土石坝除险加固超薄防渗墙组合防渗技术研究建议

甄茂涛

安徽水利开发有限公司 安徽 蚌埠 233000

引言

超薄防渗墙是土石坝结构中的重要组成部分，其防渗能力直接土石坝以及水利工程整体结构的质量安全，一旦发现其存在渗漏风险时，必须及时进行除险加固处理。因此在土石坝超薄防渗墙施工中应积极应用组合防渗技术，以全面提高超薄防渗墙的施工质量效率以及防渗性能，降低施工成本。本文将结合某水利工程项目土石坝除险加固施工实践，重点针对振动沉模与高喷灌浆技术的组合应用展开研究，以准确把握超薄防渗墙组合防渗技术原理以及各项施工技术要点，并对超薄防渗墙组合防渗技术应用效果进行分析，以促进土石坝加固防渗施工技术水平的进步，为我国水利工程事业的现代化发展提供技术支撑。

1 某土石坝水利工程概况

某水利工程为小型综合性水库，于1980年建成投产，土石坝为黏土心墙结构，其坝顶以及坝基高程分别在593m以及561m左右，而最大坝高则为约31m。由于该水利工程建设年代较早，受当时技术条件限制，坝体填筑材料标准相对较低，且未能对坝区进行详细的地质勘察，导致水库在建成后出现了渗漏问题，不仅对水库容量产生了较大影响，且存在严重的安全风险。通过对该水库土石坝工程的现场勘测以及实验室分析发现，目前土石坝结构相对稳定，无塌鼓以及明显变形现象存在，不过坝体砌筑质量存在严重缺陷，渗漏情况已经较为严重，经检测渗漏量已经达到1.2L/s左右。同时，在现场勘察中发现在下游坝坡分布有透水性较强的软弱层，该区域坝体结构存在进一步位移变形的可能，因此必须对土石坝采取除险加固措施。

2 该水利工程土石坝超薄防渗墙除险加固方案分析

该水利工程土石坝的防渗心墙所在位置为强风化岩石分布区，其深度达到了约2.8m。该区域的岩体结构破碎，有发育节理裂隙存在，导致心墙的承载性能下降，坝体有了不规则性缝隙出现。同时由于该土石坝建成年代较早，对坝体填筑材料的均匀性要求相对较低，进一步加剧了坝体渗漏情况。根据该土石坝的实际情况决定采用超薄防渗墙结合灌浆技术，以改善土石坝坝基的承载性和弹性模量，从而达到提高坝体防渗能力的目的。该水利工程土石坝坝高在31m左右，为满足防渗墙必须在坝基与坝顶间实现贯穿的要求，对土石坝各种除险加固施工技术方案进行了对比分析，最后决定选择振动沉模以及高喷灌浆组合防渗技术进行施工作业。

3 土石坝除险加固超薄防渗墙组合防渗技术分析

3.1 土石坝除险加固超薄防渗墙组合防渗技术研究

由于该水利工程的建成时间较早，其技术标准相对较低，且土石坝所在位置的地层结构复杂，因此在本次除险加固施工中采用的是振动沉模与高喷灌浆组合防渗技术，以适应工程所在提取的地质条件和防渗要求。其中高压喷灌技术具有较好的适应性，其防渗加固效果较好，不过技术应用成本较高[1]。而振动沉模是一种经济性较高，且能满足超薄防渗墙防渗施工要求的新型技术方法，通过这两种防渗技术的组合应用能够在保证防渗效果的基础上有效降低施工成本，提高工程的经济性。

