水利工程堤壩防滲加固施工技術(shù)

馬小甜 塔城地區(qū)水利水電勘察設(shè)計院

1.水利工程堤壩滲漏的主要原因

1.1 材料缺陷

當(dāng)前很多水利工程選擇建設(shè)土石壩式堤壩，這類堤壩結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能較為優(yōu)異，具有適用范圍廣、穩(wěn)定性能好、成本低廉等優(yōu)勢，符合施工標(biāo)準(zhǔn)。但是，隨著時間推移，堤壩結(jié)構(gòu)持續(xù)受到水流沖刷作用力影響，致使巖石內(nèi)部顆粒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生程度不一的變化，逐漸加劇巖石結(jié)構(gòu)破壞程度，堤壩結(jié)構(gòu)性能持續(xù)下滑。如此，在巖石結(jié)構(gòu)性能下滑幅度過大，或是遭遇較強水流時，容易出現(xiàn)堤壩滲漏問題，并在問題嚴(yán)重時引發(fā)壩體塌陷等安全事故。同時，使用劣質(zhì)材料，也會提高堤壩滲漏問題的出現(xiàn)概率，如使用的填料內(nèi)混入腐殖土等雜質(zhì)，或土塊未得到完全粉碎處理便投入使用。

1.2 結(jié)構(gòu)變形

與普通建筑工程相比，水利工程所處運行環(huán)境較為特殊，堤壩結(jié)構(gòu)底部長時間浸泡在水體中，受到水面上下溫度差、環(huán)境濕度與不同應(yīng)力的影響，隨著時間推移，壩體結(jié)構(gòu)將會出現(xiàn)自身形變現(xiàn)象，在形變量超過一定程度后導(dǎo)致堤壩結(jié)構(gòu)扭曲變形，破壞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與抗?jié)B性能。因此，在水利堤壩工程施工及使用期間，不但需要采取防滲加固技術(shù)措施，還需要持續(xù)對堤壩形變量進(jìn)行觀測。

1.3 技術(shù)缺陷

在部分水利工程中，由于堤壩方案存在技術(shù)性問題有待解決，或是出現(xiàn)錯誤施工與違章操作等不規(guī)范行為，導(dǎo)致所建設(shè)堤壩結(jié)構(gòu)質(zhì)量與預(yù)期施工要求產(chǎn)生出入，并未達(dá)到工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。如此，在水利工程使用期間，受到復(fù)雜運行環(huán)境與水流沖刷作用影響，可能出現(xiàn)堤壩滲漏與結(jié)構(gòu)開裂等質(zhì)量通病。例如，在某水利工程中，施工人員并未嚴(yán)格按照設(shè)計方案開展分段施工與接頭處理作業(yè)，導(dǎo)致堤壩結(jié)構(gòu)層與防水層分層，在堤壩使用期間出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

2.水利工程中堤壩防滲加固技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 灌漿防滲技術(shù)

2.2.1 劈裂式帷幕灌漿

劈裂式帷幕灌漿主要被用于防滲加固堤壩壩身部位，在堤壩防滲加固施工期間，由于堤壩壩身并非為一條直線，需要使用鉆機設(shè)備在壩身上鉆設(shè)若干數(shù)量孔洞，將孔洞以梅花形或是直線形進(jìn)行排列，并將堤外肩部位與臨近孔洞間距保持在1-1.5m范圍內(nèi)，將相鄰孔洞間距保持在2.5-3m內(nèi)。隨后，遵循從下到上順序開展灌漿作業(yè)，采取少量灌漿與多次灌漿方式，保持各次灌漿量基本相同，向所鉆設(shè)孔洞內(nèi)灌注適量漿液，并隨著灌漿進(jìn)程的推進(jìn)不斷提高漿液粘稠度。最后，在所灌注漿液凝結(jié)硬化后，即可在堤壩結(jié)構(gòu)中形成帷幕結(jié)構(gòu)，填補堤壩結(jié)構(gòu)中分布的孔隙裂縫，改善結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與整體性能，實現(xiàn)防滲加固施工目的。此外，在劈裂帷幕灌漿施工過程中，常出現(xiàn)局部鼓包、串漿與冒漿等技術(shù)問題，需要持續(xù)對堤壩內(nèi)灌漿情況進(jìn)行觀測，及時發(fā)現(xiàn)并處理此類技術(shù)性問題。

2.2.2 灌漿加固

在應(yīng)用灌漿加固技術(shù)時，施工人員可以直接在堤壩上游面鑿設(shè)孔洞，選擇傾斜鑿孔或是水平鑿孔，并向孔洞內(nèi)埋設(shè)注漿管，使用注漿機持續(xù)向孔內(nèi)灌注漿液，在孔口溢出漿液，沒有持續(xù)冒出氣泡后，即可停止注漿，使用高標(biāo)號水泥與防水材料混合進(jìn)行勾縫，待漿液凝結(jié)硬化后完成防滲加固作業(yè)。與劈裂帷幕灌漿和低壓速凝灌漿等技術(shù)相比，灌漿加固技術(shù)具有操作簡單、施工成本低與見效快的優(yōu)勢，但是，灌漿加固技術(shù)應(yīng)用條件較為嚴(yán)格，主要被用于加固壩體穩(wěn)固性較佳的漿砌石重力壩。

