淺議水利工程施工中堤壩防滲加固技術(shù)的應(yīng)用

摘要：水利工程已經(jīng)成為促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要工程項(xiàng)目，堤壩為其重要的組成部分，長(zhǎng)期處于惡劣的工作環(huán)境下容易發(fā)生滲漏情形，導(dǎo)致整個(gè)水利工程穩(wěn)定性下降，甚至引發(fā)嚴(yán)重的事故，所以對(duì)其進(jìn)行防滲加固尤為重要。本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有研究進(jìn)行深入分析，從水利工程施工中堤壩防滲加固技術(shù)類(lèi)型、優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件進(jìn)行總結(jié)，以為不同地區(qū)水利工程施工中堤壩防滲加固技術(shù)的合理使用提供幫助。

關(guān)鍵詞：水利工程;堤壩;防滲加固技術(shù)

一、前言

我國(guó)幅員遼闊，水力資源豐富，對(duì)于促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起到重要的推動(dòng)作用。然而，受制于歷史、技術(shù)等因素影響，我國(guó)興修的水利工程中普遍存在眾多的安全隱患，如防洪標(biāo)準(zhǔn)低、滲透穩(wěn)定性差、壩體老化等，給水利工程的平穩(wěn)運(yùn)行以及周邊人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了嚴(yán)重不利影響[1]。自從改革開(kāi)放之后，我國(guó)陸續(xù)研發(fā)和引進(jìn)了十?dāng)?shù)種堤壩防滲加固技術(shù)，為消除堤壩安全隱患提供了強(qiáng)有力的幫助。近些年來(lái)隨著技術(shù)及工藝的快速發(fā)展，堤壩防滲加固技術(shù)不斷推陳出新，但每種技術(shù)均有著各自的優(yōu)勢(shì)及不足，要想合理使用就必須全面掌握各個(gè)技術(shù)的具體內(nèi)容。因此，梳理并總結(jié)目前應(yīng)用的水利工程施工中堤壩防滲加固技術(shù)對(duì)于指導(dǎo)今后工作而言具有重要意義。

二、水利工程施工中常用的堤壩防滲加固技術(shù)

（一）高壓噴射灌漿防滲技術(shù)

高壓噴射灌漿防滲技術(shù)最早誕生于日本，于20世紀(jì)70年代初引入我國(guó)，目前最先進(jìn)的施工技術(shù)為挖掘-混合-噴射灌漿連續(xù)施工法，該技術(shù)是在原有靜壓灌漿基礎(chǔ)上融入水力采煤技術(shù)后衍生出來(lái)的一種施工技術(shù)，借助射流作用改變堤壩所處地層的結(jié)構(gòu)后灌入水泥漿或者是復(fù)合漿促使其內(nèi)部形成凝結(jié)體，實(shí)現(xiàn)加固堤壩以及防滲透的目的[2]。當(dāng)前根據(jù)采用的高壓噴射灌漿方法可以分為以下幾種：

1. 單管法（Chemical Churning Pile，CCP）

該方法依托于高壓泥漿泵，于施工過(guò)程中以30MPa的壓力將水泥漿噴射而出，形成的水泥漿射流在沖擊力作用下破壞原有組織結(jié)構(gòu)，在灌漿管提升或者是旋轉(zhuǎn)作用下促使水泥漿能夠與崩落的土粒向混合，摻攪之后形成穩(wěn)定性高的凝膠體。單管法的優(yōu)勢(shì)在于水灰比容易控制，能源利用率高，尤為適用淤泥以及流砂等地層結(jié)構(gòu)的壩體加固防滲施工中。但該方法的不足之處在于嚴(yán)重依賴(lài)高壓泥漿泵，最終形成凝膠體無(wú)論是樁徑還是延伸長(zhǎng)度均相對(duì)較小。

2. 二管法（Jumbo Special Grout，JSG）

利用雙通道注漿管在堤壩底部同軸雙重噴射出高壓水泥漿以及空氣，在二者共同作用下促使破壞面積進(jìn)一步擴(kuò)大，形成樁徑或者是延伸長(zhǎng)度更長(zhǎng)的凝膠體。該方法的優(yōu)勢(shì)在于相同壓力下高壓水泥漿以及空氣兩種介質(zhì)能夠相互協(xié)作，提高加固防滲效果，但不足之處在于僅適用于軟土層。

3. 三管法（Columu Jet Pile，CJP）

該方法是通過(guò)三個(gè)通道直接輸送高壓水泥漿、空氣、清水不同介質(zhì)，在超高壓（30MPa～60MPa）作用下對(duì)土體進(jìn)行沖切，再通過(guò)其他泥漿泵向其中注入稠漿以形成凝膠體的目的。三管法的優(yōu)勢(shì)在于施工機(jī)械損耗小，噴射壓力高，最終形成的凝膠體更大，主要用于軟土地基以及含有砂土的地層加固防滲漏。

