土石壩及堤防地基防滲加固工程技術(shù)與應(yīng)用分析

劉永磊

中核第四研究設(shè)計(jì)工程有限公司 河北 石家莊 050000

在土石壩及堤防工程中，滲流與滲透破壞是較為常見(jiàn)的施工質(zhì)量問(wèn)題。這些問(wèn)題得不到強(qiáng)有力的解決，會(huì)直接影響到堤防工程汛期度汛成效。且在現(xiàn)實(shí)中，多數(shù)堤防出險(xiǎn)均因滲流與滲透破壞導(dǎo)致。比如常見(jiàn)的管涌、漏洞與滑坡等。因土石壩及堤防地基具有復(fù)雜性、專(zhuān)業(yè)性等特點(diǎn)，在選用堤防地基防滲加固工程技術(shù)時(shí)，施工團(tuán)隊(duì)需要從整體角度出發(fā)，科學(xué)合理選用施工技術(shù)，進(jìn)而從整體上提供施工成效。

1 土石壩及堤防地基防滲作用

1.1 土石壩防滲作用

土石壩的基本剖面為梯形，多由壩頂構(gòu)造、防滲體、上下游壩坡、壩體排水、地基處理等多個(gè)部分構(gòu)造而成。為了從整體上提高防滲性能，土石壩在建設(shè)過(guò)程中，建設(shè)單位會(huì)設(shè)置科學(xué)合理的防滲體。土石壩的防滲體多表現(xiàn)為新墻、斜墻、鋪蓋、截水墻等不同形式。通過(guò)科學(xué)合理設(shè)置防滲設(shè)施，有助于減少通過(guò)壩體和壩基的滲流量，降低浸潤(rùn)線，增加下游壩坡的穩(wěn)定性，有效降低滲透坡降，防止?jié)B透變形。此外，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)會(huì)為土石壩科學(xué)合理設(shè)置排水設(shè)施。常見(jiàn)的排水設(shè)施形式有貼坡排水、棱體排水、褥墊排水、管式排水和綜合式排水等多種形式。通過(guò)科學(xué)合理設(shè)置排水設(shè)施，有助于降低壩體浸潤(rùn)線及孔隙水壓力，防止壩坡土凍脹破裂。在排水設(shè)施與壩體土基結(jié)合處，應(yīng)該科學(xué)合理設(shè)置反濾層。目前整體應(yīng)用情況來(lái)看，貼坡排水與棱體排水得到了最為廣泛的應(yīng)用[1]。

1.2 堤防地基防滲作用

土質(zhì)堤防的構(gòu)造與作用與土石壩具有相似性。從構(gòu)造來(lái)看，多包括壩頂、防滲體、護(hù)坡、壩坡排水、壩體排水、地基處理等多種組成部分。在實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，落地高超過(guò)6m的背水坡，則應(yīng)該設(shè)置額臺(tái)且寬度不宜小于1.5m，對(duì)于一些風(fēng)浪大的海堤，湖堤臨水側(cè)，應(yīng)該科學(xué)合理設(shè)置消浪平臺(tái)，其寬度可為坡高的1~2倍，且不可小于3m。若在城市工礦區(qū)等建設(shè)地，會(huì)受到一定的限制，施工團(tuán)隊(duì)宜采用漿砌石、混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的防洪墻。因其與重力壩構(gòu)造相似，可以從整體上起到防震作用。

2 土石壩及堤防地基防滲加固工程技術(shù)類(lèi)型

目前常見(jiàn)的加固工程技術(shù)類(lèi)型主要包括高壓噴射灌漿與軟土地基灌漿防滲加固技術(shù)、壩體與堤壩地基劈裂灌漿防滲加固技術(shù)、堤壩垂直鋪塑防滲加固技術(shù)、砌石壩壩面防滲加固技術(shù)等諸多技術(shù)類(lèi)型。在實(shí)際應(yīng)用中，施工團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該結(jié)合土石壩及堤防地基實(shí)際情況，科學(xué)合理選用防滲加固工程技術(shù)，從整體上提高技術(shù)應(yīng)用成效。

3 各項(xiàng)技術(shù)具體應(yīng)用對(duì)策

3.1 高壓噴射灌漿與軟土地基灌漿防滲加固技術(shù)

