水利工程施工中堤坝防渗加固技术的运用

韩汝权

（东莞市寮步镇水务工程建设运营中心， 广东 东莞 523000）

堤坝是水利工程的重要组成部分，在水利建设过程与应用过程中发展非常重要的作用。然而，堤坝服役过程中容易出现渗漏问题，如不及时采取有效的措施予以防治，则必然会影响堤坝乃至整个水利工程的作用发挥。

1 传统堤坝防渗加固处理技术应用问题

就水利工程堤坝出险类型而言，国内外学者对其进行了深入的分析和研究。比如，汝乃华在《大坝事故与安全·土石坝》中，将土坝遭到破坏的主要原因进行了分类，即洪水漫顶、滑坡以及渗透破坏和其它类型的破坏等，同时还指出了渗透破坏的危害性；米德尔布鲁克

斯分析了二百座土坝事故以后，统计数据显示渗漏以及渗流相关的滑坡致害事故占40%以

上。基于以上分析研究，国内水利工程各类堤坝病险中，渗漏以及管涌等集中渗流问题造成的安全隐患问题占比较大。同时，现行的传统防渗加固处理技术应用也存在着弊端与不足，

比如抢险性堤坝防渗堵漏过程中依然存在着技术和设备缺陷。

1.1 防渗周期长，防渗体有缺陷

堤坝防渗施工过程中成孔以及开槽速度相对较慢，多采用胶结材料，使用时需要留出足够的养护周期使其能够发生物理/化学效应，然后才能形成凝结体，起到良好的防渗堵漏效果。由于该种方式形成的防渗效果所需的时间相对较长，因此难以有效满足抢险堵漏防渗要求。同时，水泥类建筑材料在凝结过程中具有一定的干缩性，而且与土固结以后导致二者难以紧密连接，即出现“两张皮”现象，以致于防渗效果不达标。

1.2 对堤坝造成扰动，对作业面有较高要求

在现行堤坝防渗加固处理过程中，常用的作业程序主要有两种，一是“开膛破肚”式，二是“振动冲击”式作业程序。无论哪种形式，都会对水利工程堤坝内部造成扰动影响，甚至对堤坝结构造成破坏。同时，对作业面提出了更高的要求，现有的堤坝加固与防渗技术应用过程中所采用大型的施工机械，施工过程中需采用大型运输设备和施作场地；在该种情况下，对于那些道路状况相对较差以及可供作业面相对较小的堤坝排不上用场，而且已经成为中小型堤坝防渗堵漏施工过程中的瓶颈与桎梏。

1.3 容易引发环境问题

在现行水利工程堤坝防渗加固技术应用过程中，破土开挖方式较为常用，同时还会用到泥浆护壁以及水泥浆液等，处理不当极易造成扬尘环境问题，而且产生的建筑垃圾不容小视。综上所述，现行水利堤坝防渗加固过程中防渗处理周期相对较长，而且对堤坝产生较大的扰动，对周围的环境有较高的要求，难以有效满足堤坝防渗要求；尤其对快速抢险性水利堤坝防渗以及数量相对众多的堤坝防渗处理，应当选择性地应用常规材料和方法，更为重要的是应当积极研发新的堤坝防渗处理材料和技术。

2 水利工程堤坝高聚物注浆方法应用实践

自上世纪六十年代起，聚氨酯等有机高分子注浆材料和注浆施工技术方法在国内外业界备受关注。对于聚氨酯而言，其由多元醇以及异氰酸酯等相互反应后形成高分子聚合物，通称为高聚物。对于这些高聚物而言，其通过高压方式注入到渗漏的堤坝之中；高聚物在其中发生化学反应，可以快速形成聚合体（不流动），依靠自身膨胀将坝体裂隙封堵住。从应用实践和效果来看，高聚物注浆技术的应用较之于传统的水泥浆液注浆方法而言，可控性更强。高聚物材料的渗水压力及其密度之间的关系如下图所示，水利工程堤坝注浆操作过程中高聚物注浆材料密度控制在0.1～0.3g/cm3之间。

