洞庭湖區(qū)重點皖堤防防滲問題的思考

中圖分類號：TV441 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）20-0065-05

Abstract： The seepage prevention of embankments in Dongting Lakearea is animportant measure to ensure the safetyof regionalfloodcotrolInngineingcostructio，traditioalpagepreventiometodsareftendificultoadaptuetooplex geologysoitiypantteloologieproepgeretodbitisdou onthedepsandandpebblelayerunique toDongting Lake，andimprovestheseepagepreventioneficiencyof theembankment throughheapplicationofpulsatinggroutingtechnologyandimprovedcuringagent.Acording tothegeologicalcharacteristicsof DongtingLakearea，thegrouting processparameterswereoptimized，andtheefectof thenewcuringagentwastestedtostrengthen theimpermeabilityandstabityoftheembankmentstructure.Theinnovationofthisstudyliesinthecombinationofpulsating groutingtechnologyandspecialcuringagent，whichprovidesanewsolutiontotheproblemofseepagepreventionofembankmentsin Dongting Lake and similar geological environments，which has important theoretical and practical value.

Keywords：Dongting Lakearea;pulsegrouting technology;embankment structure;pulsegrouting;seepageprevention technology

堤防防滲是水利工程中的關鍵環(huán)節(jié)，在洞庭湖這樣的大型水系中，堤防的穩(wěn)定性直接關系到區(qū)域的防洪安全和生態(tài)平衡。隨著時間的推移，堤防老化和自然環(huán)境因素，如暴雨、洪水等，會逐漸削弱其結(jié)構(gòu)的抗?jié)B能力，可能導致災害性的后果，如2008年漢江堤防決口事故。因此，提升和創(chuàng)新堤防的防滲技術(shù)是保障洞庭湖區(qū)安全的重要任務。

在洞庭湖區(qū)，由于特殊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，即深厚的砂卵石層，傳統(tǒng)的防滲方法如覆蓋層或簡單的化學固化劑已無法滿足當前的工程需要2。這些方法在洞庭湖復雜的地質(zhì)環(huán)境下表現(xiàn)出明顯的局限性，如固化不均、透水性強等問題。因此，本研究提出了一種結(jié)合脈動灌漿技術(shù)和改良固化劑的新型防滲技術(shù)方案，旨在克服傳統(tǒng)技術(shù)的不足，實現(xiàn)更高效、更穩(wěn)定的堤防加固效果[4

此外，本文還涉及到對洞庭湖區(qū)堤防工程的選址設計和工程應用的深入分析，包括地質(zhì)勘探、材料選擇、施工技術(shù)等方面，以確保技術(shù)方案的科學性和實用性。本文將為類似地質(zhì)環(huán)境下的水利工程提供寶貴的設計和施工經(jīng)驗，有助于提升整個行業(yè)的技術(shù)水平和安全標準。

1堤防概況

洞庭湖區(qū)堤防運行近20年后，堤身堤基滲漏隱患突出，亟須進行系統(tǒng)性加固。從前期堤防加固情況來看，在深厚砂卵石層地基中，由于其透水性強、顆粒松散等特性，傳統(tǒng)防滲加固方法在滲透控制和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出明顯的局限性。按傳統(tǒng)方法加固后，渠堤滲透性及穩(wěn)定性改善效果極為有限，實施效果不佳，不能滿足堤防長期穩(wěn)定、安全運行的需求。

2 試驗內(nèi)容與方法

2.1 技術(shù)原理

脈動灌槳工藝利用高壓脈動泵將漿液以一定頻率的脈動壓力注入地層中，通過漿液的滲透、擴散和固結(jié)作用，達到防滲加固的目的。其獨特的工藝特點和優(yōu)勢為解決堤防深厚砂礫層地基防滲加固問題提供了新的途徑。

脈動灌漿在深厚砂卵石層中的擴散機理研究，系統(tǒng)研究脈動壓力作用下漿液在深厚砂卵石層中的擴散規(guī)律，分析脈動壓力、漿液黏度、注漿速率等參數(shù)對漿液滲透范圍和均勻性的影響，構(gòu)建適應復雜地層的擴散模型，為施工參數(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù)。