4. 多管法（Super Soil Stabilization-Management，SSS-MAN）

在實(shí)施過(guò)程中首先在地表面鉆一個(gè)倒空，由此置入多重管，借助向下運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的超高壓射流破壞四周土體結(jié)構(gòu)，高壓水沖切崩解的土石，再借助真空泵將形成的泥漿由多重管之中抽出以形成內(nèi)部空間巨大的操作空間，噴嘴附近的超聲波傳感器采集到相應(yīng)數(shù)據(jù)信息后根據(jù)工程所需將水泥漿、砂漿、礫石等材料充分混勻后充填此空間，于地層之中澆灌出大直徑的固結(jié)體[3]。

由于不同地區(qū)的氣候、水文、地層條件存在著較大的差異性，所以水利工程施工中高壓噴射灌漿防滲技術(shù)需要結(jié)合實(shí)際情況合理選用，以獲得最佳的加固防滲透效果。但是，無(wú)論是哪種施工方法，壓力以及水量均對(duì)最終形成的凝膠體/凝結(jié)體[延伸長(zhǎng)（cm）/有效長(zhǎng)（cm）]產(chǎn)生相同的影響，具體見(jiàn)表1。

（二）振動(dòng)沉模防滲板墻技術(shù)

振動(dòng)沉模防滲板墻技術(shù)是一項(xiàng)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)且處于世界先進(jìn)水平的加固防滲技術(shù)，誕生于20世紀(jì)90年代末并獲得五項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利。在施工過(guò)程中該技術(shù)通過(guò)振動(dòng)機(jī)械原理、振動(dòng)沉模原理得以實(shí)現(xiàn)，具體內(nèi)容如下：

1. 振動(dòng)機(jī)械原理

振動(dòng)沉模防滲板墻技術(shù)以振動(dòng)錘作為動(dòng)力設(shè)備，兩根軸上各配置一個(gè)偏心塊，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后牽引偏心塊形成偏心，雙軸同向同速運(yùn)動(dòng)時(shí)橫向的偏心理被抵消，在豎向運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)形成激振力，促使其形成垂直方向的往復(fù)高頻震動(dòng)，沖擊動(dòng)量直接作用于空腹模板并促使其迅速沉降至地層。

2. 振動(dòng)沉模原理

空腹模板在被沉入地層之后啟動(dòng)灌漿設(shè)備向其注入水泥漿，當(dāng)振動(dòng)模板在牽拉力作用下向上提時(shí)水泥漿就會(huì)在重力自然作用下由模板底端迅速填滿因上提而形成的空間。由于振動(dòng)沉模防滲板墻技術(shù)中模板上提、注漿同步完成，空腹模板給形成的防護(hù)墻提供了良好的防護(hù)作用，所以并不會(huì)存在防護(hù)墻壁坍塌情形，加之空腹模板底部含有多個(gè)槽孔，地層內(nèi)部存在的洞穴、廢棄管道、滲水點(diǎn)等均會(huì)被高壓水泥漿灌滿，使得整個(gè)加固防滲效果得到了有效地提升[4]?？崭鼓０逶诔两狄约吧咸徇^(guò)程中振動(dòng)錘源源不斷的施加壓力，與重力共同作用于灌注的水泥漿，內(nèi)部空間被進(jìn)一步壓縮，形成的板墻厚度均勻，密閉性好，防滲透效果更佳。

（三）其他堤壩防滲加固技術(shù)

除了前述兩種國(guó)內(nèi)外常用的堤壩防滲加固技術(shù)外，劈裂帷幕灌漿技術(shù)、土工膜防滲技術(shù)、級(jí)配料灌漿技術(shù)、混凝土防滲墻技術(shù)亦在水利工程施工中較為常用。

1. 劈裂帷幕灌漿技術(shù)

該技術(shù)同樣是我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的一項(xiàng)施工技術(shù)，沿著水利工程的堤壩的軸線均勻分布灌漿孔，充分結(jié)合壩體應(yīng)力規(guī)律之下借助高壓水泥漿的壓力將壩體按照軸線方向劈開(kāi)，形成的兩側(cè)壩體之中形成一定的空間，將水泥漿注入其中，促使其形成一道豎直的、連續(xù)性的防滲帷幕，以解決水利工程中壩體滲透穩(wěn)定性差的問(wèn)題[5]。此外高壓水泥漿注入期間壩體內(nèi)部存在的應(yīng)力不足位置將會(huì)被其充分灌注，從而促使堤壩重新維持應(yīng)力平衡狀態(tài)，提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。但是，需要注意的是，不同地區(qū)的水利工程堤壩破壞原因不宜，并且堤壩整體結(jié)構(gòu)亦不盡相同，所以在防滲加固技術(shù)實(shí)施前需要開(kāi)展灌漿試驗(yàn)，準(zhǔn)確總結(jié)堤壩破壞的原因以及明確地層物理力學(xué)性質(zhì)等信息，以便于確定最佳的灌漿方案。

