水利工程堤坝防渗加固施工技术

2021-11-23马小甜塔城地区水利水电勘察设计院

珠江水运 2021年5期

马小甜塔城地区水利水电勘察设计院

1.水利工程堤坝渗漏的主要原因

1.1 材料缺陷

当前很多水利工程选择建设土石坝式堤坝，这类堤坝结构的力学性能较为优异，具有适用范围广、稳定性能好、成本低廉等优势，符合施工标准。但是，随着时间推移，堤坝结构持续受到水流冲刷作用力影响，致使岩石内部颗粒结构产生程度不一的变化，逐渐加剧岩石结构破坏程度，堤坝结构性能持续下滑。如此，在岩石结构性能下滑幅度过大，或是遭遇较强水流时，容易出现堤坝渗漏问题，并在问题严重时引发坝体塌陷等安全事故。同时，使用劣质材料，也会提高堤坝渗漏问题的出现概率，如使用的填料内混入腐殖土等杂质，或土块未得到完全粉碎处理便投入使用。

1.2 结构变形

与普通建筑工程相比，水利工程所处运行环境较为特殊，堤坝结构底部长时间浸泡在水体中，受到水面上下温度差、环境湿度与不同应力的影响，随着时间推移，坝体结构将会出现自身形变现象，在形变量超过一定程度后导致堤坝结构扭曲变形，破坏结构稳定性与抗渗性能。因此，在水利堤坝工程施工及使用期间，不但需要采取防渗加固技术措施，还需要持续对堤坝形变量进行观测。

1.3 技术缺陷

在部分水利工程中，由于堤坝方案存在技术性问题有待解决，或是出现错误施工与违章操作等不规范行为，导致所建设堤坝结构质量与预期施工要求产生出入，并未达到工程质量标准。如此，在水利工程使用期间，受到复杂运行环境与水流冲刷作用影响，可能出现堤坝渗漏与结构开裂等质量通病。例如，在某水利工程中，施工人员并未严格按照设计方案开展分段施工与接头处理作业，导致堤坝结构层与防水层分层，在堤坝使用期间出现渗漏现象。

2.水利工程中堤坝防渗加固技术的具体应用

2.1 灌浆防渗技术

2.2.1 劈裂式帷幕灌浆

劈裂式帷幕灌浆主要被用于防渗加固堤坝坝身部位，在堤坝防渗加固施工期间，由于堤坝坝身并非为一条直线，需要使用钻机设备在坝身上钻设若干数量孔洞，将孔洞以梅花形或是直线形进行排列，并将堤外肩部位与临近孔洞间距保持在1-1.5m范围内，将相邻孔洞间距保持在2.5-3m内。随后，遵循从下到上顺序开展灌浆作业，采取少量灌浆与多次灌浆方式，保持各次灌浆量基本相同，向所钻设孔洞内灌注适量浆液，并随着灌浆进程的推进不断提高浆液粘稠度。最后，在所灌注浆液凝结硬化后，即可在堤坝结构中形成帷幕结构，填补堤坝结构中分布的孔隙裂缝，改善结构稳定性与整体性能，实现防渗加固施工目的。此外，在劈裂帷幕灌浆施工过程中，常出现局部鼓包、串浆与冒浆等技术问题，需要持续对堤坝内灌浆情况进行观测，及时发现并处理此类技术性问题。

2.2.2 灌浆加固

在应用灌浆加固技术时，施工人员可以直接在堤坝上游面凿设孔洞，选择倾斜凿孔或是水平凿孔，并向孔洞内埋设注浆管，使用注浆机持续向孔内灌注浆液，在孔口溢出浆液，没有持续冒出气泡后，即可停止注浆，使用高标号水泥与防水材料混合进行勾缝，待浆液凝结硬化后完成防渗加固作业。与劈裂帷幕灌浆和低压速凝灌浆等技术相比，灌浆加固技术具有操作简单、施工成本低与见效快的优势，但是，灌浆加固技术应用条件较为严格，主要被用于加固坝体稳固性较佳的浆砌石重力坝。