此項(xiàng)加固技術(shù)多被應(yīng)用于堤壩地基及圍堰等防滲工程中。在技術(shù)操作環(huán)節(jié)，施工人員在切割地層時(shí)，可以借助高壓水切割方式。噴射流以脈沖形式?jīng)_擊地層，對(duì)土層結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部破壞并出現(xiàn)空洞，在水力波較大的情況下，透水地基會(huì)出現(xiàn)管涌，清除部分細(xì)顆粒，接著用水泥漿充填空腔，形成柱樁或幕墻。

水泥固結(jié)體形狀與噴射流的移動(dòng)方向有著直接性的關(guān)系。具體可以劃分為旋噴、頂噴、擺噴等多種形式。旋噴多被應(yīng)用于地基加固施工中。頂噴與擺噴多被應(yīng)用于防滲工程施工中。從整體應(yīng)用成效來(lái)看，此項(xiàng)技術(shù)的防滲效果較為顯著。

在對(duì)軟土地基實(shí)施灌漿加固施工時(shí)，漿液在壓力作用下，沿被灌體應(yīng)力分布相對(duì)薄弱處實(shí)行劈裂，形成樹(shù)根狀、脈狀、薄板狀漿液凝結(jié)體，進(jìn)而對(duì)被灌土體起到防滲加固施工作用。

3.2 堤基垂直防滲技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)快速的發(fā)展，堤基垂直防滲技術(shù)得到了不斷的創(chuàng)新與優(yōu)化。在實(shí)際施工中，常見(jiàn)的施工技術(shù)有抓斗成槽造墻技術(shù)、射水法成槽造墻技術(shù)、鋸槽成墻技術(shù)、液壓開(kāi)槽機(jī)成墻技術(shù)、高壓噴射灌漿成墻等多種技術(shù)形式。隨著施工技術(shù)的不斷創(chuàng)新與優(yōu)化，在堤防工程施工中，垂直防滲技術(shù)的作用逐步顯現(xiàn)，且得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際施工中，堤基垂直防滲技術(shù)多被劃分為封閉式與懸掛式兩種類(lèi)型。具體采用哪種方式施工，施工團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)結(jié)合透水層厚度大小，工程造價(jià)質(zhì)量要求等諸多因素綜合考慮進(jìn)去。若沙性土層厚度較薄，小于15m時(shí)，且其下部有一層厚度在2m以上的較厚黏性土層，可以將此層作為防滲依托層，并借助封閉式防滲墻，從整體上提高防滲效果。若堤基為深厚型，砂性土城墻厚度大于15m時(shí)，則需要采用懸掛式防滲墻，這不僅可以從整體上降低施工成本，且施工難度較小。在確定防滲墻深度時(shí)，為沙性土層厚度的2/3最佳。

3.3 劈裂灌漿技術(shù)

劈裂灌漿技術(shù)是指沿著堤壩軸線合理布置灌漿孔，并借助灌漿泥漿的壓力，控制性地將堤壩劈開(kāi)并實(shí)施灌注泥漿操作，實(shí)質(zhì)形成一道豎直且連續(xù)的防滲帷幕，有效解決堤壩壩體滲漏問(wèn)題。在對(duì)土壩黏土心墻實(shí)施劈裂灌漿技術(shù)時(shí)，因灌漿無(wú)法高效地滲入粘土心墻，施工團(tuán)隊(duì)可以沿最小主應(yīng)力面進(jìn)行劈裂，同時(shí)沿劈裂面形成新的防滲帷幕，有效解決堤壩內(nèi)的滲漏隱患，進(jìn)而提高堤壩穩(wěn)定性。從應(yīng)用成效來(lái)看，劈裂灌漿在黏土心墻和均質(zhì)壩中得到了較為廣泛的應(yīng)用，且應(yīng)用成效顯著，能填筑堤壩內(nèi)的局部缺陷，增強(qiáng)堤壩的防滲作用，防止堤壩變形，提高堤壩穩(wěn)定性。

劈裂灌漿技術(shù)多被運(yùn)用到量大面廣、擋水深度不大的堤壩透水地基防滲處理工作中，且取得了較為顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。在將劈裂法應(yīng)用到堤壩軟基的土砂夾層或粉細(xì)沙地基的防滲工作中時(shí)，需要確保在地基應(yīng)力場(chǎng)范圍內(nèi)。堤基劈裂灌漿技術(shù)能在堤基中形成相應(yīng)高度的垂直防滲帷幕，而且擠密漿體兩側(cè)土體，充填堤壩內(nèi)的洞穴、裂縫、漏洞等缺陷，最大劈裂深度與堤身高低、土質(zhì)條件有關(guān)，一般為堤高1～1.5倍，孔距控制在3m左右，漿體帷幕較易粘接。

