淺談水利工程管理中的堤壩防滲加固

劉 曉 劉 帥 陶書勇

（德州黃河建業(yè)工程有限責(zé)任公司，山東 德州 251100）

1 不良土質(zhì)及水利工程堤壩運(yùn)行可能出現(xiàn)的問(wèn)題

1.1 不良土質(zhì)及其帶來(lái)的問(wèn)題

不良土質(zhì)主要包括三種，首先是淤泥質(zhì)土，這種土質(zhì)屬于一種黏性土，有機(jī)質(zhì)的含量比較高且其天然含水率高于液限。根據(jù)土質(zhì)沉積環(huán)境的不同，我們通常將其分為四類，包括沼澤沉積、濱海沉積、湖泊沉積和河灘沉積；其次是靈敏性軟土，這種土質(zhì)的形成主要是因?yàn)橛倌嗷蛘哂倌噘|(zhì)土中的膠粒在靜置一定的時(shí)間后會(huì)形成凝膠體，且具有一定的承載力，但是一旦其靜置的狀態(tài)受到擾動(dòng)，就會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)液化和膠結(jié)力喪失的情況，直接影響土質(zhì)的承載力，我們將這種現(xiàn)象稱為觸變。堤壩的建設(shè)管理過(guò)程中的打樁、鉆孔、強(qiáng)震、爆破以及一些重載車輛的通行等等都有可能造成靈敏性軟土的觸變，使其承載能力受到不同程度的影響；最后是飽和粉細(xì)砂，這種土質(zhì)屬于非塑性土，具有抗剪強(qiáng)度高、壓縮系數(shù)小的特點(diǎn)。當(dāng)出現(xiàn)反復(fù)振動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生液化的現(xiàn)象，同時(shí)出現(xiàn)孔隙水壓上升，有效應(yīng)力下降的現(xiàn)象，一旦其孔隙水壓超過(guò)其上覆土層壓力，就會(huì)出現(xiàn)噴砂的現(xiàn)象，使得土質(zhì)的抗剪強(qiáng)度喪失。[1]倘若土石壩的地基發(fā)生液化、噴砂的現(xiàn)象，則會(huì)導(dǎo)致堤壩出現(xiàn)裂縫、甚至塌陷。

1.2 水利工程堤壩運(yùn)行可能出現(xiàn)的問(wèn)題

水利工程堤壩的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程會(huì)受到各種因素的影響，例如水流的沖刷以及侵襲、地基的下沉以及塌陷等，進(jìn)而導(dǎo)致一系列問(wèn)題的產(chǎn)生，例如滑坡、開(kāi)裂、滲透等等，在這些問(wèn)題之中，滲透是最常見(jiàn)的，同時(shí)也是破壞力最強(qiáng)的形式。堤壩滲透的破壞力主要有以下幾種不同的變現(xiàn)形式：集中滲透、接觸沖刷、流土和管涌等。堤壩滲透還會(huì)引發(fā)一系列的險(xiǎn)情，主要分為兩種，第一種是堤壩自身的險(xiǎn)情，修建堤壩所需的材料選用的不恰當(dāng)，會(huì)使得堤壩在使用的過(guò)程中因滲透出現(xiàn)空洞和裂縫的現(xiàn)象；第二種是堤壩和基礎(chǔ)的接觸部分的險(xiǎn)情，清基工作處理的不徹底，導(dǎo)致堤壩和基礎(chǔ)接觸部分的物質(zhì)混雜在一起，影響了連接的牢固性，在滲透的作用下，影響堤壩的安全使用。

2 水利工程堤壩防滲加固技術(shù)措施

上面我們分析了土質(zhì)以及堤壩運(yùn)行可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，得出滲透是堤壩破壞最強(qiáng)的形式，因此我們要在充分考慮堤壩本身特點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，選擇一種科學(xué)有效的方法對(duì)堤壩進(jìn)行防滲加固處理。近些年來(lái)隨著一些合成材料的出現(xiàn)，使用和普及，堤壩的防滲加固技術(shù)也是得到了很大的進(jìn)步，以下我們將對(duì)幾種常用的堤壩防滲加固技術(shù)進(jìn)行分析。

