水利工程防渗处理施工技术应用的探析

摘要：水利工程防渗处理一直是个比较严谨的课题，防渗问题伴随着水利工程的一生，做好防渗处理才是做好水利工程的关键，本文笔者的结合工作经验,对常用的各种防渗处理方式、方法进行总结整理,并结合小型水利水电枢纽工程的现状提出当前适用性较高的防渗方法。

关键字：水利工程；水利除险加固；灌浆处理

引言：我国水利工程和大小型的水库数以万计，这些水库分布广，并且坝型多种多样，在防洪减灾和农田灌溉中发挥着巨大的作用，为人民的生活和生产以及城市工业用水提供了宝贵的资源。但是随着时间的推移，这些不同时代的产物在经过多年的运行后，其中的许多大坝都存在一些病险问题，这些病险问题应该是水利行业关注的问题，加固除险防渗处理都是关系到民生的大问题。但是这些大坝的所有病险问题总结起来大概有这么几点：(1)防洪标准偏低,达不到现行有关规范,标准要求。(2)坝体、坝基多有渗漏、渗透破坏等。(3)工程建筑物老化失修。这些病险不仅造成水利水电枢纽工程不能正常运行,不能充分发挥其效益,而且还严重威胁到下游人民生命财产的安全,因此急需进行除险加固处理。病险水利水电枢纽工程最主要的病征是渗透问题,有地基(包括坝肩)渗透和坝体渗透。根据不同的坝型、坝基和病因情况,应采取不同的处理方法。常用的是防渗墙和灌浆。

一、水利工程坝身防渗分析

水利工程中土坝常因斜墙、心墙等防渗体裂缝形成渗流的集中通道，导致管涌的发生，甚至引起坝体的失事破坏。土坝防渗体开裂较常见，尤其是发生在近年来较普遍的薄心墙土坝中。由于心、斜墙与坝体其他部分的填筑土料不同，因变形模量的差异使变形不一致，导致心、斜墙开裂。在裂缝处产生集中渗漏，渗透水以很大的水力坡降冲刷心、斜墙裂缝，因管涌作用把防渗体土料带至下游坝体，使心、斜墙丧失防渗作用。坝体因多次扩建，新老防渗体的衔接处理往往不严，造成隐患。特别是心墙坝加高时，对原有心墙很难采取补强措施。当蓄水位抬高以后，其防渗体承受的水力梯度明显加大，增加了被击穿的危险，有的将心墙改做斜墙，但因库内死水排干困难，使基础处理不严，造成漏水隐患。已建的均质土坝中，常存在浸润线比设计计算的有所抬高，致使坝的下游坡面长期处于湿润状态而影响坝坡的稳定。浸润线的抬高多数原因是设计时没有考虑土坝施工时是分层碾压的，因碾压使坝体形成许多水平层面。土坝滑坡或沉陷往往是因为填筑的土料差，设计抗剪指标选用不当，坝坡设计不合理以及渗漏等原因造成的。

二、防渗措施和控制的方法

目前国内的大多水利工程在防渗问题的处理上有防渗墙技术及帷幕灌浆技术。因此对于水利工程的防渗首先应该从防渗墙开始，首先我们要知道防渗墙的基本特点。

防渗墙在水利工程防水中应用的较为广泛，防渗墙的特点是墙的厚度小、防渗能力强、耐久性好、柔韧性强和单位面积的造价费用低廉。防渗墙的具体施工方案要根据实际的防渗施工措施制定，但总体说来防渗墙的施工有多头深层搅拌水泥土、锯槽法、链斗法、薄型抓斗、射水法和倒挂井法等成墙工艺。

1、多头深层搅拌水泥土成墙工艺

多头深层搅拌桩机一次多头钻进,把水泥浆喷入土体并搅拌,使土体与水泥浆液混合固结成一组水泥土桩,桩与桩搭接形成水泥土防渗墙,目前最大成墙深度为22m,水泥土渗透系数0.3MPa。其优点是施工简便、无泥浆污染、造价较低,适用于粘土、砂土、淤泥和砂砾层(砂砾直径小于5cm)。实践证明,多头深层搅拌水泥土防渗墙防渗效果明显,在地下防渗工程中质量可靠,投资最经济、最有效,具有一定发展前景。

2、锯槽法成墙工艺

在先导孔中,锯槽机的刀杆以一定的倾角一边作上下往复切割运动,一边以0.8-1.5m/h的速度(根据地层状况)向前移动开槽;被锯切割下来的土体可由反循环或正循环方式的排渣系统排出槽外,并采用泥浆护壁。浇筑塑性混凝土,形成宽度为0.2-0.3m的防渗墙体。锯槽机由行走底盘、动力及传动系统、刀杆及支架加压系统、排渣系统、起重设施及电气控制系统组成;传动方式有机械式与液压式2种。以不同规格的刀杆进行组合,开槽宽度可达0.2-0.5m、深度达到40m。锯槽法的优点是连续成槽、工效高、墙体连续、质量好,并且成墙深,适应于粘土、砂土和卵石粒径小于100mm的砂砾石地层;还可以采用自凝灰浆、固化灰浆形成不同强度和抗渗指标的防渗墙。