改良固化劑在水泥土防滲墻中的應用優(yōu)化與試驗，針對砂卵石層的地質(zhì)特點，篩選適合的固化劑原材料，優(yōu)化其配比與性能測試方案，重點研究改良固化劑的抗?jié)B性、初凝時間和耐久性，探索其在不同地質(zhì)條件下的適應性，為現(xiàn)場應用提供數(shù)據(jù)支持。

2.2漿體擴散機理分析

采用半正弦周期擴大形波函數(shù)，對脈沖壓力下的漿液控制方程進行建模。

脈動灌漿壓力時程曲線如圖1所示。

多孔彈性介質(zhì)固體力學和達西定律耦合方程為

式中： K_d 為彈性系數(shù) （Pa）;α_B 為Biot固結(jié)系數(shù)； ε_p 為介質(zhì)孔隙率； ρ_f 為流體密度 （kg/m³ ）； μ_f 為漿液的達西流速 （m/s）;P_A 為流體初始壓力 （Pa）：P_ref 為水壓力 ：Fv 為體積力（ |N/m³ ）；S為儲水系數(shù)； ε_VOL 為固體體積變化速率 （s^-1） 。

2.3 數(shù)值模擬分析

利用FLAC3D、COMSOL等軟件模擬脈動灌漿過程，分析漿液在砂礫層中的擴散規(guī)律，優(yōu)化灌槳施工工藝參數(shù)，不斷驗證并提升灌漿效果，脈動壓力漿液擴散隨時間變化仿真結(jié)果如圖2所示。

2.4改良固化劑材料研發(fā)

2.4.1 固化劑材料配比

采用設計正交試驗方案，進行適應不同地層（素填土、黏土、粉質(zhì)黏土、粉細砂和砂卵石等）的固化劑材料配方（AB比、水固比、改性劑摻量等）試驗，選取在不同地層中的攪拌體滲透系數(shù)及有效擴散距離作為質(zhì)量衡量指標，滿足水泥土防滲墻設計厚度 300mm 、單軸抗壓強度 R?0.3MPa 滲透系數(shù) K?1×10^-6cm/s 、允許滲透比降大于50時擴散距離最小為最優(yōu)。正交試驗設計表頭見表1，正交試驗方案見表2。

以固化劑材料形成攪拌體14天滲透系數(shù)影響因素進行分析計算（極差分析），影響因素極差計算結(jié)果見表3。

2.4.2 最優(yōu)配比的確定

根據(jù)表3中計算出的平均強度 K₁，K₂，K₃，K₄ 畫趨勢圖，以每個因素的實際用量作橫坐標，14天滲透系數(shù)作縱坐標，畫出各因素的趨勢圖。從極差分析得出較好組合，得到各因素都對14天滲透系數(shù)影響較大，確定最優(yōu)配比組合。

2.5 試驗內(nèi)容

2.5.1 試驗設計

本次試驗預計共設置6個試驗區(qū)段，采用“僅硅化法”“僅脈動灌漿工藝”“先靜壓注硅化法，后脈動灌漿工藝”“先脈動灌漿工藝，后靜壓注硅化法”“先脈動灌漿工藝，后靜壓硅溶膠”“先靜壓硅溶膠，后脈動灌漿工藝\"6種工法分別進行試驗，詳見表4。

孔位布置在堤軸線往上游 1m 處布置第1排，排距 1m ，共布置2排孔，孔距 2.0m ，A-F試驗區(qū)分別布置共10個試驗孔，2個檢查孔，如圖3所示。

2.5.2 材料選定

膏狀漿體采用洞庭湖淤泥作主要材料，添加PO42.5水泥，形成的注漿材料，抗壓強度 R?1.0～ 5.0MPa ，滲透系數(shù)不大于 1×10^-6cm/s 。初始流動度60～80mm ，凝結(jié)時間初凝小于 12h 。漿液配合比采用水：水泥：黏土：HY-1外加劑

硅溶膠無色透明液體黏度小于 50cp ，固化時間約 30～50min ，固砂體強度為 0.2～0.5MPa 。

雙液硅化法中材料，黏度小于 20cp ，雙液混合固化時間小于 3min ，固砂體滲透系數(shù)不大于 5×10^-5cm/s， 0

2.5.3 灌漿鉆孔操作步驟

鉆孔放樣 $$ 鉆進成孔 $$ 孔口管埋設及回水泥漿收集裝置安裝 $$ 鉆孔取芯 $$ 鉆孔沖洗 $$ 注水試驗。

2.5.4地下水位觀測

在進行注水試驗前，進行地下水位觀測，水位觀測間隔為 5min ，當連續(xù)2次觀測數(shù)據(jù)變幅小于 10cm 時，水位觀測即可結(jié)束，用最后一次觀測值作為地下水位計算值。

