水利工程施工堤坝防渗加固技术

曹文旭

(广东祥实建设有限公司，广东 中山 528403)

在我国，很多水利工程的修建时间较早，受技术、资金、管理等因素的影响，并没有能够取得理想的施工效果，暴露出很多问题，如防洪标准低、坝体老化、渗透稳定性差等，影响了水利工程的运行的稳定和安全。对此，需要及时做好水利工程堤坝的防渗加固工作，借助科学的防渗加固技术，及时消除堤坝中存在的安全隐患，将水利工程的功能和价值充分发挥出来。

1 水利工程堤坝防渗加固的重要性

水利工程是我国基础设施工程的一个重要组成部分，也是顺应可持续发展理念的一种有效措施，通过对水利工程的施工建设，能够实现对于水资源的合理利用，有效预防洪涝灾害，更好地满足社会生产以及人们日常生活对于水资源的需求。作为水利工程中的核心构筑物，堤坝本身占据了水利工程总量的80%～90%，因此，在水利工程施工中，做好堤坝建设非常重要[1]。而从目前的发展情况分析，我国很多中小型水利工程都建成于20世纪60年代或者70年代，运行时间长，加上维护管理不到位，堤坝存在着一定的渗漏问题，会对水利工程的运行安全造成威胁。做好堤坝防渗加固工作，能够对水利工程堤坝中存在的缺陷和隐患进行排除，进一步提升堤坝运行的稳定性，保证水利工程功能的充分发挥[2]。

2 水利工程堤坝渗漏的主要原因

2.1 整体质量偏低

最近几年，我国水利工程的数量呈现出快速增长的趋势，不过相对而言，依然有相当一部分建设较早的中小型水利工程处于运行状态，而因为当时施工条件以及技术水平的影响，这部分工程项目的质量无法得到保证，加上长期受各种自然因素的侵蚀，很多水利工程堤坝都出现了不同程度的渗漏问题，甚至存在着垮塌的风险[3]。

2.2 设备应用不当

机械设备的合理应用是保证水利工程施工质量和施工效率的关键，而如果机械设备的使用不当，则可能导致堤坝施工质量下降的问题。从目前来看，相当一部分施工单位在对水利工程进行施工建设的过程中，没有重视机械设备的质量控制和监督管理，导致很多设备无法将自身的功能和作用充分发挥出来[4]。

2.3 运营维护不足

后期运营维护工作对于水利工程堤坝的影响不容忽视，水利工程的运行环境恶劣，如果缺乏有效的运营维护，没有能够及时对潜在的问题和隐患进行处理，则可能导致问题的扩大化，继而引发堤坝渗漏的问题。一般情况下，水利工程施工建设完成后，会交给运营单位实施运营维护工作，但是因为监督管理机制的欠缺，不少工作人员存在着懈怠心理，对于堤坝巡检不够仔细，没有能够及时发现堤坝中存在的问题，随着问题的扩大化，堤坝可能出现渗漏和决堤的风险[5]。

3 水利工程堤坝防渗加固技术

3.1 水平防渗加固技术

水平防渗加固技术的应用必须充分考虑水利工程堤坝的实际情况，选择最为恰当的加固形式，以此来保证加固的效果。在实践中，常用的加固方法有三种，一是对于出现大面积渗漏的堤坝，对防渗加固技术的要求较高，需要施工人员做好水量测量工作，对照工程的实际情况做好全面分析，确定最佳的防渗加固方案；二是应该立足全坝分析的角度，对存在有结构问题的堤坝，可选择渗透压力平台加固技术；三是如果堤坝要求对渗漏率进行控制，可以采用水侧拦截技术来提升防渗加固的连续性，保证堤坝的稳定和安全[6]。

