水利工程堤防防滲施工技術的應用探討

包小紅

（甘肅省定西市渭源縣水務局，甘肅 渭源 748200）

水利堤防工程作為維護國家重要的水利設施之一，承擔著防洪、排澇、蓄水等重要任務，對保障國家經(jīng)濟發(fā)展和人民生命財產(chǎn)安全具有不可替代的重要作用。然而，由于自然環(huán)境的復雜性和工程建設的特殊性，水利堤防工程在長期的運行中常常面臨著水土流失、滲漏涌浪、基礎不穩(wěn)等問題的挑戰(zhàn)。作為解決該問題的關鍵技術手段之一，防滲施工技術的應用和效果直接影響著工程的安全穩(wěn)定與長期運行，合理管控防滲施工技術的應用，才能夠有效地降低工程滲漏率，提高水利堤防的防洪排澇能力，保障周邊生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1 水利堤防工程防滲施工與技術概述

水利堤防工程是指為了防止水災和合理利用水資源而建設的一類水利工程，主要用于防洪、蓄水和排澇，利用水利堤防工程在河流、湖泊、海岸等水域的周圍修筑堤壩、堤堰、防波堤等，能夠起到抵御洪水、潮汐和水位上漲等自然災害的作用，同時能夠保障水利工程設施的完整性。而作為保障水利堤防工程完整性的關鍵技術之一，防滲施工技術作用于堤防工程的堤壩、堤堰等設施之上，并綜合采用加固、防滲封層等方式，大幅度提高堤防工程設施的防滲透能力。典型的技術方法有：通過在水利堤防工程的堤壩表面采用土質(zhì)加固的防滲施工方法，其中包括土工膜加固、土體灌漿加固、土工格室加固等，優(yōu)化堤壩表面的防滲性能。

2 水利工程堤防滲水及防滲施工問題分析

2.1 水利工程堤防滲水原因分析

結合國內(nèi)水利工程堤防建設的實際情況來看，盡管是標準的中型水庫，其堤防與水壩設施的總庫容達到1.0×104m3至1.0×108m3，這就導致水利工程的堤防容易因蓄水的影響而出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。從導致水利工程堤防出現(xiàn)滲漏的直接原因來看，滲透壓力過大、土體滲透性超標、地基不穩(wěn)、防滲設施老化等都與水利工程堤防出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象有著直接原因，例如，水利工程堤防通常見于水庫的水體周圍，當水庫蓄水的水位增高時，水利工程堤防內(nèi)的水壓差也會隨著增加，導致穩(wěn)定性不足的堤防結構處出現(xiàn)裂縫、孔洞等情況，最終引發(fā)不同規(guī)模的滲漏現(xiàn)象。

2.2 水利工程堤防防滲施工技術的應用難點

2.2.1 材料選型影響施工技術應用效果

根據(jù)防滲施工技術方法的不同，防滲施工中通常需要采用不同種類的施工材料進行堤防修復工作，且材料的選型會對最終的防滲施工效果產(chǎn)生決定性的影響。以典型的土工膜防滲漏施工技術為例：在土工膜防滲漏施工中，能夠用于防滲施工的土工膜材料包括高密度聚乙烯HDPE土工膜、PVC聚氯乙烯土工膜、HPPE高壓聚乙烯土工膜，不同土工膜材料在抗?jié)B性能（滲透系數(shù)、滲透壓力等）、物理性能（抗沖擊性、撕裂強度、拉伸強度）、化學性能（抗酸堿性能、耐腐蝕性）等方面的效果各不相同。正因如此，如果在防滲施工中未能采取符合目標水利工程堤防防滲漏需求的土工膜材料，則會導致最終的防滲漏設施使用效果無法達到理想狀態(tài)，其中包括：抗沖擊性不足導致防滲漏施工中出現(xiàn)土工膜因機械損傷而破損、滲透系數(shù)過高導致防滲設施的阻隔性能受損。