3、链斗法成墙工艺

由链斗式开槽机排桩上的旋转链斗取土,同时将斜放的排桩下放到成墙深度,开槽机前进开挖沟槽,并采用泥浆护壁,其浇筑混凝土方法类似锯槽法。链斗式开槽机的开槽宽度为16-50cm,深度可达10-15m。适应于粘土、砂土和粒径小于槽厚的、含量小于30%的砂砾石地层。

4、薄型抓斗成墙工艺

采用斗宽为0.3m的薄型抓斗挖土开槽,泥浆护壁,浇筑塑性混凝土或用自凝灰浆形成薄壁防渗墙,最大成墙深度可达40m。适用于粘土、砂土及卵石和砂砾的含量与粒径在一定范围内的土层。

5、射水法成墙工艺

射水法成墙设备主要由造孔机、混凝土搅拌机和浇筑机组成。利用造孔机成型器内的喷嘴,射出高速水流来切割土层,成型器上下运动切割修整孔壁,采用泥浆护壁,正循环或反循环出渣。槽孔形成后,浇筑水下混凝土或塑性混凝土,形成薄壁防渗墙。成墙厚度为0.22-0.45m,深度可达30m.成墙垂直精度可达1/300,适应于粘土、砂土和粒径小于100mm的砂砾石地层。在1998年历史罕见的特大洪水过后,在长江、赣江、鄱阳湖等国内重要堤防加固工程中,射水法得到广泛采用,取得了较好的社会经济效益。

三、帷幕灌浆防渗措施

在大坝的上、下游围堰均采用两种以上的防渗工艺，如何解决不同工艺成墙之间的连接质量是组合方案成功的关键。针对不同的成墙工艺及特点，我们采取了相应的措施：对于自凝灰浆与常规高喷接头，采取了自凝灰浆上下游两侧各外包1道常规高喷墙的搭接方式，搭接长度2.0 m（两个高喷孔），并规定自凝灰浆7 d龄期后施工高喷墙；而对于振孔高喷与常规高喷接头，虽其成孔工艺不同，但喷灌参数及墙体性能均相近，常规相接即可；钻喷一体化与其它工艺的连接方法，同常规高喷。

1、围堰端头的防渗问题。防渗墙右接头与1∶0.75混凝土斜护坡相接，左接头与1∶0.35（上游为垂直）的混凝土纵向围堰边坡相接，由于是两种不同性能的材料相接且处于难以施工的斜坡部位，端头部位历来就是防渗施工的难点。为此，选取最为可靠的常规高喷手段，并采取了加厚墙体的处理措施：上游左右端头5 m、14.8 m范围由单排改为三排，下游左右端头13.4 m、18 m范围由双排改为4排，加厚高喷墙排距0.6 m，孔距0.8 m，梅花形布孔，嵌入混凝土0.5 m。钻孔穿过风化砂层接触到混凝土斜坡面时，减少给进压力，慢慢在斜坡面上形成小台阶之后，再正常钻进，确保孔斜精度和嵌岩深度。

2、孔斜的控制问题。成墙钻孔深度普遍大于20 m，最深的达30 m之多，因此，对钻孔的孔斜精度严加控制。自凝灰浆采用搭接槽孔的方式成孔，从工艺上保证了墙体的连续性；常规高喷采用钻喷两道独立的工序，钻前、钻进过程中可通过机具控制，灌前还可通过重锤法检测孔斜；而振孔高喷和钻喷一体化均将成孔和喷灌结合一次性完成，不能直接测量孔斜，因此，采用了机身控制和熟练工操作、遇硬岩慢速施工、成墙后在搭接部位重点抽查等综合控制方法，从而保证了防渗墙连续性。

3、 防渗墙嵌岩问题。为了确保防渗效果，防渗墙嵌岩应达到一定深度。对于常规高喷（含钻喷一体化）采用地质钻成孔，嵌岩深度可以保证，但对自凝灰浆和振孔高喷工艺，由于其工艺及设备的特点，防渗墙嵌岩深度有其局限性。①自凝灰浆采用重锤冲砸与抓斗配合入岩，遇块球体或坚硬基岩时，入岩较慢，为此，首先是应用范围有针对性地选择了运行时段短且基岩相对软弱的上游围堰强风化岩河床段，其次，优化入岩深度，将嵌入强风化深度由不小于2.5 m调整为不小于2 m。②振孔高喷设备虽在风化砂地层中入岩速度很快(3～5 m/min)，但其振管接触硬岩后，整套设备产生剧烈振动，易于损坏，鉴此，为保持设备的性能同时确保防渗效果，将入岩深度优化到5～20 cm，现场按振管接触基岩后产生强烈反弹起算，持续下振2 min结束控制。

总结：

水利工程的防渗处理无非就是要控制渗水对大坝坝体造成的损害以至于造成巨大的经济损失，在多年的水利工程防渗处理中，笔者深刻的体会到，只有在水利工程建设的过程中做好质量的控制，防渗技术的处理才能是有备无患的。