2.1 低壓速凝式灌漿

低壓速凝式灌漿主要應(yīng)用于管涌現(xiàn)象的加固過(guò)程，首先選擇合適的鉆機(jī)在適應(yīng)高危水位的情況下進(jìn)行鉆孔，并且在孔內(nèi)注入一些遇水就會(huì)發(fā)生膨脹的材料，例如黃豆。[2]在加入膨脹類的物質(zhì)后，將鉆孔的壓力控制在49 千帕以內(nèi)，緊接著緩慢地加入水泥漿，要求水泥漿內(nèi)加入了速凝劑，這樣就能夠很好的對(duì)管涌位置進(jìn)行搶險(xiǎn)加固。加入浸水膨脹類的物質(zhì)是為了增加一定的阻力，降低管涌?jī)?nèi)部的水流速度，這樣一來(lái)再加入水泥漿就能夠避免水壓過(guò)大而將水泥漿沖出，水泥漿中加入了速凝劑是為了保證水泥漿的凝結(jié)速度，以達(dá)到迅速堵塞管涌的目的。由此可見(jiàn)低壓速凝式灌漿針對(duì)管涌形式的滲透具有較好的控制效果。

2.2 高壓填充式灌漿

高壓填充式灌漿主要應(yīng)用于堤壩基礎(chǔ)的防滲加固過(guò)程，還有一些堤壩溶洞和蟻穴的填充，首先選擇合適的鉆機(jī)在需要進(jìn)行灌注的位置頂部進(jìn)行打孔，打孔機(jī)一般選擇50 型的工程鉆機(jī)，孔距范圍1.5 米－2.0 米，打孔深度以礫石層2 米為最佳。然后進(jìn)行高壓填充式灌漿，灌漿的壓力控制在127.4 千帕－166.6 千帕，灌漿用的套管下到填土層中，進(jìn)行砂礫層的灌漿，并逐步提升到填土層。在最后用黃泥漿進(jìn)行封孔，如此完成高壓填充式灌漿。[3]需要注意的是，蟻穴和溶洞的處理過(guò)程需要加入布孔的步驟，并在其中灌入水泥漿，形成包圍的形式，然后再進(jìn)行填充。

2.3 帷幕灌漿

帷幕灌漿的方式主要通過(guò)將配置好的漿液經(jīng)鉆孔灌入到巖層的縫隙中，當(dāng)漿液凝固變硬后就會(huì)與巖石結(jié)合在一起，改善堤壩的滲透問(wèn)題。帷幕灌漿常用的是孔口封閉灌漿法，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新型材料的出現(xiàn)，逐漸出現(xiàn)了一些高效率的灌漿方法，例如CIN 灌漿法，并在實(shí)踐中得到了應(yīng)用與推廣。CIN 灌漿法以水利工程中實(shí)際的巖體地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，保證了帷幕灌漿的分布合理性，其應(yīng)用效果十分好。劈裂式灌漿法能夠同時(shí)對(duì)堤壩進(jìn)行加固哥防滲防漏，其具體的操作如下，首先結(jié)合堤壩的實(shí)際情況，利用鉆機(jī)在堤壩的軸線上進(jìn)行布孔，布孔的方式包括直線布孔和梅花形布孔兩種，孔距保持在3 米左右，鉆孔的位置選擇在距離頂部1.5 米的堤壩外肩上，其深度根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行決定，標(biāo)準(zhǔn)是保證穿透堤身的填土層，進(jìn)入到基礎(chǔ)的一兩公分左右。

2.4 攪拌樁防滲墻

攪拌樁防滲墻具有設(shè)備輕便、施工簡(jiǎn)單且工程造價(jià)低的特點(diǎn)，適用于沙土層和砂礫層的防滲加固的施工中。首先利用深層攪拌機(jī)將水泥漿和土體進(jìn)行攪拌，使得水泥漿和土體充分的混合在一起，在混合的過(guò)程中會(huì)發(fā)生一系列的物化反應(yīng)，形成防滲墻體。這種防滲墻體的厚度保持在25 厘米－30 厘米之間，就能夠保證15 米的深度范圍，并且能夠保證其完整性。簡(jiǎn)單的施工過(guò)程、輕便的施工工具、低廉的工程造價(jià)都使得攪拌樁防滲墻取得更為廣泛的應(yīng)用。

3 塑性混凝土防滲墻技術(shù)及其施工流程

3.1 塑性混凝土防滲墻技術(shù)