2. 土工膜防滲技術(shù)

該技術(shù)是近些年來(lái)隨著材料技術(shù)、工程施工工藝快速發(fā)展下形成的全新技術(shù)，主要用于堤壩的防滲斜墻、垂直防滲墻、水平防滲鋪蓋（透水地基上的堤壩）等防滲加固工作中。在施工過(guò)程中首先需要在堤壩垂直方向鉆出槽孔，之后將與槽孔深度相一致的整卷土工膜沉降至槽孔內(nèi)，倒轉(zhuǎn)土工膜軸卷促使其充分展開(kāi)后于兩側(cè)相鄰之間采用搭接的方式相互連接，最后于土工膜兩側(cè)填充混凝土即可以形成防滲帷幕。由于土工膜防滲技術(shù)形成的防滲帷幕質(zhì)量與使用到土工膜密切相關(guān)，所以我國(guó)現(xiàn)行的《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》要求土石堤壩所使用的土工膜厚度需>0.5mm;重要工程或者是關(guān)鍵部位結(jié)合實(shí)際情況適當(dāng)加厚;次要部位或者是次要工程最小厚度不得低于0.3mm[6]。

3. 級(jí)配料灌漿技術(shù)

該技術(shù)主要用于喀斯特地貌、斷層地帶、存在大裂隙的地區(qū)水利工程堤壩防滲加固。首先根據(jù)防滲加固所需配比水分、砂石等骨料，形成的混合泥漿借助壓力泵直接灌入堤壩內(nèi)部，在壓力以及重力雙重作用下填補(bǔ)堤壩內(nèi)部存在的縫隙以及空洞，形成一個(gè)密實(shí)的凝固體[7]。由于我國(guó)南方多丘陵地區(qū)，西南地區(qū)水力資源豐富但亦屬于喀斯特地貌，所以該技術(shù)的涌現(xiàn)給該地區(qū)水利工程堤壩防滲加固提供了強(qiáng)大的助力，級(jí)配料灌漿技術(shù)的具體流程見(jiàn)圖1。

4. 混凝土防滲墻技術(shù)

該技術(shù)誕生于20世紀(jì)50年代初，至今已經(jīng)有60余年發(fā)展歷史，而隨著機(jī)械設(shè)備以及施工工藝的進(jìn)步，混凝土防滲墻技術(shù)的實(shí)用性得到了顯著地提升。在實(shí)際施工中混凝土防滲墻技術(shù)利用專(zhuān)門(mén)的造槽機(jī)械于壩體表面進(jìn)行鉆孔，利用泥漿灌注于槽孔之中形成的壓力防治堤壩內(nèi)部結(jié)構(gòu)坍塌，再利用混凝土將泥漿置換出來(lái)，形成由混凝土構(gòu)成的墻體[8]。

三、水利工程施工中常用的堤壩防滲加固技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件

以上堤壩防滲加固技術(shù)在目前國(guó)內(nèi)外水利工程中較為常用，各自均具有一定的優(yōu)勢(shì)，但又存在著一定的不足之處，所以總結(jié)常用防滲加固技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用條件對(duì)于指導(dǎo)水利工程堤壩防滲加固工作而言具有重要意義。本文圍繞現(xiàn)階段我國(guó)水利工程中常用的高壓噴射灌漿防滲技術(shù)、振動(dòng)沉模防滲板墻技術(shù)、劈裂帷幕灌漿技術(shù)、土工膜防滲技術(shù)4種技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，具體內(nèi)容見(jiàn)表2。

四、小結(jié)

水利工程是一項(xiàng)惠及當(dāng)代、造福子孫的工程，但堤壩長(zhǎng)時(shí)間受到水流沖擊以及施工技術(shù)等因素影響，存在較大的安全隱患，所以對(duì)堤壩進(jìn)行防滲加固尤為重要。目前常用的防滲加固技術(shù)包括高壓噴射灌漿防滲技術(shù)、振動(dòng)沉模防滲板墻技術(shù)、其他堤壩防滲加固技術(shù)（劈裂帷幕灌漿技術(shù)、土工膜防滲技術(shù)、級(jí)配料灌漿技術(shù)、混凝土防滲墻技術(shù)）等。本文在選取目前國(guó)內(nèi)常用的堤壩防滲加固技術(shù)后，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)以及適用條件進(jìn)行總結(jié)，對(duì)于堤壩防滲加固技術(shù)的合理使用能夠起到良好的指導(dǎo)作用。

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通訊作者：趙青松，1985年5月，男，漢族，安徽淮北人，現(xiàn)任太和縣津達(dá)水利工程有限公司經(jīng)理，工程師，大學(xué)專(zhuān)科。研究方向：水利工程施工。