水利工程施工中堤坝防渗加固技术应用及质量控制

2021-08-29刘艳珍新疆玛纳斯河流域管理局水利管理中心

珠江水运 2021年15期

刘艳珍新疆玛纳斯河流域管理局水利管理中心

1.水利工程施工中堤坝防渗加固技术的应用

1.1 灌浆防渗加固技术

在水利工程中，灌浆防渗加固是通过导管向堤坝土体结构中高压灌入水泥砂浆等浆料，浆料与土体颗粒凝结混合形成连续性固结体的一种技术手段，所形成固结体具有良好的防渗阻水性能，可以有效封堵堤坝结构中形成的渗漏点，消除防渗薄弱环节，多用于处理心墙坝与均质堤坝等类型水利堤坝的渗漏险情。

同时，根据灌浆方式，可以将灌浆防渗加固技术分为劈裂式、速凝式、高压填充式三种技术手段，不同技术的适用范围、防渗加固效果、工艺步骤存在差异性，具体如下：第一，劈裂式灌浆加固。施工人员使用钻机设备，在堤坝结构指定位置钻设若干数量孔洞，基于水力劈裂原理，沿坝轴线向孔内开展加压灌浆作业，浆液破坏堤坝原有结构，形成贯通劈裂缝，受到浆液自重、注浆压力、坝互压等多重作用影响，在堤坝中固结形成防渗墙体结构，有效填充堤坝中分布的各处孔隙裂缝，取得改善堤坝结构压密性与调整应力状态的技术效果。第二，速凝式灌浆加固。在堤坝渗漏点或管涌处钻设孔洞，在孔内填入大米等具备膨胀特性的材料，随后，在孔内低压灌注水泥浆液，在浆液中添加一定量的速凝剂，填充材料遇水产生膨胀反应，起到控制管内阻力与堵塞管涌的作用，在短时间内消除堤坝管涌险情。第三，高压填充灌浆加固。配置50m工程钻机等型号的设备机具，在堤坝防渗加固区域中钻设孔洞，将相邻孔洞间距保持在2m左右，要求孔底到达砾石层，在孔内下放注浆导管。随后，按照自上至下顺序，在孔内高压灌注浆液，依次在砂砾层与地表土层中灌注适量浆液，最后使用黄泥浆等材料对孔口进行封孔处理，待浆液凝结硬化后即可完成灌浆加固作业。

1.2 防渗墙防渗加固技术

1.2.1 高压喷浆成墙防渗

施工人员使用喷杆与高压喷射灌浆机等设备机具，控制喷杆执行旋转升降操作，自喷杆喷嘴持续向外高压喷射浆液，在压力作用下破坏原有土体结构，土体颗粒与浆液得到充分混合接触。随后，将其静置一段时间后，浆液与原有土体共同硬化形成圆柱形等形状的固结体，并由若干固结体咬合构成整体性的防渗墙体结构，这项技术多用于开展水利堤坝接触带和地基覆盖层等位置的防渗加固施工作业。

1.2.2 振动沉模板墙防渗

在现场配置步履式打桩机设备，将设备底端阀门切换至开启状态，在堤坝结构中插入空腹钢模板，施工人员提前在板内灌注适量的具备较强胶结性能的浆液。随后，控制设备开展振动提模操作，将空腹钢模板内的浆液持续灌注至预设槽孔，待灌浆操作完毕后，将浆液静置一段时间，即可在堤坝内凝结为连续性的防渗墙体，实现防渗加固的技术目的。根据实际施工情况来看，振动沉模板墙防渗技术多用于处理低等级堤坝。

1.2.3 混凝土置换成墙防渗

施工人员操纵开槽设备，对堤坝指定部位开展开槽作业，在槽体内采取泥浆护壁措施进行加固，均匀灌注适量混凝土，开展混凝土振捣与养护作业。待混凝土凝结硬化后，在槽体内形成具备防渗性能的混凝土连续墙，并在客观层面上起到改善堤坝结构物理力学性能的作用，该项技术主要被用于处理土石类堤坝。

1.2.4 垂直铺塑防渗

此项技术是用于解决江河堤防以及平原水库围坝工程渗漏变形质量通病的一项技术手段，当前多用于处理尾矿坝，施工人员使用开槽机在堤坝结构中开挖槽段，对槽体采取泥浆护壁措施。随后，在槽体上均匀铺设土工膜材料，要求土工膜与槽壁保持垂直状态，使用特定品种填料对槽段进行回填处理，以此来改善堤坝结构的防渗截水性能。与其他技术相比，垂直铺塑防渗技术具有工艺简单、防渗效果显著、施工成本低廉的优势。

1.2.5 水泥土搅拌桩成墙防渗

在堤坝防渗加固区内开挖若干数量的桩孔，在孔内旋转提升钻杆持续喷射水泥浆等固化剂，固化剂在压力作用下破坏周边土体结构，与土体颗粒强制搅拌，产生一系列物理化学反应，在一段时间后凝结硬化为水泥土搅拌桩，由多个搅拌桩组成防渗墙体结构，多用于处理分布饱和软黏土与砂性土层的水利工程。

2.水利工程施工中堤坝防渗加固技术的质量控制措施

2.1 堤坝险情预防

在正式施工前，做好地质勘察与现场实地考察工作，全面掌握水文地质条件，判断水利堤坝是否存在渗透、滑坡和开裂险情，针对可能出现和已存在的险情，在施工方案中采取相应防治措施，对初步施工方案进行优化设计。例如，针对分布砾石层与砾石颗粒直径过大地层的水利工程，应用开槽法以及盖重排水减压处理地层，必要情况下采取反滤保护措施。同时，针对严重老化与结构力学性能大幅下滑的水利堤坝，提前对堤坝结构进行加固处理，如加厚堤坝坝身，也可选择采取翻挖法对堤坝进行二次填筑处理。

2.2 强化注浆材料性能

在早期建成的水利工程中，普遍使用水泥砂浆作为注浆材料，水泥砂浆的可控性、抗渗性与力学性能有所不足，难以满足现代水利工程的堤坝防渗加固施工需求。因此，企业应做好注浆材料选材工作，优先使用新型的高聚物注浆材料，如聚氨酯注浆材料，增强注浆可控性。根据相关调查结果显示，在使用水泥砂浆等传统注浆材料开展劈裂灌浆作业时，浆液在土体中呈现柱形以及球形的扩散状态，不易控制。而在使用高聚物注浆材料时，通过增大注浆压力，控制浆液自孔壁垂直劈裂土体结构，在土体结构中扩展形成片状楔形体，在注浆孔周边对称形成竖直裂缝，最后形成片状浆脉，现场施工效果如图1所示。

图1 高聚物注浆材料在土体中的扩散效果图

2.3 工艺过程质量控制

在水利堤坝防渗加固施工期间，为及时发现与解决突发状况和质量通病，确保技术方案得到有效执行，取得预期的防渗加固效果，因此，必须提高对工艺过程的质量控制力度，全面掌握防渗加固技术的操作要点。例如，在劈裂式帷幕灌浆施工期间，施工人员持续观测灌浆情况，动态化调整注浆压力值与浆液稠度，解决出现的冒浆、串浆问题。如在出现串浆问题后适当增加灌浆量，采取间歇灌浆方式应对冒浆问题。