土石坝及堤防地基防渗加固工程技术与应用分析

刘永磊

中核第四研究设计工程有限公司 河北 石家庄 050000

在土石坝及堤防工程中，渗流与渗透破坏是较为常见的施工质量问题。这些问题得不到强有力的解决，会直接影响到堤防工程汛期度汛成效。且在现实中，多数堤防出险均因渗流与渗透破坏导致。比如常见的管涌、漏洞与滑坡等。因土石坝及堤防地基具有复杂性、专业性等特点，在选用堤防地基防渗加固工程技术时，施工团队需要从整体角度出发，科学合理选用施工技术，进而从整体上提供施工成效。

1 土石坝及堤防地基防渗作用

1.1 土石坝防渗作用

土石坝的基本剖面为梯形，多由坝顶构造、防渗体、上下游坝坡、坝体排水、地基处理等多个部分构造而成。为了从整体上提高防渗性能，土石坝在建设过程中，建设单位会设置科学合理的防渗体。土石坝的防渗体多表现为新墙、斜墙、铺盖、截水墙等不同形式。通过科学合理设置防渗设施，有助于减少通过坝体和坝基的渗流量，降低浸润线，增加下游坝坡的稳定性，有效降低渗透坡降，防止渗透变形。此外，设计团队会为土石坝科学合理设置排水设施。常见的排水设施形式有贴坡排水、棱体排水、褥垫排水、管式排水和综合式排水等多种形式。通过科学合理设置排水设施，有助于降低坝体浸润线及孔隙水压力，防止坝坡土冻胀破裂。在排水设施与坝体土基结合处，应该科学合理设置反滤层。目前整体应用情况来看，贴坡排水与棱体排水得到了最为广泛的应用[1]。

1.2 堤防地基防渗作用

土质堤防的构造与作用与土石坝具有相似性。从构造来看，多包括坝顶、防渗体、护坡、坝坡排水、坝体排水、地基处理等多种组成部分。在实际设计环节，落地高超过6m的背水坡，则应该设置额台且宽度不宜小于1.5m，对于一些风浪大的海堤，湖堤临水侧，应该科学合理设置消浪平台，其宽度可为坡高的1~2倍，且不可小于3m。若在城市工矿区等建设地，会受到一定的限制，施工团队宜采用浆砌石、混凝土或钢筋混凝土结构的防洪墙。因其与重力坝构造相似，可以从整体上起到防震作用。

2 土石坝及堤防地基防渗加固工程技术类型

目前常见的加固工程技术类型主要包括高压喷射灌浆与软土地基灌浆防渗加固技术、坝体与堤坝地基劈裂灌浆防渗加固技术、堤坝垂直铺塑防渗加固技术、砌石坝坝面防渗加固技术等诸多技术类型。在实际应用中，施工团队应该结合土石坝及堤防地基实际情况，科学合理选用防渗加固工程技术，从整体上提高技术应用成效。

3 各项技术具体应用对策

3.1 高压喷射灌浆与软土地基灌浆防渗加固技术

此项加固技术多被应用于堤坝地基及围堰等防渗工程中。在技术操作环节，施工人员在切割地层时，可以借助高压水切割方式。喷射流以脉冲形式冲击地层，对土层结构进行局部破坏并出现空洞，在水力波较大的情况下，透水地基会出现管涌，清除部分细颗粒，接着用水泥浆充填空腔，形成柱桩或幕墙。

水泥固结体形状与喷射流的移动方向有着直接性的关系。具体可以划分为旋喷、顶喷、摆喷等多种形式。旋喷多被应用于地基加固施工中。顶喷与摆喷多被应用于防渗工程施工中。从整体应用成效来看，此项技术的防渗效果较为显著。

