垂直防渗技术在大坝除险加固工程中的应用研究

摘  要：水库大坝主要功能为防洪、灌溉、养殖等，若存在防渗质量问题，将会带来严重的安全隐患。为了有效提升工程防渗效果，本文提出了垂直防渗技术，在全面了解垂直防渗技术类型的基础上，结合具体案例，对大坝除险加固工程中垂直防渗技术应用要点进行了分析与探讨，以期进一步推动垂直防渗技术在大坝工程中的应用。

关键词：垂直防渗技术;大坝除险加固;类型

中图分类号：TV543.8    文献标识码：A         文章编号：2096-6903（2020）09-0000-00

0 引言

我国具有较为丰富的水资源，但地区分布不均，为了有效防治水害、调节水资源，修建水利工程意义重大。我国多数小型水库工程建于上世纪中期，基于技术等因素，目前，很多工程已存在很多病害问题，这其中渗漏问题最为突出。水库渗漏不单单会影响工程正常功能的发挥，还会造成严重的安全问题，甚至危害下游人民群众的人身安全。近年来，极端天气日渐增多，集中暴雨时常发生，一旦形成洪水，将会给水库大坝的承载力和安全造成严重威胁。为此，必须重视大坝防渗施工，垂直防渗技术因具有机械化水平高、占地面积小、防渗效果好等优势，将其用于大坝除险加固工程十分必要[1-2]。

1 垂直防渗技术概述及类型

土石坝渗流控制当中，主要分为水平防渗和竖直防渗两种类型，其基本原理都是利用增加土工坝渗透路径和减小渗透坡降的方式，起到保持土坝渗透稳定的效果。相比水平防渗而言，垂直防渗在透水地基防渗处理当中应用效果更为显著，可大大减少渗流量。除此之外，垂直防渗技术的优点还包括：机械化水平高、占地面积小、便于管理和维护等。目前，常见的垂直防渗技术类型很多，比如土工合成材料铺设、混凝土防渗墙等，具体如下：

1.1 土工合成材料铺设

土石坝防渗当中，最常用的一项技术是铺设土工合成材料，其具有简单、高效等特点。主要分为2类，其一，不透水的土工膜、复合土工膜，其二，透水土工织物，其中第一类主要属于隔水防渗;第二类主要为反滤排水。复合土工膜的主要材料包括2大类，高分子聚合物、土工织物，两者相互复合，可构成平面状防渗膜，此类材料具有极小的渗透系数，通常为10-11～10-12，在大坝防渗当中具有良好的应用效果。

1.2 混凝土防渗墙

混凝土防渗墙是指采用钻机等设备，打孔于松散透水地基当中，并通过泥浆固壁，随后将混凝土或其他防渗材料灌注于孔内，进而构成地下连续墙。一般来讲，混凝土防渗墙在各类地层当中均可适用，因此，可按照地层选择不同成槽工艺，尤其是在较大深度地基处理当中，此方法较为成熟，但缺点也较为明显，即成本高[3]。

1.3 高压定向喷射灌浆

高压喷射灌浆是指通过高压水泥浆的冲击作用，使浆液和被灌地层中土的颗粒掺和，从而形成凝结体，最终实现防渗效果。这项技术源于日本，在总结大量施工经验的基础上，我国专家学者进行了不断升级改造，由旋喷灌浆转化为定向喷射灌浆，实践证明其在土石坝坝基防渗当中具有良好的应用效果。

1.4 劈裂灌浆

劈裂灌浆是指在加固土坝过程中，在一定压力作用下，沿坝轴线小主应力面有控制地劈開坝体，并将泥浆灌入，形成浆坝互压，构成一个连续的整体泥墙，达到良好的防渗效果。在泥浆湿化作用下，坝体很可能出现沉陷，这种情况下，将进一步提升坝体的密实度。也就是说，采用劈裂灌浆技术，不仅能够达到防渗效果，还能加固坝体。相比其他技术，其优势在于施工方便，工期短，且可就地取材，成本低[4]。

2 工程概况

某大坝工程修建于20世纪50年代，按照从南到北，可划分为7个工程地质段，堤基土质主要为粘壤土，一些部分存在轻粉质砂壤土，其中第一工程地质段存在弱透水性砂性土，其他工程地质段当中，堤身、堤基渗透系数如表1所示。