3.1.1 土石坝振动沉模防渗技术分析。目前在土石坝的除险加固施工实践中主要采用的是双模板式新型振动沉模技术，其施工设备则主要由压模以及注浆这两大类设备构成。在应用振动沉模技术进行防渗加固施工时，应首先利用机械振动锤按照设计深度要求项目标土层沉放A模板。之后应在紧挨A模板出沉入B模板。当A、B模板均沉放就位后，应将浆液压入灌注至A模板内，且应通过振动方式对A模板进行提升。此时，施工人员应沿防渗轴线方向启动并前移步履式桩机，且应将A模板再次压入土层。随后应继续将浆液灌注至压入的B模板内，且应同样一振动方式将B模板缓缓提升。在完成上述作业后，应沿防渗轴线方向启动并前移步履式桩机，最后将B模板再次压入土层。施工人员应重复上述施工流程，直至土石坝超薄防渗墙施工完成。

3.1.2 土石坝高压灌浆防渗技术分析。在应用高喷灌浆技术对土石坝进行除险加固施工时，施工人员应利用钻机等设备完成钻进成孔作业，则应按照设计深度将注浆管沉放到位，在注浆管上应配置特制喷嘴，以便通过高速射流束对土体进行冲击以及切合作业。之后应对土体进行强烈搅拌扰动，促使原地层结构改变，从而以形成具有较高连续性、承载能力以及防渗性能的防渗墙体结构。施工前应开展现场试验，以准确确定各项工艺参数。同时应严格根据施工要求和设计图纸准确测方灌浆孔位置，且在测定后应对定位桩进行编号，并要明确标示[2]。在钻进成孔作业中应根据土石坝地质结构特制合理选择钻进设备以及钻进方式，而在高喷台车到位后应对喷浆系统进行调试，以确保喷浆系统能够正常工作。完成试喷后应将高压水、水泥浆以及压缩空气输送至喷射系统内，以便可开展高压灌浆作业。当重喷作业完成，且浆液回灌达到施工平台顶部位置时，应及时进行封孔。

3.1.3 组合防渗技术分析。新型振动沉模技术能够满足厚度在20cm以内的超薄防渗墙施工要求，其防渗深度能够达到20m左右，施工成本也相对较低，在土石坝防渗加固施工中具有一定的技术优势。但由于该土石坝部分渗漏区域的厚度已经超过了20m，因此应综合应用高喷灌浆技术，采取分段联动组合方式进行除险加固施工，从而全面提高土石坝的防渗性能和结构强度。

3.2 土石坝除险加固超薄防渗墙组合防渗技术应用实践分析

3.2.1 土石坝除险加固超薄防渗墙高喷灌浆技术应用要点。在该水利工程土石坝的除险加固施工中，对坝体高程574m～12.5m之间和坝基与3m以上相对不透水层之间的区域，采用的是高压旋喷技术。施工人员应将孔径控制在90mm以上，且钻孔之间的距离应控制在0.8m到1.2m之间。在配置水泥浆时，其比重应控制在1.4到1.5之间。灌浆过程中，施工人员应将压缩空气压力控制在0.6MPa到0.8MPa以上，灌浆量应达到每分钟70L到100L之间而泥浆压力则应达到35MPa以上，灌浆流量应控制在0.8m3/min到1.2m3/min之间。在提升喷浆管是应将速度控制在每分钟6cm～12cm左右，在提升过程中如发现存在较为严重的漏浆现象时，可以将提升速度适当降低[3]。同时，施工人员应以360°摆角旋转喷浆管，且转速应控制在8r/m到10r/m之间。此外，在灌浆施工时应确保灌浆向基岩内的嵌入深度能够达到3m以上，以便达到相对不透水的目标层。根据该水利工程土石坝的实际情况，高喷灌浆施工应采取三序加密方式，且间隔实践应不少于24h。施工单位应指派专业技术人员加强对现场施工情况的监督指导，如在施工过程中发现异常时，应及时对相关工艺参数进行调整，对未达到质量标准的则应采取复灌等处理方式。

