综合防渗技术在水库除险加固中的应用

周宗兵

(江西省水利水电建设有限公司，南昌 330025)

综合防渗技术在水库除险加固中的应用

周宗兵

(江西省水利水电建设有限公司，南昌 330025)

水库防渗除险加固已成为当前水库尤其是土石坝安全运营的最大安全隐患。对于水库除险加固已成为当前水库运营质量管理的重要活动。针对水库常见防渗病害，文章介绍了高压喷射灌浆、帷幕灌浆和塑性混凝土防渗处理技术，分别介绍了相关施工工艺和质量控制措施；针对防渗处理的隐蔽施工作业，分别从渗流分析、钻孔取芯、注水检测和物探检测方面进行了施工质量检验，为保证防渗病害除险加固提供了系统的理论和处理方法。

除险加固；综合防渗；质量控制；效果评价

0 引 言

由于我国建国初期大量低水平水库工程的大量施工和完成，造成很多水库防洪标准低,工程质量差,至今最早完成的水库工程已经运营了60a左右，相对于100a的设计基准期而言，当前水库已经到了需要大检大修的年限，又加上长期以来未形成良胜的运行管理机制,水库的问题尤其是渗流问题，已经成为水库继续安全服役的重大安全隐患问题。对工程缺乏必要的维修加固,造成部分水库甚至无法正常的运作，不能发挥它应有的效果。为了人民的生命财产安全，为了可持续经济的发展，及时有效的对水库除险加固是相当必要的。

针对土石坝常规“上堵、下排”防渗技术存在的弊端，通过总结以往防渗技术经验和教训，文章主要介绍了水库常见病害及其原因分析，并针对常见病害提出了针对性的除险加固意见，对于综合防渗技术进行了详细的介绍，并对于施工质量的控制进行了具体讲解，对于除险加固后的防护效果，并提出通过渗流分析、取芯、注水和物探检测技术进行相应的加固评价。从一方面验证了综合防渗技术在水库加固除险工程中的应用，为后期类似工程提供可资借鉴的理论经验。

1 水库常见病害及原因分析

鉴于我国水库多建于1949以后，加上当时的建筑材料紧缺和技术的落后，多数水库以土石坝为主，随着运营年限的增加，各种先天和后期形成的病害逐渐显现了出来，以下根据笔者多年的水库水闸检测经验和科研项目调查分析，当前土石坝主要存在以下病害，并针对相关病害进行了简单分析：

1.1 下游坡脚积水

对于土石坝而言，常存在主坝基础开挖不到位，未按照设计要求进行开挖清理，尤其是河滩和两坝肩的基础开挖清理状况较差，甚至局部存在耕植土，或者树根、杂草等，造成渗透系数较大，甚至存在着较大的渗漏通道，同时由于下游坝脚处水位设置和地基沉降问题，造成下游渗流水无法顺利排出，造成下游坝脚积水、造成土地沼泽化[1]。

1.2 湿坡与烂坝

鉴于土石坝的构筑特点，对于坝体填筑土体的击实度要求较高，标贯击数需要保持在6-10范围之内，然而对于填筑土石坝的土体而言，上下层甚至同层之间土体的标贯击数往往会出现跳跃反复现象，造成土石坝密实度不均匀，容易在密实度不足的部位产生渗流薄弱区，造成湿坡和烂坝现象出现。

1.3 集中渗漏点出现

对于在土石坝填筑施工中，部分土体含沙量过高的情况，这会造成坝体透水性较大，鉴于岸坡坡度较大，同时存在部分输水涵洞距离较近的情况，因此对于涵洞周围由于土石结合部位的渗流薄弱处，存在绕坝渗流或接触渗漏的薄弱区域[2]。

1.4 输水涵洞长期渗漏

对于输水涵洞尤其是长距离的输水涵洞，鉴于土石结合部位的薄弱性能，长距离的输水涵洞对于周围地基土体的要求较高，如果地基存在不均匀沉陷问题极易造成涵洞砌石断裂，造成渗漏。