在高水位行洪过程中，堤防很容易出现堤下渗漏问题，在背水侧堤脚周围，或者沿堤河处甚至会发生流砂、管涌、砂沸等情况。加之本工程运行时间较长，行洪时，工程实际行洪能力很难满足设计标准，据维修及以往资料可知，本工程堤防和建筑物已发生多次险情，沿线堤防背水坡渗水、坍塌部位较多，存在大量安全隐患。为有效提升工程运行安全，决定对其进行防渗加固处理。

3 施工方案确定

为有效处理本工程堤防背水坡渗漏病害，本文决定采用垂直防渗施工方案，在东堤、西堤堤防迎水侧堤坡上开槽铺膜，防渗处理全长107.2km，其中102.14km为机械垂直铺塑防渗处理长度。与建筑物接头部位采用高压定喷灌浆法，处理长度为1.397km。

4 垂直防渗施工工艺

4.1 测量平整场地

施工前，要对开挖区域的平面位置、水平标高、水准点等进行详细校核、测量，保证测量结果准确，从而构成一个完善的控制网。随后，在迎水侧堤坡处，利用挖掘机土方开挖，保证场地平整、坚实。一般来讲，相比设计水位高度，铺膜施工作业平台顶高程应高出1m以上，这样才能达到机械铺膜的施工需求。

4.2 机械垂直铺膜

第一，开槽。在施工轴线上开槽，挖槽刮刀的宽度为24.5cm，保证槽孔宽度在0.26m以内，通过垂直铺膜设备尾部卷扬装置进行挖槽深度控制。根据铺膜深度施工控制表，对挖槽深度进行合理控制。要求在设计槽深以上，大于0.2m左右。

第二，卷膜。按照垂直铺膜设计深度，合理选择塑膜规格。沿幅宽方向，通过专用设备整齐地卷在φ50mm的镀锌管上，50m为每卷膜的长度，成卷之后，直径需控制在槽宽以下，便于槽孔内膜卷能够顺利转动。

第三，塑膜联接。采用缝合工艺连接土工膜卷和卷，一般以尼龙线为缝合线，缝合搭接宽度在10cm以上，采用双排缝线。

第四，塑膜铺设。按照设计规定，缓慢放下膜卷，保证土工膜不变形、不拉裂，准确向设计深度位置下沉，保证土工膜高于槽孔约6cm，且在槽口进行固定压实。待形成槽孔之后，通过起吊、牵引设备将铺膜杆悬挂在槽孔内，并不断向前牵引，在开槽机前行过程中，同时完成展膜施工，并紧贴槽壁上游侧铺设塑膜。

4.3 回填沟槽

完成上述施工作业后，由膜下游侧逐步回填，施工过程中，可采用挖掘机先在沟槽背水侧槽口部位堆积回填土方，随后利用人工方式，向槽内回填，保证铺膜与上游侧紧贴，并压实回填土表层，保证其密实度在原堤身以上。通过7～10d沉降之后，沟槽内的泥浆水逐步消除，此时若槽内回填土顶面下沉，则需二次补充回填沟槽[5]。

5结语

综上所述，作为基础性工程设施，大坝水库工程在促进地区经济发展、提供生产生活用水及抗洪防涝等方面具有重要意义。由于我国地质水文条件复杂，很多工程安全性和稳定性受到了不同程度的影响，随着水利工程使用年限的增长，渗漏问题极为普遍，若不及时处理，将大大影响工程运行控制的可靠性。为了有效提升工程的防渗效果，解决渗漏问题，必须慎重选择防渗施工技术。相比水平防渗技术，垂直防渗技术适用性更强，尤其是在透水地基防渗处理当中应用效果更为显著，可大大减少渗流量。因此，在具体施工当中，必须结合工程实际，规范施工流程，掌握施工技术要点，提高防水效果[6]。

参考文献

[1]孙士洪.复合土工膜水平防渗施工及质量控制要点[J].山东水利，2019（10）：47-48.

[2]卢禄.平原水库坝基防渗膜水平铺盖长度的确定[J].中国水运（下半月），2019，19（1）：169-170.

[3]叶梦蛟.抽水蓄能电站上水库垂直帷幕防渗施工方案浅谈[J].湖南水利水电，2019（3）：13-16+44.

[4]张君.水库大坝灌浆施工技术及其防渗加固策略[J].治淮，2019（6）：43-44.

[5]吴舅槐.白礤水库除险加固大坝防渗处理方案设计[J].广西水利水电，2019（2）：71-75-78.

[6]万建平.水库除险加固工程中低弹模混凝土防渗墙的应用[J].水利科学与寒区工程，2019，2（1）：122-124.

收稿日期：2020-08-03

作者簡介：李永亮（1983—），男，河南郑州人，本科，工程师，研究方向：材料试验。