3.2.2 土石坝除险加固超薄防渗墙振动沉模技术应用要点。根据该水利工程土石坝防渗墙结构以及材质特制，在应用振动沉模及时进行除险加固施工时，施工材料应选择优质黏土以及水泥等。在施工时应在土石坝坝体中上部约20m出设置防渗板墙，且防渗板墙应向坝肩左右两侧山体分别嵌入10m左右。在配制防渗浆液时，应将普通硅酸盐水泥、优质黏土以及水的配比控制在1∶0.3∶1，且应将浆液比重控制在1.6以上。在应用液压高频振动锤作业时，其振动频率应达到每分钟1050次，且激荡力应控制在570kN。施工人员应精确测放沉模位置，其误差值应控制在2cm以内。在施工过程中应设置作业平台，且平台宽度应为6m。在设置浆液导向槽施工时，应沿防渗墙轴线方向开挖，且其宽度应为40cm，而深度则应为60cm。施工人员应准确控制槽中心位置，其误差值应控制在5cm以内。施工人员应利用浆液泵进行灌浆作业，且应将灌浆量控制在每小时30m3。当模板内灌满浆液后，应以振动上拔方式将提升浆液泵，且提升速度应控制在每分钟2m到3m左右。在灌浆施工过程中，施工人员应对模板倾斜度，以及灌浆间隔时间等进行严格的控制。如发现在灌浆时存在冒浆以及漏浆等情况时，应通过提高浆液浓度、限流以及嵌缝等方式及时进行补救处理，以提高防渗板墙的防渗性能[4]。

3.3 土石坝除险加固超薄防渗墙组合防渗技术应用效果

3.3.1 土石坝坝体坝基除险加固中高喷灌浆技术应用效果分析。对于该水利工程土石坝采用了高喷灌浆技术进行防渗加固施工的坝体下部、坝基以及基岩接触带等区域在施工完成后，通过现场钻孔围井压水以及室内芯样检测等方式对墙体的防渗性能以及墙体结构等进行了检测分析。在现场围井钻孔压水检测中，共设置了围井4个，并采用开挖观察方式检验防渗墙体的施工质量。经检测发现，采用高喷灌浆技术施工的防渗墙体的有效墙厚达到了防渗技术标准，且墙体具有较好的整体性和连续性，墙体搭接质量符合施工要求。同时还通过现场注水试验检测了墙体的渗透系数，墙体渗透系数指标在6.5×10-8到9.1×10-8之间，符合技术标准。此外还对芯样进行了室内试验检测，以确定防渗墙体的抗压强度。经检测发现各芯样的抗压强度均达到2.5MPa以上，且密实均匀，具有良好的完整性和连续性，有效解决了土石坝坝基的渗漏问题。

3.3.2 土石坝超薄防渗墙除险加固中振动沉模技术应用效果分析。对于采用了新型振动沉模技术的土石坝坝体中上部区域采取了钻孔取样观察与室内检测方式，对其施工质量以及防渗效果进行检测分析。经过对芯样的观察发现，防渗板墙具有良好的整体性以及连续性，形成了防渗帷幕结构。而通过对芯样的进一步室内检测，测得各芯样的抗压强度均达到4MPa以上，渗透系数则均控制在1×10-7以内，而破坏渗透坡降则达到了500以上，各项指标参数均符合防渗技术标准。通过度各项检测数据的分析可知，振动沉模技术能够对土石坝坝体内的空洞以及裂隙等通道进行有效充填，对于提高土石坝坝体的防渗性能以及结构稳定性均有重要作用。

4 结束语

在水利工程土石坝超薄防渗墙的除险加固施工中，施工单位应结合土石坝的实际情况，以及超薄防渗墙结构特点积极应用组合防渗技术，通过多种防渗施工技术的综合应用提高土石坝超薄防渗墙墙体结构的强度、防渗性能、连续性以及整体性，对土石坝坝体以及坝基内部的渗漏通道进行有效阻断，提高除险加固施工质量和效率，降低施工成本。同时，施工单位应结合施工实践经验加强对组合防渗技术的研究，大胆进行技术创新和改进，不断拓展组合防渗技术的应用途径，推动我国水利工程建设事业的健康发展。