地下水位測量完成后，用帶水表的注水管連續(xù)向孔內(nèi)注入清水，使孔中水位至孔口并保持固定，測出高出地下水位的固定水頭，并記錄時間和水表的初始讀數(shù)。試驗時，隨時調(diào)整注入水量大小，保持固定水位波動幅度小于 1cm 。

1）開始每隔 5min 量測一次，連續(xù)量測5次；以后每隔 20min 量測一次并至少連續(xù)量測6次。

2）當連續(xù)2次量測的注入流量之差不大于最后一次注入流量的 10% 時，試驗即可結(jié)束，取最后一次注入流量作為計算值。

滲透系數(shù)的計算。

1）當試段位于地下水位以下時，采用下式計算滲透系數(shù)

式中： K 為試驗巖土層的滲透系數(shù)（ ; Q 為注入流量 L/min ）； H 為試驗水頭 （cm）;A 為形狀系數(shù)（ （cm） 。

2）當試段位于地下水位以上，且 50

式中： r 為鉆孔內(nèi)半徑 為試段長度 （cm）：H 為 試驗水頭（ （cm） 0

2.5.5 灌漿孔、質(zhì)量檢查孔施工技術(shù)要求

鉆孔主要采用地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機配金剛石鉆具鉆進，灌漿孔鉆孔主要采用泥漿護壁。為保證堤體注水試驗準確性，分段套管護壁，泥漿性能要求參考相關鉆孔規(guī)程規(guī)范進行。

1）檢查孔鉆孔。 ① 可控灌漿檢查孔數(shù)量按灌漿孔總數(shù)的 5% ，A一D試驗區(qū)布置1個，共4個。 ② 分段進行注水試驗，灌漿質(zhì)量檢查孔孔深應比所在部位灌漿孔深少 1.0m 。 ③ 每孔段鉆進時均要詳細填寫鉆探班報表，記錄孔深、孔徑、鉆進時間、遇到的特殊情況。 ④ 鉆進過程中，各孔應詳細記錄孔位、孔深、地層變化、換層情況和水位下降、掉鉆。 ⑤ 資料整理完成后，將鉆孔芯樣每盒或每箱芯樣拍2張彩色照片與作好鉆孔操作的詳細記錄，按指定的地點存放。

2）灌漿孔鉆孔。 ① 灌漿孔的開孔孔位應符合施工圖紙要求，記錄實際孔位。 ② 鉆機安裝應平整穩(wěn)固，鉆孔方向應按施工圖紙要求確定，鉆孔時必須保證孔向準確。 ③ 灌漿孔的施鉆應按灌漿程序，分序分段進行。

④ 鉆孔深度與設計孔深誤差不大于 20cm 。

2.6雙液硅化法灌漿施工

第一，雙液硅化法施工工藝流程，機具設備安裝 $$ 鉆孔 $$ 封孔 $$ 配甲液、注漿 $$ 沖管 $$ 配乙液、注漿 $$ 拔管 $$ 管子沖洗、填孔 $$ 輔助工作。

第二，鉆孔開孔位置與設計位置的偏差不大于 5cm 實際深度與設計相差不大于 20cm 。

第三，雙液硅化適用于加固滲透系數(shù)為 2～8m/d K=2.3×10^-3～9.26×10^-3 的砂性土；或用于防滲止水，形成不透水的膏漿。硅酸鈉溶液的比重為 1.35～1.44 ，氯化鈣溶液的比重為 1.26～1.28 □

第四，當正常注漿壓力下注漿孔段單孔注入率不大于 1L/min ，再延續(xù)灌漿 30min 后結(jié)束灌槳作業(yè)。發(fā)生竄漿或漿液漏失嚴重時，立即停止注漿，按硅化法特殊情況處理。