在劈裂灌漿技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，施工團(tuán)隊(duì)需要科學(xué)合理管控灌漿壓力。若灌漿壓力偏低，則無(wú)法形成劈裂面，且壩內(nèi)應(yīng)力得不到相應(yīng)的調(diào)整，無(wú)法通過(guò)灌漿形成新的防滲帷幕。反之，若壓力過(guò)高，則可能破壞壩體結(jié)構(gòu)，造成漿液漫溢，并引發(fā)新的險(xiǎn)情[2]。

3.4 土工膜防滲

在土石壩及堤防地基防滲施工中，土工膜是一種新型的防滲材料，在防洪搶險(xiǎn)中得到了較為廣泛應(yīng)用，且應(yīng)用成效較為顯著。在實(shí)際應(yīng)用中，此項(xiàng)施工技術(shù)較為簡(jiǎn)便，易于施工人員掌握，多被應(yīng)用于堤滲垂直鋪塑防滲工作中。在堤滲防滲體中有效開(kāi)一道小于0.25m的溝槽，通過(guò)底部插入相對(duì)不透水層0.5m，土工模接縫多采用縫合法與粘合法兩種形式。若應(yīng)用縫合法，可以曲折22次，然后再用線縫牢。若采用粘合法施工，團(tuán)隊(duì)可以選用一定強(qiáng)度的粘合劑，均勻地將其涂抹到接縫處，壓緊粘牢。

在土工膜防滲施工技術(shù)應(yīng)用中，施工團(tuán)隊(duì)需要借助專(zhuān)業(yè)的開(kāi)溝造槽機(jī)械。比如，在鏈條開(kāi)槽中，通過(guò)開(kāi)出一定深度和寬度的溝槽，并將土工膜覆蓋在溝槽內(nèi)。在鋪設(shè)環(huán)節(jié)，要確保鋪設(shè)平整，隔一定距離留有可伸縫量。鋪設(shè)完畢后，用土回填，溝槽形成土工膜防滲體。在實(shí)際施工中，有的溝槽開(kāi)挖會(huì)引發(fā)塌陷風(fēng)險(xiǎn)。因此，在土工膜鋪設(shè)完成后，應(yīng)該及時(shí)展開(kāi)回填操作。在回填操作中，多采用泥漿淤沉與人工相結(jié)合的施工方式。

在黏結(jié)土工膜時(shí)，施工團(tuán)隊(duì)需要科學(xué)合理采用黏結(jié)膠，并在接縫處打褶，合理確定寬度，營(yíng)造良好的伸縮條件。此外，在施工中應(yīng)該做好土工膜防護(hù)工作，防止土工膜受到損傷。若發(fā)現(xiàn)土工膜存在損傷后，要及時(shí)制定出相應(yīng)的補(bǔ)救方案，確保投入使用的土工膜性能良好。此外，在防滲施工中，若用土工膜替代黏土做斜墻或心墻防滲體時(shí)，需要提高設(shè)計(jì)方案的科學(xué)合理性。這有助于簡(jiǎn)化防滲體施工，且從整體上增加施工經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

3.5 模袋混凝土施工技術(shù)

模袋混凝土施工技術(shù)是在特制的帶內(nèi)充填流動(dòng)性混凝土或水泥砂漿的新型施工技術(shù)。從本質(zhì)來(lái)看，模袋屬于一種不透水柔性模板，且往往只能使用一次。從應(yīng)用成效來(lái)看，模袋混凝土施工技術(shù)在地形條件、水下作業(yè)較為復(fù)雜的施工環(huán)境中得到了較為廣泛的應(yīng)用。比如，護(hù)坡水下作業(yè)與堤壩防滲中，整體的應(yīng)用成效較為顯著。

選用的模袋材料屬于一種雙層織物，中間有等間距拉筋，有助于合理承載混凝土澆筑時(shí)附著的壓力，并控制其成型厚度。需要在帶上留有若干灌口，為混凝土澆筑施工營(yíng)造便利。