2.2.2 地質(zhì)條件影響防滲施工技術效果

在設計水利工程堤防防滲施工技術方案的過程中，防滲設施的最終效果會受到地質(zhì)條件的影響，而其中的主要兩大因素為土體特性、地下水流動性。首先，從土體特性的影響情況來看，土體顆粒大小、口隙結構或排列結構都是影響水利工程堤防滲透效果的主要因素，結合《水利工程滲透試驗方法》（SL67-1995）的案例指導可以得出，當水利工程堤防所處位置的土體顆粒滲透系數(shù)高于0.75時，堤壩土體的滲水量將會超過0.607 m3/min，對后續(xù)的防滲施工造成較大的工作難度。其次，部分水利堤防工程的堤壩設計中建有堤壩地基，地基部分同樣是防滲施工中的施工對象之一，然而，受到地下水位及地下水流動因素的影響，堤壩地基的穩(wěn)定性會隨著產(chǎn)生變化，以至地基處出現(xiàn)結構受損情況。而當?shù)虊蝺?nèi)水位升高、內(nèi)部水壓增大時，堤壩內(nèi)蓄水會從堤壩地基的結構受損處出現(xiàn)滲漏情況，使防滲施工作業(yè)難以下手，從而影響水利工程堤防防滲施工的技術使用效果。

3 水利工程堤防防滲施工技術應用策略

3.1 土工膜防滲技術的應用

土工膜材料通常具有較為良好的防滲性能及化學性能，因此，采用土工膜材料為核心實施的土工膜防滲技術，能夠應用到現(xiàn)階段水利工程的堤防防滲施工當中，改善防滲施工的整體效果。為了充分發(fā)揮土工膜防滲技術的優(yōu)勢，施工單位需要著重考慮并執(zhí)行該技術的要點：首先，在地表處理方面，為了防止鋪設土工膜的平面存在碎石、殘渣等容易劃破土工膜的障礙物，施工人員必須在施工前對防滲區(qū)域的地表進行處理，保障其地表平整、堅實。其次，在材料條件的準備上，施工中必須采用數(shù)據(jù)建模的方式，計算防滲區(qū)域土工膜的受力情況，再根據(jù)土工膜的受力極限值要求來選擇相應數(shù)量與規(guī)格的土工膜材料，土工膜受壓計算如式（1）所示，通過計算得出土工膜自重與水壓力總值，并選取抗壓能力高于受壓總值約30%的土工膜材料進行防滲施工，大幅度保障鋪設后的土工膜能夠作用于堤防設施的防滲漏。此外，在連接處理工藝的選擇上，適合土工膜防滲的連接工藝包括熱焊接、螺栓連接及粘接，防滲施工應根據(jù)防滲作業(yè)需求選擇連接處理工藝。如：在土工膜材料厚度較大的情況下，螺栓連接能夠大幅度提高多片土工膜連接點的穩(wěn)定性，并簡化土工膜連接的工藝流程。

式（1）中，σ表示土工膜受壓；γ表示土工膜的單位重量（單位為N/m3）；H表示土工膜厚度（單位為m）；L表示土工膜長度（單位為m）；表示蓄水密度（單位為N/m3）。

3.2 灌漿防滲技術的應用

在一些水利堤防工程的運行使用期間，其中部分堤防設施會在長期的使用下出現(xiàn)裂縫、孔洞等問題，導致水利堤防設施出現(xiàn)蓄水外滲的現(xiàn)象。為了有效應對該問題，水利工程防滲施工中應當采用灌漿防滲的技術方法，修補表層存在的空隙及裂縫，來有效降低蓄水的滲透率，而該施工技術需關注的要點分為以下幾個方面：首先，在灌漿防滲施工方案的設計上，施工中應當優(yōu)先確定灌漿材料的選型、用量，灌漿位置、深度與壓力等，確定各項施工參數(shù)之后，再指導現(xiàn)場人員進行正式的防滲施工。其次，在鉆孔工藝流程的管理上，鉆孔孔徑可控制在40～80 mm，并保持各個鉆孔間的間距為300～600 mm，這樣才能夠確保灌漿材料順利注入地層，以及防止鉆孔過于密集而造成鉆孔偏斜、扭曲等問題。此外，在注漿工藝的控制上，為了確保灌漿材料能夠充實且均勻地注入孔隙之中，施工當中必須嚴格控制灌漿的壓力及速度，根據(jù)鉆孔深度進行4～6次的分段注漿，確保注漿后鉆孔的空隙率低于5%，這樣才能夠確保注漿材料充分反應，且形成的灌漿固結體能夠有效阻止蓄水滲透。

