水利工程防渗技术与应用分析

杨宏平

【摘 要】水利工程建设是国家富强、民族振兴的重要环节。我国江河湖海面积广阔，水利资源丰富，改革开放后，越来越多的大型水利工程被设计建成，用以发电、排洪。水利工程的安全性要求极高，因为一旦出现溃坝现象，不仅整个工程毁之一炬，下游人民的生命财产安全也将受到威胁，因此在工程选址、工程设计、工程施工、工程维护上都需要花费大量的人力财力。水利工程建设常出现的问题是渗漏。本文充分介绍了渗漏现象发生的原因，剖析防渗处理的必要性，从坝体防渗及坝基防渗两方面出发，根据不同情况，给出了防渗墙及灌浆两种防渗方式，并详细介绍了其施工方法。通过实例分析雷公岛闸站建设，进一步说明方案的可行性，为其他水利工程建设过程中出现的渗漏问题提供现行的解决方案。

【关键词】水利工程 防渗技术 防渗墙 灌浆

我国水利工程数量众多，其中出现的渗漏现象也数不甚数，前人对渗漏现象的处理已有很大的心得。本文在总结前人的基础上，分析实例，对渗漏现象设计了一套独有的处理方法。

1 水利工程防渗漏的必要性

渗漏现象是各水利工程常见的工程问题，也往往是对工程安全影响最大的因素[1]。渗漏现象出现的原因有很多，不同水利工程所处地质环境的不同，各工程情况往往有所差异，对渗漏现象的处理，将极大地提高水利工程的使用寿命及安全性。

1.1 导致渗漏的主要因素

（1）钢材生锈及混凝土充填不当。在水利工程建设中，混凝土及钢材的质量极其重要。在施工过程中，如果钢筋分布过密，在充填混凝土时容易导致充填不均，下部骨料集中，上部缺失甚至出现孔洞。这种情况的出现往往导致裂缝的发育，河水沿着裂隙常年发生侵蚀作用，往往导致渗漏现象的发生。

钢材在建筑物内发生生锈现象也是导致渗漏现象出现的一大因素[2]。钢材质量不过关或钢筋混凝土的保护层过薄，容易导致保护层受二氧化碳侵蚀碳化，当腐蚀到钢材表面时，钢筋周围的混凝土便会因碱度变化而遭受破坏，形成空洞或开裂。

（2）工人施工失误引起的渗漏。在工程施工过程中，需要将止水带及钢材等骨架结构周围的灰、木屑、锈迹等杂物清除干净，如果未能清理这些杂物，混凝土往往不能将止水带及钢材等包裹严实，产生裂隙。在对混凝土进行振捣时，工人们往往不能很好地掌握管道处的严实程度，因此常常出现裂缝。固定止水带的方法上也需格外注意，这也是产生裂隙的常见因素。

（3）温差变化及混凝土原材料选择。混凝土中含有石灰，石灰与水反应常常放出大量的热，在施工过程中，混凝土内部散热慢，而混凝土外部散热快，常常导致内外温差的出现[3]。这种内外温差将产生温度应力，使得建筑产生不均匀变形，生成裂缝。此外，在混凝土原材料的原则上，一定要遵照要求进行选择，材料选择不当，强度达不到指标，也往往会产生裂缝，发生渗漏。

（4）其他因素。导致渗漏出现还有很多因素，如地震、构造运动等自然因素，还有许多动物也能造成堤坝的渗漏，如白蚁的侵蚀。

1.2 防渗漏的重要性

一个水利工程的防渗性直接影响其坝基与坝体的稳定性。坝基与坝体坚固，防渗性好，将大大提高工程的使用寿命。在全球范围内，因坝体渗漏而导致的溃坝事件时有发生，造成了巨大的灾难。对水利工程进行防渗处理，能有效地避免危险的发生。笔者总结前人研究经验，从以下几点论述水利工程防渗漏的必要性：

（1）水利工程在建立之初，受限于当时的经济、技术水平，防洪能力过低，往往满足不了现今对水利工程的要求。对水利工程进行防渗漏处理，将大大提高其防洪能力，并减少安全隐患。

（2）随着使用时间的增加，水利工程常常出现老化现象。这些可能由地壳运动影响或由动物活动引起，其原因各不相同，但老化现象都会影响工程对水体的控制能力，出现渗漏。对水利工程进行防渗处理，能很好地对工程进行检修，延长使用年限。

2 坝体防渗漏

对坝体的防渗处理，一般采用建立防渗墙对坝体进行加固的办法。防渗墙的种类有很多，针对不同水利工程出现的不同渗漏现象，有多种施工方法。防渗墙的墙体一般不厚，渗透系数指标也要保持低位，但对柔韧性及耐久性的要求却很高。由于它的工程作用特殊，防渗墙的造价一般不能太高。