（图1：高聚物注浆材料渗水压力与密度之间的关系）

从图1可以看出，高聚物的最初渗水压力在0.3～0.7MPa之间，可以能够有效满足普通堤坝加固和防渗处理需求。对于高聚物注浆技术而言，其具体应用如下：

2.1 柔性防渗墙

对于土质堤坝而言，其防渗加固处理是岩土、坝工施工作业难题。岩土是一种多孔材料，水流可谓无孔不入。正所谓千里之堤毁于蚁穴，所以土坝的全面防渗是重点也是难点。传统

防渗技术采用水泥类材料和挖槽、搅拌等方法对堤坝会产生较大的扰动影响，受工况条件以及成本费用的限制，中小型水利工程堤坝无法有效的施工作业。然后，高聚物注浆技术可以有效实现这一操作，其材料可以在土体中呈片状形式扩散，并且能够在狭长的窄槽中顺利流动和填充空隙。高聚物柔性防渗技术的应用机理是：待防渗加固处理的堤坝内施工过程中，形成连续槽孔，并且通过注浆管将高聚物注入槽孔之中；在此过程中，注浆材料能够迅速发生化学反应并迅速膨胀将槽孔填满，然后固化以后成为薄片体。同时，相邻槽孔中的薄片体胶结起来，即可形成均匀、连续以及规则的防渗墙，从而实现土坝防渗加固处理之目的。较之于水泥混凝土结构，柔性防渗墙的优势非常的显著，其扰动相对较小，而且具有良好的抗震性能，便于施工作业，尤其在造墙深度小于30m的土坝堤防施工过程中应用较为广泛。

2.2 渗漏涌水综合治理技术

如果出现涌水现象，则会导致突发性灾害。从当前国内外发展现状来看，涌水应急方面的抢险技术手段依然比较匮乏，技术瓶颈表现为水反应材料会被涌水快速冲散，2011年发生在日本的福岛核电站工程，核泄漏问题出现以后相关部门采取措施进行补救，其中采用了水反应材料进行封堵，但结果涌水失效。对于本工程以及类型工程项目而言，笔者建议采用高聚物材料和施工技术手段，其水反应、膨胀扩散以及在扩散机理非常的显著，尤其是水下以及膜袋和复合注浆技术手段尤为突出。

第一，水利工程堤坝局部渗漏处理中的导管注浆技术。针对局部渗漏问题，采用注浆导管进行施工操作，将高聚物注浆材料置于预定位置使其快速膨胀，从而填充土体空隙和接触缝隙；基于其挤密作用可以使土体变得更加的密实，最终成为坚固而又稳定的防渗体，起到防渗堵漏效果。对于导管注浆技术而言，其主要应用在水利工程坝基以及坝肩渗漏和涵闸

渗漏等部位，如下图所示。

（图2：坝肩（a）与坝基（b）渗漏处理示意图）

第二，膜袋注浆封堵管涌。该种技术手段，主要采用的是膜袋膨胀快速对涌水进行封堵。同时，利用注浆材料在袋内膨胀，对管涌入口进行填充；基于导管注浆技术的应用，对管涌通道进行封堵。

2.3 高聚物注浆技术应用效果

通过性能试验以及应用实践效果研究表明，聚氨酯是综合性能较好的且具有环保功能的水利工程堤坝防渗注浆材料。该种类型的注浆材料能够在土体中快速的扩散并形成片状扩散连续体；高聚物在砂砾土中球形扩散，其对土体空隙进行填充并将其挤压密实，形成持久而又稳固的防渗体。高聚物材料具有显著的应用作用，基于其在土体中的扩散原理提出构建高聚物柔性防渗墙的方案，较之于水泥混凝土墙体，该种类型的防渗墙不仅扰动小，而且具有较强的抗震以及抗裂性能。

3 结束语

总而言之，水利工程项目施工建设过程中最棘手的一个问题就是堤坝防渗加固处理，这关系着整个工程的建设质量及其作用能否有效发挥。传统的堤坝防渗处理手段虽然能够起到一定的作用，但是整体效果并不理想。本文重点分析了高聚物材料以及施工技术特点，以期能够为水利工程中的堤坝防渗加固处理和水利工程建设事业的发展提供一点参考。