3.3 連續(xù)墻防滲技術的應用

為了有效預防水利堤防設施出現(xiàn)滲水問題，現(xiàn)階段水利工程部門需采用連續(xù)墻防滲技術，對防滲區(qū)域內(nèi)的設施建設多層防滲屏障，優(yōu)化水利堤防設施的防滲水性能。而該技術的使用要點為：首先，在施工準備階段，施工人員必須對連續(xù)墻材料的選型及配比提出明確的界定，保障后續(xù)施工中能夠提高連續(xù)墻設施建設的穩(wěn)定性與密實性。如：當施工中采用的連續(xù)墻為攪拌樁連續(xù)墻時，可提前預備水泥、骨料、砂、水的配比為2∶4∶3∶1的攪拌樁混合料，并且按照防滲性能的實際需求，增添一定量的粘結劑來提高混合料密實度，借此來完善施工中的材料條件。其次，在連續(xù)墻搭設施工階段，施工人員必須按照連續(xù)墻的設計要求及尺寸，在相應位置搭設連續(xù)墻施工模板，并控制模板尺寸與實際墻體之間的誤差量在0.6%以下。而按照《水利水電工程防滲設計規(guī)范》（GB50486-2008）的技術標準，防滲墻模板的厚度可設計在200～500 mm的范圍內(nèi)，選擇多種規(guī)格的連續(xù)墻模板來應對防滲設施的表面鋪設需求，以此來優(yōu)化連續(xù)墻施工下的水利堤防設施防滲效果。

3.4 隔水層防滲技術的應用

隔水層防滲技術能夠有效截斷地下水的滲透路徑，防止水分從地下滲透到地上或地上水滲透到地下，從而實現(xiàn)高效的防滲效果，在該施工技術下選擇不同類型的隔水層材料，如防滲帷幕、水泥漿墻等，以適應不同的工程需求。例如，如果隔水層防滲劑初中選擇豎向帷幕進行防滲工作，則施工人員應當控制基坑內(nèi)支護樁墻的結構參數(shù)，保障其設計的合理性。參考某水利工程防滲作業(yè)中的支護樁墻設計方法：施工中控制外排支護樁直徑規(guī)格為1 000 mm、控制樁間距≥1 300 mm，并設置內(nèi)外兩排高壓擺噴樁，這樣一種設計方法能夠大幅度提高底板的抗彎性能，以及樁基礎的抗沖切能力，為水平帷幕的防滲工作奠定基礎。