2.1 防渗墙的种类及特点

常用防渗墙工艺主要有五种，包括链斗法成墙防渗技术、薄型抓斗成墙防渗技术、多头深层搅拌泥土墙工艺、射水法成墙防渗技术、锯槽法成墙工艺[4]。

（1）多头深层搅拌成墙工艺。针对地下作业，多头深层搅拌成墙工艺有独到的工艺效果。多头深层搅拌成墙工艺不仅在造价上比其他防渗墙工艺低得多，而且操作简单，基本不会产生泥浆污染，是一种相当环保的施工方法。在施工过程中，搅拌机一次性指挥多个钻头伸入深层，在凝固形成多个水泥柱后，通过加料填充，桩与桩之间进一步形成墙体构成完整的防渗墙体系。防渗墙最大深度一般不超过20米，水泥土渗透系数小于10em/s，抗压强度大于0.3MP。

在众多实例运用中，多头深层搅拌成墙工艺多次证明了其高效性、高质量的特点，被誉为防渗墙工艺中最有发展前景的工艺。

（2）射水法成墙防渗技术。射水法与其他工艺相比较为繁琐，因为它不是由单个设备独立完成的，主要设备包括搅拌机、造孔机及浇筑机三种器械。

这种工艺首先利用造孔机对土层进行切割，在高压水流的作用下将孔壁进一步完善，再由成型器上下切割修整，完成槽孔。在孔壁的切割工作中，孔内泥浆的排泄主要通过循环排渣工序完成。最后槽孔内部充填事先用搅拌器搅拌均匀的混凝土，充填器械一般为浇筑机，也有人工浇筑方法，但现在已基本淘汰使用。

射水法成墙在南方的水利工程中使用较多，这与我国水资源南多北少、东多西少的分布有极大的关系。

（3）锯槽法成墙工艺。锯槽法成墙工艺的锯槽机主要包括动力系统、底盘、加压系统、电气系统、排泄系统及起重设备等[5]。锯槽法浇筑形成的防渗墙厚度一般较小，基本在0.2-0.3m左右，但连续性较好，防水性强。针对不同的需求，在浇筑过程中还可以选择不同的浇筑底料，具体包括自凝灰浆、固化灰浆、水泥浆。另外，锯槽法成墙工艺主要运用于由粘土、砂土、卵砾石构成的岩层中。

（4）链斗法成墙防渗技术。链斗法成墙防渗技术适用于由粘土、砂土及颗粒粒度小于槽厚、含量小于1/3的砂砾地层[6]。操作过程先用旋转链斗取土，而后将事先建好的倾斜排桩下放到防渗墙所在位置，开槽机前进，开挖沟槽，采用循环排渣工序排出渣土，沟槽完成后浇筑混凝土。不同的链斗式开槽机开槽宽度有所差异，但一般为16～50cm，可根据需要调整大小，沟槽深度可达10～15m。

（5）薄型抓斗成墙防渗技术。薄型抓斗成墙工艺的最大成墙深度为40米，它是利用微型抓斗对土层进行挖掘开槽，受限于抓斗的宽度，槽宽一般为0.3m。该技术采用泥浆护壁，利用循环排渣工序排出渣土，通过塑性混凝土浇筑或自凝灰浆浇筑形成防渗墙。

2.2 防渗墙具体应用

防渗墙在各种水利工程中均有用到，是解决渗漏现象及水利工程检修的有效手段[7]。在闸站的防渗漏处理中，灵活运用防渗墙将大大减少人力财力，并有效延长闸站的使用寿命，减低安全隐患。笔者简要介绍以下几种防渗墙的具体应用：

（1）悬挂式防渗墙。针对双层结构堤基，假设弱透水层覆盖层为粉砂质土壤且厚度小于3米，透水层50厘米，外滩宽度为40米。由于此种情况，防渗墙的影响范围有限，堤后渗漏状态不能很好改善，设计全封闭的防渗墙意义不大，通过计算防渗墙贯入比，设计合适的悬挂式防渗墙是最好的选择（如图1）。

（2）半封闭式防渗墙。半封闭式防渗墙需要厚度及渗透性可靠的防渗依托层与之相匹配，必须与多元结构堤基结合，同时该种防渗墙还受到外滩宽度及河泓切割情况的影响。结合以上各种条件，该种防渗墙的应用较为繁琐，此处不做赘述。