3.1.1 防滲技術(shù)對(duì)比

我國(guó)水利工程的數(shù)量很多，因此涉及到各種不同的地質(zhì)，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)各種不同的滲透危害，因此應(yīng)用于水利工程的防滲技術(shù)有很多，以下將對(duì)其中的三種技術(shù)進(jìn)行對(duì)比。深層攪拌技術(shù)具有施工快、成本低的特點(diǎn)，主要應(yīng)用于細(xì)顆粒地層。[4]高壓噴射灌漿技術(shù)具有施工速度快，使用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，但是其成墻質(zhì)量不易控制，且造價(jià)昂貴。塑性混凝土防滲墻具有較強(qiáng)的地層適應(yīng)性，混凝土材料具有成本低的特點(diǎn)，因此逐漸大量地應(yīng)用于堤壩的防滲加固的工程之中。

3.1.2 塑性混凝土防滲墻

塑性混凝土防滲墻在設(shè)計(jì)好深度的基礎(chǔ)上，對(duì)土體進(jìn)行挖空作業(yè)，并進(jìn)行混凝土的澆筑，形成墻段，墻段之間再采用套管接頭的方法進(jìn)行連接，最終形成連續(xù)的防滲墻。這種技術(shù)具有明確的工序安排，質(zhì)量的控制有保證，混凝土的原材料有水泥、黏土、砂石骨料和一些外加劑等等，水泥要求選用礦渣大壩水泥和礦渣硅酸鹽水泥，其出廠不超90 天的新產(chǎn)品。砂石骨料有兩種：一種是粗骨料，最好選用天然碎石；另一種是細(xì)骨料，主要是砂，但是要注意砂的形狀和淤泥的含量。外加劑主要包括減水劑和膨脹劑等等，其添加要在精確計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行，要保證配比的科學(xué)性和合理性。

3.2 塑性混凝土防滲墻施工流程

塑性混凝土防滲墻施工的流程主要分為六個(gè)步驟：（1）抓孔成槽，利用抓斗式挖掘機(jī)對(duì)堤壩進(jìn)行開(kāi)孔作業(yè)，在這個(gè)過(guò)程中眼保證防滲墻的軸線方向，還需要保證孔形的完整，防止孔口的坍塌。如果在挖孔的過(guò)程中出現(xiàn)了孔斜現(xiàn)象，要及時(shí)地進(jìn)行原因的分析并盡快解決。最重要的是要注意孔底的淤泥現(xiàn)象，在混凝土澆筑之前要將淤泥清理干凈，才能夠保證工程的防滲性。（2）泥漿固壁，挖孔結(jié)束后要及時(shí)地對(duì)孔洞進(jìn)行泥漿固壁處理，這樣能夠有效地減少孔壁坍塌的現(xiàn)象發(fā)生，提高孔壁的穩(wěn)定性。泥漿會(huì)在孔壁形成一層不透水的水泥皮，加強(qiáng)其防滲性。泥漿的原材料包括膨潤(rùn)土、水和泥漿處理劑，且這些材料都被良好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性。（3）配合比例，塑性混凝土的配合比例是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)得來(lái)的，它既要保持高強(qiáng)度和剛度，還要降低其變形模量。合理的配比為：水膠比1.25、砂率50%、外加劑摻量0.25、每立方米用量水泥150 千克、膨潤(rùn)土60 千克、水252 千克、砂880 千克、石860 千克。（4）墻段連接，利用接頭管法進(jìn)行各個(gè)墻段之間的連接，其優(yōu)勢(shì)在于減少了材料的用量，操作簡(jiǎn)單，且作業(yè)難度小，同時(shí)槽孔表面的泥皮容易清理，但是也會(huì)因?yàn)闀r(shí)間掌控不好而導(dǎo)致堵管和塌落地現(xiàn)象。（5）澆筑施工，在這個(gè)過(guò)程中，要保證機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，且有備用攪拌機(jī)，同時(shí)還要保證材料的安全。（6）質(zhì)量控制貫穿整個(gè)施工的過(guò)程，想要做好防滲加固工作就要全程進(jìn)行質(zhì)量控制。[5]

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水利工程管理中堤壩防滲加固處理非常重要，尤其是我國(guó)水利工程眾多，因此提高水利工程堤壩防滲加固技術(shù)對(duì)我國(guó)水利工程的管理具有十分重要的意義。