2.7脈動灌漿工程

第一，單孔施工工藝流程：鉆孔、灌漿準備 $$ 鉆進成孔 $$ 灌漿管安裝 $$ 灌漿段灌入封閉漿體 $$ 封閉漿體待凝 $$ 高壓脈動灌漿 $$ 自下而上小間隔堤升灌注（0.3～0.5m ） $$ 本灌漿段灌漿結(jié)束 $$ 結(jié)束封孔。

第二，灌漿材料采用PO42.5號的普通硅酸鹽水泥，細度要求通過 80μm 方孔篩，且其篩余量不大于5% 。洞庭湖淤泥要求塑性指數(shù)大于14;黏粒（粒徑小于 0.005mm ）含量不小于 25% ;含砂量（ 0.05～0.25mm ）不大于 5% ，有機物含量不大于 3% ；灌漿漿液配比參照表5進行。

第三，采用分小段 0.5m 小段堤升。灌漿孔直徑為90～110mm ，孔位偏差小于 10cm ，孔斜小于 1% 。灌漿管為壁厚大于 10mm 的鋼管。灌漿管出口離灌漿段底小于 0.3m 。

第四，灌漿采用的膏狀漿液，流動度宜小于 110mm 。灌漿宜分段進行，分段長度為 0.5m 。灌漿宜采用柱塞式灌漿泵，泵送流量 60～150L/min ，頻次6＼～10次 /min 灌漿方式采用純壓式。

第五，灌漿結(jié)束標準。 ① 當孔口壓力表達到設計壓力下限時，單位注入量達到最大灌漿量時，可以進行下一段灌漿。 ② 當孔口壓力表達到設計壓力上限時，單位注入量達到最小灌漿量時，可以進行下一段灌漿。 ③ 當單位注人量達 300L/0.5m 而達不到設計壓力下限時，可以進行下一段灌漿。

3結(jié)論

洞庭湖區(qū)堤防防滲技術(shù)的研究至關重要，對區(qū)域防洪安全和水土保持具有顯著影響。本研究根據(jù)洞庭湖區(qū)的具體地質(zhì)條件和工程需求，采用脈動灌漿技術(shù)和改良固化劑進行了堤防防滲性能的提升。研究結(jié)果表明，新技術(shù)顯著增強了堤防的防滲能力，符合現(xiàn)行工程規(guī)范的要求。通過實驗室測試和現(xiàn)場實施驗證，證實了技術(shù)的有效性和實用性，能夠顯著提升堤防結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和防護效果。

本研究不僅為洞庭湖及類似地區(qū)的堤防防滲提供了科學依據(jù)和技術(shù)支持，也為水土保持及防洪工作提供了切實可行的防護措施。此外，本技術(shù)的成功應用可以為其他地區(qū)的水利工程提供經(jīng)驗借鑒，為工程安全提供支持，推動安全建設和生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]廖偉彬.可控復合膏漿高壓脈動灌漿技術(shù)在銀坑水庫防滲加固的應用[J].價值工程，2024，43（24）：89-92.

[2]李鳳玲，游慶如，彭春雷.基于AMESim的脈動灌漿系統(tǒng)建模與特性分析[J].機床與液壓，2024，52（6）：133-138.

[3]貴金，肖通，張聰，等.松散地層脈動與穩(wěn)壓灌漿室內(nèi)試驗研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2016，43（5）：87-93.

[4]劉濤.高壓脈動灌漿工藝在莽山水庫工程的應用[J].建材與裝飾，2019（12）：289-290.

[5]何競學.可控擠入復合膏漿高壓脈動灌漿技術(shù)在南水北調(diào)中線砂卵石地層地基防滲處理中的應用[J].價值工程，2014，33（28）：117-118.

[6]馬超群.自下而上，漿體封閉，高壓脈動劈裂灌漿工藝在帷幕灌漿施工中的應用[J].水電施工技術(shù)，2014（3）：19-23.

[7]趙迪華，楊松林，張貴金.控制灌漿技術(shù)在托口水電站河灣防滲工程中的應用[J]水利水電技術(shù)，2014（12）：7-10

[8]賀茉莉，郭澤洋，趙鐵軍，等.防滲墻技術(shù)和粘土水泥膏漿灌漿技術(shù)在土石壩防滲加固處理中的對比研究[J]湖南水利水電，2021（5）：5-8.