體而言，顆粒漿材無(wú)法順利順入。該防滲施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在原料易獲取、施工簡(jiǎn)便、造價(jià)成本低廉以及防滲效果優(yōu)良等方面。

4.4 帷幕灌漿防滲

帷幕灌漿需要在特定的壓力條件下，將漿液壓入壩身或者壩基內(nèi)部，以填充各部分土體之間存在的大量空隙，在對(duì)原有土層的結(jié)構(gòu)與組成進(jìn)行改造的基礎(chǔ)上，依靠膠結(jié)作用得到連續(xù)的防滲帷幕。就目前而言，帷幕灌漿已經(jīng)成為水利工程對(duì)地基進(jìn)行防滲處理的重要手段，為水工建筑物的安全性與可靠性提供了重要保障。該項(xiàng)施工技術(shù)主要應(yīng)用于局部透水性較強(qiáng)的巖基防滲，可以取得良好的防滲效果，且施工操作相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)需投入較大成本。

4.5 套井回填黏土防滲

在套井回填施工過(guò)程中，需要用到?jīng)_爪機(jī)進(jìn)行造孔操作，將壩體滲漏的涂料取出以后，需要及時(shí)回填黏土，并將其夯實(shí)壓平，得到具備防滲功能的黏土防滲墻。套井回填技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)險(xiǎn)堤險(xiǎn)壩防滲處理，對(duì)于壩高較小的均質(zhì)壩與寬心墻壩等相關(guān)類型而言，應(yīng)用沖抓套井回填黏土防滲可以取得良好的防滲效果，具備施工設(shè)備要求低、施工便捷、材料來(lái)源廣泛以及投資成本低等優(yōu)點(diǎn)。

4.6 土工膜防滲

土工膜防滲需要用到鏈條開(kāi)槽機(jī)完成開(kāi)槽操作，并在垂直方向鋪設(shè)土工膜防滲，通常情況下，所用原材料多為所料類，尤其是聚氯乙烯膜（PVC）與聚乙烯膜（PE）的應(yīng)用最為廣泛。在施工過(guò)程中，需要將開(kāi)槽寬度控制在0.17～0.3m 的范圍內(nèi)，且開(kāi)槽深度不能超過(guò)12m。相較于黏土、混凝土、鋼材等傳統(tǒng)材料而言，土工膜是重要的大壩防滲構(gòu)件，有著廣闊的發(fā)展前景。該項(xiàng)防滲技術(shù)主要應(yīng)用于砂性土地基，具備高度的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、便捷性與防水性，且適應(yīng)變形的能力較強(qiáng)。

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，大量的新型技術(shù)、工藝與材料得到了廣泛普及，土石壩防滲技術(shù)也處于不斷的創(chuàng)新與完善的過(guò)程中。對(duì)于上述所提到各項(xiàng)防滲施工技術(shù)而言，其應(yīng)用與發(fā)展都在一定程度上促進(jìn)了水利工程所發(fā)揮效用的最大化，有利于水利建設(shè)領(lǐng)域的健康可持續(xù)發(fā)展。