水库大坝防渗加固技术研究

摘要: 多年来大坝防渗加固一直是水利工程施工中重要的环节。特别对于基础土质较差、渗透性较强、水流作用情况下的危害更大。因此防渗加固工程便成了水利工程施工中不可忽视的部分。

关键词: 防渗；加固；大坝

1 前言

众所周知，水库大坝是一种特殊建筑物，其特殊性主要表现在如下几个方面：① 投资及效益的巨大和失事后造成灾难的严重性；② 结构、边界条件及运行环境的复杂性；③设计、施工、运行维护的经验性、不确定性和涉及内容的广泛性。以上特殊性说明了大坝安全的重要性及面临的复杂性。水坝维护过程中常见的防渗加固是困扰其安全正常使用的主要问题，很多专家学者已就此展开研究，取得了大量的成果。本文将首先介绍大坝主要部分防渗加固的措施，然后根据近年来我国防渗加固技术的施工发展，介绍多种新型防渗加固工艺。本文的研究对解决水坝防渗加固问题，以及掌握最新的发展动态，对水利工程的设计、施工等都具有重要的现实意义。

2 水坝防渗加固措施

2.1 水坝基础防渗加固措施

一般处理的原则是:“上堵下排”。上堵的措施有垂直防渗和水平防渗。垂直防渗有混凝土防渗墙、灌浆、截水槽回填粘土、人工连锁井柱(俗称倒挂井)、砂浆板桩和高压定向喷射灌浆构筑防渗板墙等。水平防渗有粘土铺盖和水下抛土等。下排的措施有在堤坝的背水坡脚开挖导渗沟、减压井降压导渗和坝后盖重压渗等。一般来讲，垂直防渗处理可以比较彻底地解决坝基渗漏间题。水平防渗处理结合下游排水减压导渗，虽可以做到坝基渗透稳定，但仍有一定渗漏水量损失。在工程防渗处理时，是“上堵”还是“上堵”与“下排”相结合，应按照技术可靠经济合理的原则，根据防渗条件和要求，结合当地具体情况，通过方案比较，慎重研究确定。灌浆方法与基础覆盖层地质情况有密切关系，往往存在可灌性的问题，单价也不太低。截水槽回填粘土方法，要求严格控制质量，仅适用于粘土斜墙坝和均质坝，而且覆盖层厚度一般不能深于15m。人工连锁井柱是以人工开挖套井，浇筑混凝土井圈。已有多处工程采用这一措施，基本上是可靠的，可以不用开挖机械设备，但覆盖层不能太深，否则施工有困难，进度也比较慢。砂浆板桩是在钢板桩的腹部焊上钢管，用高压水打入覆盖层中，然后在拔起板桩的同时，通过钢管灌入水泥砂浆，形成防渗墙。我国在堤防和低水头的闸坝上有采用的，基本上也是可靠的，但深度和厚度有限制，仅适用于低水头和砂质基础。高压定向喷射灌浆构筑板墙在技术上是可靠的，也是经济的。

2.2 堤坝坝体防渗加固措施

一般处理措施有混凝土防渗墙、灌浆、大开挖回填防渗体、劈裂灌浆和振冲加固等。混凝土防渗墙的措施，已如前述。灌浆方法是针对裂缝部位打孔，然后灌浆的，它只能起到一定的加固作用。大开挖回填防渗体，工程量太大，在一个非汛期内不能完成。劈裂灌浆方法是利用位于坝轴线小主应力处，有控制的灌泥浆劈裂坝体，形成泥浆墙，并利用浆体与坝体互压作用，既达到防渗作用，又可加固坝体。机理明确，施工速度快，成本低。此外，振冲法是加固土坝沙基和质量差的沙壳坝体的一项有效处理措施。可以避免大面积的砂基水下开挖，为地震区加固土坝砂基、砂壳坝体创造出一条新的途径。

2.3 输水洞(管)加固措施

堤坝内埋管出现断裂，严重渗水，将危及坝体安全。一般处理措施：钢板衬砌，混凝土衬砌，开挖坝体处理，在岸坡山体另打新洞以及利用顶管法重建新管等。钢板衬砌处理造价较高，钢板材用量多。混凝土衬砌，需要原洞径比较大，以便于施工，并且衬砌后不致影响输水能力的条件下才能进行;开挖坝体处理，工程量大，在一个非汛期难以完成。岸坡山体另打新洞，工期长，投资大。顶管法重建新管，它利用千斤项将预制混凝土管顶入坝体内，不需要破坝施工，工程量少，施工期短，设备简单，可以节约材料、资金和劳力等。

2.4 钢闸门的防腐蚀

输水建筑物和拦河闸都设有钢闸门控制水流。由于闸门长期浸水，干湿交替，高速水流、泥沙、冰凌和漂浮物的冲击磨擦，日光曝晒、沿海盐雾及水生物浸蚀等，普遍发生不同程度的腐蚀，严重者将不能安全运行。过去一般用涂料防护，防护周期较短，采用优质高效涂料防护，防护周期可达10年，采用金属喷涂防护，可以保护更长时间。