3.2 高压喷射灌浆技术

高压喷射灌浆技术的基本原理，是利用射流作用，对堤坝所处地层的结构做出改变，然后灌入水泥浆或者复合浆液，在地层内部形成凝结体，从而起到防渗加固的效果。在当前的技术条件下，高压喷射灌浆施工的方法可以分为几种：一是单管法，主要是借助高压泥浆泵，将预先配置好的水泥浆以30 MPa的压力喷射到地层中，借助冲击剪切作用破坏地层结构，然后通过旋转的方式，实现水泥浆和土层的充分混合，凝固后可以形成具备较高稳定性的凝胶体。单管法施工中，水泥浆液的水灰比控制简单[7]，能源利用率高，不过对于高压泥浆泵的依赖性较大；二是双管法，利用双通道注浆管，在水利堤坝底部同轴双重喷射高压水泥浆和空气，扩大破坏面积，最终形成延伸长度更大或者桩径更大的凝胶体。双管法的优势在于相同压力下，高压水泥浆能够与空气协作，有助于防渗加固效果的提高，不过其只适用于软土层；三是三管法，三管法是利用三个通道，分别输送高压水泥浆、空气和清水，在30 MPa～60 MPa的超高压作用下冲切土体，然后借助泥浆泵灌注的方式，对土层进行加固[8]。这种方法的优势在于喷射压力高、设备损耗小，形成的凝胶体体积更大，在软土地基和砂土层防渗加固中有着良好的适用性；四是多管法，在施工中，需要先在地面钻出倒空，置入多重管，然后利用向下旋转运动的超高压喷射流来破坏土体结构，以高压水冲切岩石，以真空泵将泥浆抽出，形成巨大的内部操作空间，在喷嘴位置设置超声波传感器，对相关数据信息进行采集，然后结合实际情况，将混合均匀的水泥浆、砂浆和砾石等填充到空间中[9]。

3.3 振动沉模防渗技术

振动沉模防渗技术的基本原理有两个，一是振动机械原理，将振动锤作为动力设备，两根轴上分别设置一个偏心块，电机启动后，牵引偏心块形成偏心，抵消双轴同向运动产生的横向偏心力，而在竖向运动时会形成激振力，使得其在垂直方向往复高频振动，冲击动量会直接作用在空腹模板上，使得其迅速沉入到地层中；二是振动沉模原理，空腹模板在沉入到地层后，可以启动灌浆设备灌注水泥浆，在牵引力的作用下，振动模板逐渐上升，水泥浆会在重力的作用下，将模板上升形成的空间填满[10]。施工中模板的上升和注浆是同步进行的，空腹模板能够提供良好的防护功能，不容易出现墙壁坍塌的问题，而且在模板底部设置有多个槽孔，能够很好地应对地下洞穴、废弃管道以及渗水点等问题，保证防渗加固的效果。

3.4 劈裂帷幕灌浆技术

劈裂帷幕灌浆技术的基本原理，是沿工程堤坝轴线，均匀设置灌浆孔，在两侧坝体中开出一定的空间，通过灌注水泥浆的方式，形成连续性防渗帷幕，从而解决水利工程堤坝渗漏的问题，同时也能够起到良好的加固效果。通过高压水泥浆的灌注，能够对堤坝内部存在的应力不足的区域进行处理，使得堤坝能够达到应力平衡状态，促进结构整体稳定性的提高。不过也需要注意，不同地区的地质条件和气候条件的差异，使得水利工程堤坝破坏的原因也有所不同，在进行防渗加固前，需要做好相应的灌浆试验[11]，确定堤坝破坏的原因，同时对地层的物理力学性质进行明确，制定出最佳的灌浆方案，这样才能保证防渗加固的效果。

3.5 土工膜防渗技术

土工膜防渗技术是最近几年才发展起来的全新技术形式，能够用于水利工程堤坝垂直防渗墙、防渗斜墙以及水平防渗铺盖的防渗加固作业。施工环节，需要沿堤坝垂直方向钻出槽孔，将与槽孔深度一致的土工膜整卷放入到槽孔内，然后将其轴卷倒转，充分展开后，在两侧相连区域搭接，并在土工膜两侧填充混凝土，形成相应的防渗帷幕。土工膜防渗技术的施工效果与土工膜本身的质量密切相关[12]，因此在我国相关规范中，对堤坝防渗加固中土工膜的参数进行了明确：水利工程堤坝使用的土工膜厚度应该大于0.5 mm，一些关键部位可以根据实际情况适当加厚，次要部位可以适当减小，但是最小厚度不能小于0.3 mm。