4 優(yōu)化堤防防滲施工技術應用效果的策略

4.1 改善工程堤防防滲施工技術流程設計

改善工程堤防防滲施工技術流程設計需要綜合考慮工程的實際情況和特點，科學合理地制定施工方案，同時重視施工管理和質(zhì)量控制，借此來不斷優(yōu)化施工流程和提高施工水平，確保工程的防滲效果和可持續(xù)發(fā)展。結合水利工程堤防防滲施工技術的使用現(xiàn)狀來看，改善工程堤防防滲施工技術流程設計可以從地質(zhì)勘探、材料選型、施工現(xiàn)場安全、現(xiàn)代化施工等多個方面著手，以提高施工效率、保證施工質(zhì)量、降低成本、增強工程的防滲效果。如：在地質(zhì)勘探的工藝流程方面，施工人員可主要分析防滲區(qū)域的地質(zhì)情況、地下水位、土壤類型等信息，為防滲施工技術的設計提供準確的數(shù)據(jù)；在現(xiàn)代化防滲施工設計方面，施工技術的使用流程設計需要注重科學、智能和可持續(xù)發(fā)展，結合先進的材料、設備和技術，以滿足不同工程的防滲要求，某施工單位在針對堤壩防滲施工中防滲施工技術流程方案，充分發(fā)揮出現(xiàn)代化工程技術的優(yōu)勢，使防滲施工的施工環(huán)節(jié)更加簡便，并且有利實現(xiàn)工程施工現(xiàn)場的資源調(diào)配可持續(xù)化。

4.2 利用數(shù)字化模型技術獲取施工信息

BIM技術可以實現(xiàn)施工信息的集成和共享，讓設計師、施工團隊和管理者實現(xiàn)高效的溝通與協(xié)作，而將其用于水利工程堤防防滲施工當中，不僅能夠大幅提高項目執(zhí)行效率，還能夠縮短施工周期，降低人力資源和時間成本。參考某水利堤防工程的防滲施工做法：首先，由于該工程中采用的防滲施工辦法為灌漿防滲方法，因此，該施工部門提前采用BIM對灌漿防滲施工的可行性進行分析，通過在BIM模型當中插入防滲施工中的關鍵數(shù)據(jù)信息，從而能夠更加直觀的了解工程的空間布局及構造，為后續(xù)的防滲施工執(zhí)行提供重組的決策依據(jù)。其次，防滲施工中應當采用BIM模型對各個階段進行防滲施工模擬，利用可視化的模型方式來判斷施工是否存在沖突問題，正如該施工項目中，施工人員利用可視化模型分析圖紙數(shù)據(jù)，將圖紙中灌漿鉆孔間距較低的設計視為存在沖突的施工結構，通過反復調(diào)整，得出最終能夠用于防滲施工的技術方案。

4.3 合理計算防滲施工的技術參數(shù)

為了保障防滲施工技術能夠正常應用于水利工程堤防的防滲作業(yè)中，施工單位必須保障嚴謹?shù)挠嬎惴罎B施工技術參數(shù)，并以此為依據(jù)來制定合適的防滲施工方案，保障工程的成功率及防滲施工質(zhì)量。結合現(xiàn)階段水利工程防滲作業(yè)的目標來看，施工參數(shù)計算需應對的技術因素包括以下方面：首先，施工人員應當對施工設計參數(shù)進行嚴格計算，如果施工中采用土工膜鋪設防滲方法，則計算設計土工膜的鋪設厚度；如果施工中采用注漿帷幕法進行防滲施工，則應當計算注漿帷幕的深度與間距。其次，在施工階段，施工人員應當對堤防設施的防滲比降系數(shù)進行計算，再以此為依據(jù)對防滲能力不合格的堤防設施進行防滲施工作業(yè)，如式（2）所示，該計算方式能夠針對連續(xù)級配管涌型土體的抗?jié)B比降進行精確計算，最終根據(jù)計算的結果，選用排水減壓、反濾層保護等方式進行防滲修復，從而優(yōu)化防滲施工技術的使用效果。

式（2）中，JB表示抗?jié)B比降；n表示土體顆粒密度與水密度的比值；G表示土體顆?？紫堵剩?）。

5 結語

總的來說，水利堤防工程的防滲技術是維持水利工程建設與發(fā)展的重要組成部分，在防滲技術的不斷創(chuàng)新與發(fā)展下，諸多新材料、新工藝均能夠運用到水泥堤防工程的建設當中，并優(yōu)化防滲施工技術的使用效果。因此，相關工程部門需不斷創(chuàng)新防滲施工技術在水利堤防工程中的使用方法，融合全新的工藝技術及學科知識，改善防滲施工技術的使用流程及策略，保障水利工程長期穩(wěn)定運行與建設。