2.5 土坝干砌石护坡破环处理

一般处理方法有小碎石(或砾石)混凝土或砂浆填缝，浆砌石或混凝土梁方格，全部干砌砂浆砌石等。这些方法，都需要做好垫层，并留出排水孔。在实际运用中，尽可能采用第一种方法处理，投资最省。处理后，如又遭到破坏，可采用第二种办法，投资要多一些。使用第三种办法，投资最多。

2.6防冻措施

在我国北方地区，一些工程常因冻害而遭到破坏，严重者要重建。一般防冻措施有:蒸汽和电气加热；人工定时破冰；空气泵(或空压机)结合管道定时吹风扰动水面预防结冰以及破冰机防冰冻等。蒸汽和电气加热，效果好，但成本太高。人工破冰，使用劳力多，劳动强度也很大。空气泵结合管道定时吹风的办法，投资省，效果好，管理方便。

3防渗加固施工工艺

3.1 混凝土防渗墙

混凝土防渗墙是20世纪60年代初发展起来的种垂直防渗技术，目前己成为粒状地层的主要防渗手段。它不仅可以用于永久性地基防渗，对正在漏水和存在险情的堤、坝进行防渗处理，还可用于临时施工围堰，基坑防渗等。其主要优点是能有效地控制墙厚，墙段之间结合紧密，安全可靠。

目前，防渗墙的施工技术有了很大发展，出现了很多造墙、造孔的新技术。在墙体材料方面，有钢筋混凝土、普通混凝土、塑性混凝土、自凝灰浆和固化灰浆等。

在造孔机具方面，有止、反循环冲击钻机、抓斗机、链斗(刮板)式挖槽机、射水成槽机、锯槽机、振动板桩、振动切槽、振动沉膜等。

深厚型防渗墙一般用在承受水头＞20 m，墙深30m以上的大坝和险要地段的堤防工程中。其厚度般60～80cm ，最大为130cm。为保证底部墙段的有效连接，一般是墙越深厚度越大。墙体材料多为普通混凝土或塑性混凝土，根据地层和防渗要求确定。般是承受的水头越大、透水性越强，要求的防渗性能越高，墙体刚性也越大。

3.2 高压喷射防渗墙

高压喷射防渗墙是借助于高压射流冲击扰动坝基覆盖层，同时灌入水泥浆，使浆液与被灌地层土颗粒掺混，形成防渗墙。山东省水科所曾于1980年在山东省白浪河水库土坝现场进行了较系统的试验工作，80年代中期逐步推广。

经20多年的发展，无论从技术工艺水平，设备性能都有了长足的进步。此法既可作定喷或摆喷，也可使用旋喷或多排孔构建厚墙。既可用于细颗粒地层，也可用于大颗粒地层。高压喷射构筑防渗墙法施工简单、速度快。造价较低，但深度＞20 m时底部成墙的连续性不易保证。

近年来，山东省水利科学研究院王明森等科技人员，在多年高喷实践的基础上，进行了大粒径地层高压喷射灌浆构筑防渗墙技术的研究，形成以高压射浆、高喷浆液的合理选用为特色的大粒径地层高喷施工技术，在多项工程中进行推广应用，效果良好。

3.3自凝灰浆防渗墙

自凝灰浆防渗墙是在塑性混凝土墙的基础上发展而来的。使用水泥、膨润土并掺入少量缓凝剂制成“自凝灰浆”。在凝固前可作为造孔中的固壁泥浆，完工后自行凝固，形成墙体起防渗补强作用。该技术在美国、法国等国家均已使用我国尚处于起步阶段。

3.4 垂直铺塑

垂直铺塑是利用链斗式挖槽机，通过链条及链斗连续挖掘出渣，形成连续的槽孔，并用泥浆固壁，成槽后随即辅设防渗薄膜，回填粘土。挖槽深度一般≤15m，槽宽为15～30cm。适用于砂壤土层，工效较高。

4 小结

目前有一些带病运行的病险工程，其中相当一部分存在防渗加固的问题，一方面要及早采取必要的处理措施，确保工程安全运行。另一方面要加强这方面的研究，不断创新防渗加固措施，将有限材料和经济合理利用以取得最大效益仍是以后相当一段时间的研究课题。同时，各种新的截渗工法不断出现，正朝着深度更大、效率更高、适应性更广的方向发展。今后，在高效工法及不同工法的组合应用等方面仍有广阔的发展前景。水利工程复杂的地质条件、多样化的筑坝材料以及多种运用工况，决定了在渗流方面的不同特点，应针对不同工程的地质条件、坝体质量、设计水头等，从安全、经济、工效、可行性等方而进行全而分析，确定适宜的防渗加固方案。