2 常见防渗技术及质量控制措施

针对水库工程常见的病害及原因分析，目前存在高压喷射灌浆、帷幕灌浆和混凝土防渗墙等方式进行除险加固作业。

2.1 高压喷射灌浆

对于高压喷射灌浆在水库加固除险中的应用，主要施工流程如图1所示。

图1 高压喷射灌浆工艺流程

对于上述施工工艺流程，为了保障高压喷射灌浆效果，需要在以下3点采取措施：

1)单管高压旋喷桩布置：对于旋喷桩的布置，在坝轴线间距0.4m范围内，往往采取单排布置的方式，桩径多采用0.60m设置。

2)防渗设计指标：对于单管高压旋喷桩，其抗压强度不得低于0.8MPa，防渗墙的厚度不得低于40cm，墙体渗透系数不得大于i×10-6cm/s(1≤i<10)，破环比降则需要不得小于80的设计要求。

3)质量控制与检验：对于高压喷射灌浆的处理工艺，最为重要的则为灌浆过程，这关乎着整体施工的质量甚至防渗处理的成败。因此需要在孔位布置、灌浆材料选择、注浆参数和施工工艺方面采取针对性措施，保障灌浆过程可控，最大程度的保障灌浆效果：①钻孔前按照设计要求进行测量放样，尽量按照设计进行喷射灌浆，保证地下成墙，且需要保证顺利成孔和孔壁的稳定性，同时在钻孔过程中，需要经常性的检查钻杆的平直度，钻孔作业完成后需要检测孔的顺直度，不合格的孔位需要重新进行钻孔作业。②对于灌浆材料的选择，当前主要选择普通硅酸盐水泥材料，鉴于水泥基材料的特点，因此在使用前需要对于水泥质量进行鉴定，同时在施工过程中严格控制浆液的存放时间，施工过程中对于浆液质量进行随时检查，发现不满足配比要求的情况下，停止施工，在问题处理之前不进行继续施工[3]。③在喷浆过程中，如果遇到底层存在较大空隙造成冒浆工序难以出现时，可在空隙地段加大注浆量，或者采用石子混凝土进行灌浆，待空隙填满后继续喷射作业；如果存在临孔串浆时，可以相应的加大临孔灌浆作业时间[4]。

2.2 帷幕灌浆

相对于高压喷射灌浆作业，帷幕灌浆则是相应的提高了施工效率，加快了施工进程，保障了施工防渗加固除险的效果，主要施工工艺如图2所示。

根据上述帷幕灌浆施工工艺流程，需要在以下4个方向重点注意，保障施工效果：

1)灌浆材料需要选择合适的硅酸盐水泥，对于水泥细度则需要满足通过80um的筛子后，筛余量在5%范围之内。

2)孔斜测量。对于帷幕灌浆，需要对于孔斜度进行测量，对于孔底误差≤20cm，如果存在偏斜超过要求应及时采取纠偏或其他补救措施。

3)灌浆方式。对于灌浆孔的基岩段在6m 范围之内时，可以采用一次注浆的方式，如果基岩段在6m范围以上，则需要进行多次循环管灌浆。对于孔口压力，需要满足不低于0.3MPa，具体的需要根据试验室的数据确定。

4)结束标置。对于灌浆施工过程，对于灌浆作业结束的判断，多采用规定压力下，注入率<0.4L/min时，继续灌注30min则认为灌浆作业结束。

2.3 混凝土防渗墙的施工

对于塑性混凝土防渗墙的施工，主要存在以下几个步骤：导墙施工、挖槽及控制施工、护墙泥浆浇筑和塑性混凝土浇筑施工，具体施工工艺分析如图3所示：

图3 塑性混凝土防渗墙施工工艺流程图

根据施工工艺流程图可知，塑性混凝土防渗墙施工具体工艺如下：

1)导墙施工：对于导墙的施工，首先需要测量放线，分别确定槽段接头位置和数目，然后开挖基槽；浇筑基层混凝土，然后钢筋和模板的建安，养护之后即可进行拆模和土方回填。导墙结构如图4所示。