2.2.3 高壓填充灌漿

高壓填充灌漿技術(shù)主要被用于加固堤壩地基結(jié)構(gòu)與堤壩上面溶洞，使用鉆井設(shè)備在堤壩頂端鉆設(shè)孔洞，將相鄰孔洞間距保持在1.5m-2m，要求孔底通過基礎(chǔ)病層到達(dá)礫石層。向孔內(nèi)灌注適量水泥漿液，緩慢提升至土層，再使用黃泥漿進(jìn)行封孔。同時，也可選擇直接在灌漿區(qū)域鉆設(shè)孔洞，向孔內(nèi)高壓注入水泥漿液，確保漿液可以延伸擴(kuò)散至溶洞深層，完全填充溶洞內(nèi)的孔隙裂縫。

2.2.4 低壓速凝灌漿

低壓速凝灌漿技術(shù)主要被用于堵塞高風(fēng)險水位下的搶險管涌部位，在實際施工中，技術(shù)人員檢查堤壩基部是否分布粘土層或是砂礫層，根據(jù)地質(zhì)情況與管涌部位選擇使用50型鉆機或30型鉆機進(jìn)行鉆孔，向孔內(nèi)注入適量的遇水膨脹的物質(zhì)，確定孔內(nèi)壓力不超過49kPa后，向孔內(nèi)緩慢倒入水泥漿液，并加入速凝劑等材料。如此，由于孔內(nèi)分布著遇水膨脹的物質(zhì)，將在管涌內(nèi)形成較大阻力，減小管涌水流速度，確保所灌注水泥漿可以在管涌內(nèi)凝結(jié)硬化，起到堵塞管涌的作用。

3.防滲墻技術(shù)

3.1 自凝灰漿防滲墻

自凝灰漿防滲墻是在塑形混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上演變形成的一項堤壩防滲加固技術(shù)，向水泥材料中添加適量的膨潤土等緩凝材料攪拌為自凝灰漿，將其作為造孔的固壁泥漿。由于自凝灰漿的初凝時間較長，并不會在堤壩防滲加固施工期間直接凝固，而是隨著時間推移而逐漸凝結(jié)，在項目完成后自動凝結(jié)形成防滲墻體，起到堤壩防滲補強作用。

3.2 高壓噴射防滲墻

高壓噴射防滲墻技術(shù)是采取高壓射流方式，自高壓噴嘴向堤壩滲漏部位噴射水泥漿液，水泥漿在壓力作用下，沖擊擾動壩基覆蓋層，并將泥漿灌入堤壩根基內(nèi)。同時，在壓力作用下，水泥漿與壩基內(nèi)的砂礫及土體混合攪拌，在凝結(jié)硬化后形成一道防滲墻體，起到止水滲透的作用。

3.3 水泥攪拌樁法

在應(yīng)用水泥攪拌樁法時，施工人員使用攪拌機，向土體中噴入適量水泥漿，將其充分?jǐn)嚢瑁跀嚢杵陂g，水泥漿與土體產(chǎn)生水解等一系列化學(xué)反應(yīng)，最終凝結(jié)硬化形成防滲墻體。在水利堤壩工程中，該項技術(shù)主要被用于填充土質(zhì)地基或砂礫，具有墻體完整度高、施工成本低廉、防滲效果好的技術(shù)優(yōu)勢。

3.4 帷幕灌漿

在應(yīng)用帷幕灌漿防滲墻技術(shù)時，按特定混合比制備具有良好膠凝性及流動性的漿液，開展鉆孔作業(yè)，向孔內(nèi)持續(xù)壓灌漿液，漿液在壓力作用下滲透至裂縫孔隙深層，在膠結(jié)硬化后形成防滲帷幕墻體，提高巖基強度，改善巖基抗?jié)B性能與整體性能。當(dāng)前在水利堤壩工程中，常用的帷幕灌漿防滲墻技術(shù)包括GIN灌漿法、孔口封閉灌漿法、上純壓式灌漿法等。

4.滲漏涌水處理技術(shù)

4.1 導(dǎo)管注漿

導(dǎo)管注漿技術(shù)主要被用于處理局部滲漏的堤壩結(jié)構(gòu)，使用注漿管等工具設(shè)備，在預(yù)定位置中注入一定數(shù)量的高聚物注漿材料，在滿足特定條件下，注漿材料產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象，有效填充土體孔隙與接觸縫隙，最終形成整體性的堤壩防滲體系。

4.2 膜袋注漿

在應(yīng)用膜袋注漿技術(shù)時，憑借膜袋膨脹作用，向膜袋內(nèi)注入適量的注漿材料，材料在膜袋內(nèi)產(chǎn)生膨脹反應(yīng)，隨后，在堤壩管涌入口部位中設(shè)置膜袋，由于膜袋內(nèi)填充有膨脹狀態(tài)的注漿材料，將起到封堵堤壩管涌通道、減小管涌水流速度的作用，以此實現(xiàn)堤壩防滲加固施工目的。與其它防滲加固技術(shù)相比，膜袋注漿技術(shù)具有見效快的優(yōu)勢，可以在短時間內(nèi)發(fā)揮管涌封堵與堤壩防滲作用。

5.結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代水利工程建設(shè)使用期間，施工單位需要深入了解水利堤壩滲流問題的產(chǎn)生原因，合理采用以上堤壩防滲加固技術(shù)，科學(xué)制定防滲加固技術(shù)方案，充分發(fā)揮堤壩使用功能，有效提高堤壩結(jié)構(gòu)抗?jié)B性能與穩(wěn)定性能，保證水利堤壩工程建設(shè)質(zhì)量。