（3）全封闭式防渗墙。全封闭式防渗墙以弱透水层或隔水层作为防渗底板，对防渗底板的性质有较高的要求。防渗底板的埋深影响防渗墙的深度，深度越深该工程的工程量随之加大，因此对全封闭式防渗墙的设计需要格外注意防渗底板的完整性，否则工程的资金、难度等也将随之变得棘手。

3坝基防渗漏

对于坝基防渗漏的处理，目前使用最多的是灌浆防渗施工技术[8]。针对不同情况，灌浆技术共分为土坝劈裂灌浆技术、卵砾石层帷幕式灌浆技术、高压喷射灌浆技术、膨胀浆塞法灌浆及控制性灌浆技术五种类型。以下为各灌浆技术原理及特点分析：

（1）高压喷射灌浆技术。高压喷射灌浆技术要求的设备极其简单，在施工过程中工程效率高，且材料来源广，针对不同工程需求能很好地控制工程造价[9]。高压喷射灌浆技术主要利用高压水泥泵的喷射冲击力对土层结构进行破坏，水泥浆液沿着喷射压力制造的缝隙充填，凝固后形成具有特定形状及性能的固结体，并具有一定的防渗作用。

（2）控制性灌浆技术。这是近几年的新兴技术，是对传统灌浆方法的改进[10]。主要通过控制水泥浆液的流量，达到加压加速效果，在高质量的前提下，节约时间及精力地完成灌浆。

（3）土坝劈裂灌浆技术。该技术在充分分析地层或坝体应力分布规律的基础上，利用灌浆压力，将坝体沿一定方向劈裂，而后灌注适量的泥浆，堵塞漏洞、裂缝，形成一道连续的泥墙，达到防渗漏效果。土坝劈裂灌浆技术能够改变坝体内应力的分布情况，与地质力学有较大联系，因此在运用此法时，最好对施工对象进行详细的地质勘探。

（4）卵砾石层帷幕式灌浆技术。卵砾石层帷幕式灌浆技术是目前运用较少的一门灌浆技术[11]。与其他技术不同，它的泥浆以粘土为主，混合少量水泥，并常采用3排以上的灌浆孔。因为常常受地质条件制约，不能有效控制泥浆的充填范围，该技术一般作为补充防渗手段。

（5）膨胀浆塞法灌浆。膨胀浆塞法灌浆的使用具有一定的特殊性，主要针对大坝横缝渗漏，常利用泥浆充填孔洞及两道止水带之间的裂缝，达到防渗效果。该种方法效果极好，泥浆充填往往能达到饱满状态，是应对大坝横缝渗透最好的灌浆方法。

4结语

水利工程设施在国民经济的发展过程中起到了重要作用，一直以来都受到国家的重视。笔者结合自己在雷公岛某闸站设计、施工及维护等工作的经验，认识到水利工程防渗漏的重要性，在查阅前人研究资料后，总结出了防渗漏的系列方法，以期对今后水利工程渗漏现象的处理作出贡献。

堤坝或闸站等水利工程的防渗处理并没有一套通用的方案，在实际运用中，需要工程人员对实地情况进行详细勘查、分析，才能设计出合适的防渗方案。

参考文献：

[1]常文华.谈水利工程防渗处理技术[J].河南科技，2013，（12）.

[2]翟飞.刍议水利工程防渗处理施工技术[J].中国水运月刊，2013，13（7）：214-215.

[3]房魁勇，谢大鹏.分析防渗技术在水利工程施工中的应用[J].黑龙江科技信息，2014， （36）：210-210.

[4]徐文军，王世朝，张杰.浅析水利工程施工中防渗技术[J].江西建材，2015，（6）.

[5]胡茂平，黄勇.水利工程防渗漏工程中化学灌浆技术施工工艺的探讨[J].江西建材， 2012， （3）：173-174.

[6]佴永平，王飞，孙晓敏.堤防加固工程中防渗墙的防渗效果及应用条件研究[J].长江科学院院报，2015，18（5）：56-60.

[7]蒋启明.水利工程防渗漏施工控制[J].建材与装饰，2012，（1）：194-195.

[8]王丽.基础灌浆技术在坝基处理中的应用[J].科技传播，2010，（3）.

[9]徐有前.高压喷射灌浆技术在大坝防渗加固中的应用[J].合肥工业大学学报：自然科学版， 2003，26（3）：436-440.

[10]杨森浩，秦铎， 赵忠旭.控制性水泥灌浆在洪家渡围堰防渗工程中的应用[C].2004水利水电地基与基础工程技术，2004.

[11]吴甘露.水利工程施工中帷幕灌浆技术应用分析[J].黑龙江水利科技，2012， 40（3）：224-225.