图4 导墙结构图

2)护墙泥浆：对于护墙泥浆的制备，需要注意泥浆质量尤其是其比例变化，需要严格限制泥浆存储空间，多数需要将泥浆存储在泥浆池内，对于泥浆池的体积需要满足单个槽孔进行连续施工。为了保证泥浆的均匀性，需要通过泥浆泵来进行泥浆的运输[5]。

3)塑性混凝土浇筑：为了保证防渗效果，对于塑性混凝土的配合比应进行实验室的对比配置，尤其是防渗薄弱位置，需要严格控制塑性混凝土配合比，并对于其防身效果进行现场检验。

对于塑性混凝土防线效果的保证，不仅需要在配合比上进行严格要求，同时需要对于其施工工艺也需要按照设计严格执行；尤其是在塑性混凝土墙与底层混凝土连接位置，需要注意不同层混凝土的结合强度；对于上层混凝土，需要注意其密实性，保障最上部塑性混凝土的防渗效果。

3 加固效果评价

对于水库除险加固，除了采取综合防渗技术，在材料和施工工艺上严格执行设计要求，对于防渗加固处理效果，需要对于渗流进行计算分析，采取取芯、注水和物探进行检测，保证综合防渗效果的有效稳定。

3.1 渗流分析

对于采取综合防渗技术加固除险后的书库，需要对于其设计洪水位和校核洪水位进行渗流计算分析，并采取一定的措施进行渗流验证，保证防渗处理效果良好。

3.2 钻孔取芯和注水检测

对于采用旋喷防渗墙处理的水库，为了对于其防渗墙的完整性和抗渗性能，对于加固后的书库采用钻孔取芯的直观方法进行防渗加固效果的检验，通过芯样的抗压强度来检验加固效果。

对于部分渗流重要部位，需要进行注水检测，在一侧注入盐水，另一侧检验其导电系数，通过导电系数的变化来检验防渗加固的效果，通过计算保证渗透系数满足加固设计要求。

3.3 物探检测

对于加固后的水库，如果存在取芯不方便或者渗流薄弱区域不适合取芯的位置，需要通过物探技术进行防渗效果的检验，当前主要采用高密度电法和探地雷达技术进行测试，通过被测物质的稳定性来保证防渗加固效果的稳定性。

4 结 语

对于水库防渗病害的除险加固，当前多采用复合土工布薄膜、水泥搅拌桩等方法进行处理，然而由于技术的限制和施工工艺的缺憾，造成当前防渗处理效果不佳；综合防渗技术如高压喷射灌浆、帷幕灌浆和塑性混凝土防渗墙的采用，大大保证了防渗加固处理的效果，同时施工工艺简单，施工质量容易保证。

针对不同类型水库的防渗病害加固除险，需要根据具体情况进行分析并采取相应的防渗处理技术，从根本上解决防渗病害问题。文章系统介绍的综合防渗加固除险技术，防渗处理效果显著，对于今后类似工程的选择提供一定的理论经验。

[1]龚木金.混凝土防渗墙在云南病险水库加固中的应用[J].云南水力发电，2005(21)：63-65.

[2]李长华，龚德新，郭祥初.运用高压旋喷建造土坝坝基灌浆盖板技术[J].中国水利，2002(08)：59-50.

[3]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(03):32-34.

[4]水利部水工技术咨询中心.SL62—94水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].北京:水利电力出版社，1994.

[5]柳伟.浅谈水库大坝塑性混凝土防渗墙施工技术与控制[J].河南水利与南水北调，2009(05)：70-72.

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2017-08-12

周宗兵(1968-)，男，江西南昌人，工程师，从事水利工程管理工作。