3.6 级配料灌浆技术

级配料灌浆防渗加固技术适用于断层地带、喀斯特地貌以及存在较大裂隙的水利工程堤坝工程，在实际处理中，需要结合防渗加固的需求，做好水分和砂石等的配比设计，形成混合泥浆，利用压力泵将混合泥浆压入到堤坝内部，借助压力和重力的共同作用，对堤坝中的缝隙和空洞进行填补，形成密实稳定的凝固体。在我国南方丘陵地带以及西南地区，喀斯特地貌广泛分布，级配料灌浆技术的出现，能够为这些地区水利工程堤坝的防渗加固提供可靠支撑[13]。

3.7 渗漏涌水处理技术

考虑到水利工程堤坝渗漏可能导致的严重后果，工作人员必须结合实际情况来对封堵材料进行合理选择，从提高堤坝防渗加固效果的角度，可以选择高聚物材料，其具备显著的膨胀扩散机理，能够实现对于裂缝问题的有效处理，规避可能出现的严重后果，同时也能够为日后处理提供便利，做好水流的合理引导，有效缓解水压，降低水流作用对堤坝的影响。对照水利工程堤坝的实际情况，选择科学的渗透涌水处理技术，能够发挥出良好的防渗加固效果，促进水利工程施工质量的提高[14]。

4 案例分析

海丰县龙津河(上游段)治理工程位于海丰县海城镇龙津河上游段内，本项目为河道治理长度为10.96 km，工程造价约 1955.35万元。招标范围：清淤10.96 km、护岸11.85 km、重建水陂1座、加固水陂6座。在治理工程中，水利工程堤坝的防渗加固非常关键。结合工程的实际情况，考虑坝体表面存在裂缝、塌陷等隐患，为了保证最佳的防渗加固效果，最终决定采用劈裂帷幕灌浆技术进行加固。

图1 海丰县海城镇龙津河治理工程(局部)

防渗加固过程中，考虑工程施工的特殊性，在钻孔时采用了梅花形布孔的方式，从顶部开始沿堤坝直线向外钻孔，钻进深度为1.5 m，孔间距为3.0 m，在部分区域，可以适当对其进行调整，不过依然需要保持在1 m～2 m之间。技术人员在进行施工的过程中，也可以采用直线布孔的方式，不过需要做好从下到上灌浆，把控好灌浆的速度，在缓解压力的同时，规避漏浆和滑坡等问题。施工环节，采用孔底注浆全控灌注纯压的方法进行灌浆，注浆管下到距离孔底0.5 m左右的位置，灌浆压力为0.2 MPa～0.4 MPa，需要安排专人做好现场观测，确保压力值不超过最大允许灌浆压力。施工采用的是分次灌浆的方式，难点在于必须将每一次灌浆量控制在0.1 m3～0.5 m3之间，坝面裂缝必须被控制在3 cm以内，弹比不小于50%。完成的工程量包括：沿坝轴线单线布置灌浆，分段灌注，坝基帷幕灌浆防渗；灌浆深度由现场水压试验都能够深入到弱透水层下3 m；检查孔的数量为灌浆孔总数的10%。

实践结果显示，将劈裂帷幕灌浆技术应用到堤坝防渗加固中，能够起到显著的防渗加固效果，有效缓解了降水对于水利堤坝的冲击，也可以对小型堤坝运行中存在的弊端进行弥补，值得进行推广[15]。

5 结语

总而言之，最近几年，伴随着经济的快速发展，我国的水利工程施工技术和堤坝防渗技术得到了显著提升，很好地适应了社会发展对于水利工程的需求。面对水利工程运行中存在的堤坝渗漏问题，运营管理机构必须重视起来，借助先进的防渗加固技术，对水利工程堤坝中存在的渗漏问题进行解决，提高水利工程的运行效率，将水利工程的作用充分发挥出来，带动经济的可持续发展。