在采用模袋進(jìn)行混凝土澆筑前，需要做好清淤工作與邊坡整修工作。通過(guò)鋪設(shè)墊層，有效保證施工面的平整性。由于施工中混凝土在封閉的帶內(nèi)處于流動(dòng)狀態(tài)，具有良好的和易性，此時(shí)，施工人員需要防止骨料分離。

3.6 振沖技術(shù)

在運(yùn)用振沖施工技術(shù)時(shí)，施工團(tuán)隊(duì)需要憑借振沖器低端噴出壓力水的沖擊力與自重將振沖器灌入土中。依托產(chǎn)生的水平振動(dòng)力，加大孔壁四周砂層的附著力。在振沖器達(dá)到預(yù)定的深度后，可以向孔內(nèi)投放粗料，并依托振沖氣的水平振動(dòng)力，將相關(guān)填料高效地?cái)D入到周?chē)翆又?。憑借著射水和水平振動(dòng)力的持續(xù)性作用，填料及振沖器周?chē)翆用軐?shí)度逐步增加。在達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)之后，提升振沖器，向孔內(nèi)繼續(xù)投料。通過(guò)反復(fù)性操作，直到整個(gè)孔被粗料填滿(mǎn)，并達(dá)到相應(yīng)的密實(shí)度后，方可停止操作。

通過(guò)科學(xué)合理應(yīng)用振沖施工技術(shù)，可以有效減少砂土孔隙率，提高沙土間的密實(shí)度。此外，依托加固黏土地基有效形成碎石樁，并與周?chē)馏w形成復(fù)合地基，從整體上強(qiáng)化粘土排水固結(jié)，提高地基承載力。在振沖施工中，常見(jiàn)的孔位多為等邊三角形或正方形2種類(lèi)型。在設(shè)置間距時(shí)，施工團(tuán)隊(duì)可以結(jié)合沙土的顆粒組成、密度要求、振沖器實(shí)際功率等綜合因素科學(xué)合理確定。大量的施工實(shí)踐顯示：若使用30kw的振沖器，間距一般在1.8~2.5m之間，若使用75kw的振沖器，間距則需要在2.5m到3.5m間。

3.7 深層攪拌技術(shù)

深層攪拌技術(shù)是通過(guò)水泥作為固化劑，并依托深層攪拌機(jī)械設(shè)備，在地基深處將軟土與水泥進(jìn)行強(qiáng)制性攪拌。水泥與軟土在產(chǎn)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)后，促使軟土結(jié)硬改性。改性后的軟土整體強(qiáng)度與壓縮性大幅度提高，滲水性有效降低。此外，通過(guò)將粉煤灰添加到水泥中，可以大幅度提高水泥強(qiáng)度。將水泥與粉煤灰以適宜的比例進(jìn)行拌和，既有助于提高混凝土質(zhì)量，又有助于降低施工成本，并增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

在土石壩及堤防地基防滲加固施工中，深層攪拌樁多被應(yīng)用到軟土基滑坡施工中，亦或者做成節(jié)水墻，從整體上提高了防滲施工成效，降低了堤防滲水幾率。

在堤防地基防滲加固施工中，施工團(tuán)隊(duì)往往會(huì)進(jìn)行柱狀布置，并在防滲處理中形成防滲黏度墻。此項(xiàng)施工操作多被應(yīng)用到淤泥、軟粘土等地基加固施工中。在堤壩滑坡處理施工中，可以借助深層攪拌樁等滑坡體抗滑樁，再將深層攪拌施工技術(shù)應(yīng)用到地質(zhì)較為復(fù)雜的軟土地基施工中，并借助原狀土加固。此種施工操作施工速度快，施工成本低，在軟土地基施工中得到了較為廣泛的應(yīng)用[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以及汛期險(xiǎn)情的頻現(xiàn)，國(guó)家逐步給予了土石壩及堤防地基防滲加固施工足夠重視。在現(xiàn)實(shí)中，堤防地基防滲加固施工技術(shù)類(lèi)型具有著多樣性。施工團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)結(jié)合施工地實(shí)際情況,科學(xué)合理選用技術(shù)類(lèi)型。以上內(nèi)容對(duì)常見(jiàn)的施工技術(shù)類(lèi)型進(jìn)行了相應(yīng)分析，希望相關(guān)工作者可以從中得到一定的啟發(fā)或者幫助。