2.2.3 高压填充灌浆

高压填充灌浆技术主要被用于加固堤坝地基结构与堤坝上面溶洞，使用钻井设备在堤坝顶端钻设孔洞，将相邻孔洞间距保持在1.5m-2m，要求孔底通过基础病层到达砾石层。向孔内灌注适量水泥浆液，缓慢提升至土层，再使用黄泥浆进行封孔。同时，也可选择直接在灌浆区域钻设孔洞，向孔内高压注入水泥浆液，确保浆液可以延伸扩散至溶洞深层，完全填充溶洞内的孔隙裂缝。

2.2.4 低压速凝灌浆

低压速凝灌浆技术主要被用于堵塞高风险水位下的抢险管涌部位，在实际施工中，技术人员检查堤坝基部是否分布粘土层或是砂砾层，根据地质情况与管涌部位选择使用50型钻机或30型钻机进行钻孔，向孔内注入适量的遇水膨胀的物质，确定孔内压力不超过49kPa后，向孔内缓慢倒入水泥浆液，并加入速凝剂等材料。如此，由于孔内分布着遇水膨胀的物质，将在管涌内形成较大阻力，减小管涌水流速度，确保所灌注水泥浆可以在管涌内凝结硬化，起到堵塞管涌的作用。

3.防渗墙技术

3.1 自凝灰浆防渗墙

自凝灰浆防渗墙是在塑形混凝土结构基础上演变形成的一项堤坝防渗加固技术，向水泥材料中添加适量的膨润土等缓凝材料搅拌为自凝灰浆，将其作为造孔的固壁泥浆。由于自凝灰浆的初凝时间较长，并不会在堤坝防渗加固施工期间直接凝固，而是随着时间推移而逐渐凝结，在项目完成后自动凝结形成防渗墙体，起到堤坝防渗补强作用。

3.2 高压喷射防渗墙

高压喷射防渗墙技术是采取高压射流方式，自高压喷嘴向堤坝渗漏部位喷射水泥浆液，水泥浆在压力作用下，冲击扰动坝基覆盖层，并将泥浆灌入堤坝根基内。同时，在压力作用下，水泥浆与坝基内的砂砾及土体混合搅拌，在凝结硬化后形成一道防渗墙体，起到止水渗透的作用。

3.3 水泥搅拌桩法

在应用水泥搅拌桩法时，施工人员使用搅拌机，向土体中喷入适量水泥浆，将其充分搅拌，在搅拌期间，水泥浆与土体产生水解等一系列化学反应，最终凝结硬化形成防渗墙体。在水利堤坝工程中，该项技术主要被用于填充土质地基或砂砾，具有墙体完整度高、施工成本低廉、防渗效果好的技术优势。

3.4 帷幕灌浆

在应用帷幕灌浆防渗墙技术时，按特定混合比制备具有良好胶凝性及流动性的浆液，开展钻孔作业，向孔内持续压灌浆液，浆液在压力作用下渗透至裂缝孔隙深层，在胶结硬化后形成防渗帷幕墙体，提高岩基强度，改善岩基抗渗性能与整体性能。当前在水利堤坝工程中，常用的帷幕灌浆防渗墙技术包括GIN灌浆法、孔口封闭灌浆法、上纯压式灌浆法等。

4.渗漏涌水处理技术

4.1 导管注浆

导管注浆技术主要被用于处理局部渗漏的堤坝结构，使用注浆管等工具设备，在预定位置中注入一定数量的高聚物注浆材料，在满足特定条件下，注浆材料产生膨胀现象，有效填充土体孔隙与接触缝隙，最终形成整体性的堤坝防渗体系。

4.2 膜袋注浆

在应用膜袋注浆技术时，凭借膜袋膨胀作用，向膜袋内注入适量的注浆材料，材料在膜袋内产生膨胀反应，随后，在堤坝管涌入口部位中设置膜袋，由于膜袋内填充有膨胀状态的注浆材料，将起到封堵堤坝管涌通道、减小管涌水流速度的作用，以此实现堤坝防渗加固施工目的。与其它防渗加固技术相比，膜袋注浆技术具有见效快的优势，可以在短时间内发挥管涌封堵与堤坝防渗作用。