在对软土地基实施灌浆加固施工时，浆液在压力作用下，沿被灌体应力分布相对薄弱处实行劈裂，形成树根状、脉状、薄板状浆液凝结体，进而对被灌土体起到防渗加固施工作用。

3.2 堤基垂直防渗技术

随着科学技术快速的发展，堤基垂直防渗技术得到了不断的创新与优化。在实际施工中，常见的施工技术有抓斗成槽造墙技术、射水法成槽造墙技术、锯槽成墙技术、液压开槽机成墙技术、高压喷射灌浆成墙等多种技术形式。随着施工技术的不断创新与优化，在堤防工程施工中，垂直防渗技术的作用逐步显现，且得到了越来越广泛的应用。在实际施工中，堤基垂直防渗技术多被划分为封闭式与悬挂式两种类型。具体采用哪种方式施工，施工团队应结合透水层厚度大小，工程造价质量要求等诸多因素综合考虑进去。若沙性土层厚度较薄，小于15m时，且其下部有一层厚度在2m以上的较厚黏性土层，可以将此层作为防渗依托层，并借助封闭式防渗墙，从整体上提高防渗效果。若堤基为深厚型，砂性土城墙厚度大于15m时，则需要采用悬挂式防渗墙，这不仅可以从整体上降低施工成本，且施工难度较小。在确定防渗墙深度时，为沙性土层厚度的2/3最佳。

3.3 劈裂灌浆技术

劈裂灌浆技术是指沿着堤坝轴线合理布置灌浆孔，并借助灌浆泥浆的压力，控制性地将堤坝劈开并实施灌注泥浆操作，实质形成一道竖直且连续的防渗帷幕，有效解决堤坝坝体渗漏问题。在对土坝黏土心墙实施劈裂灌浆技术时，因灌浆无法高效地渗入粘土心墙，施工团队可以沿最小主应力面进行劈裂，同时沿劈裂面形成新的防渗帷幕，有效解决堤坝内的渗漏隐患，进而提高堤坝稳定性。从应用成效来看，劈裂灌浆在黏土心墙和均质坝中得到了较为广泛的应用，且应用成效显著，能填筑堤坝内的局部缺陷，增强堤坝的防渗作用，防止堤坝变形，提高堤坝稳定性。

劈裂灌浆技术多被运用到量大面广、挡水深度不大的堤坝透水地基防渗处理工作中，且取得了较为显著的经济效益与社会效益。在将劈裂法应用到堤坝软基的土砂夹层或粉细沙地基的防渗工作中时，需要确保在地基应力场范围内。堤基劈裂灌浆技术能在堤基中形成相应高度的垂直防渗帷幕，而且挤密浆体两侧土体，充填堤坝内的洞穴、裂缝、漏洞等缺陷，最大劈裂深度与堤身高低、土质条件有关，一般为堤高1～1.5倍，孔距控制在3m左右，浆体帷幕较易粘接。

在劈裂灌浆技术应用过程中，施工团队需要科学合理管控灌浆压力。若灌浆压力偏低，则无法形成劈裂面，且坝内应力得不到相应的调整，无法通过灌浆形成新的防渗帷幕。反之，若压力过高，则可能破坏坝体结构，造成浆液漫溢，并引发新的险情[2]。

3.4 土工膜防渗

在土石坝及堤防地基防渗施工中，土工膜是一种新型的防渗材料，在防洪抢险中得到了较为广泛应用，且应用成效较为显著。在实际应用中，此项施工技术较为简便，易于施工人员掌握，多被应用于堤渗垂直铺塑防渗工作中。在堤渗防渗体中有效开一道小于0.25m的沟槽，通过底部插入相对不透水层0.5m，土工模接缝多采用缝合法与粘合法两种形式。若应用缝合法，可以曲折22次，然后再用线缝牢。若采用粘合法施工，团队可以选用一定强度的粘合剂，均匀地将其涂抹到接缝处，压紧粘牢。

在土工膜防渗施工技术应用中，施工团队需要借助专业的开沟造槽机械。比如，在链条开槽中，通过开出一定深度和宽度的沟槽，并将土工膜覆盖在沟槽内。在铺设环节，要确保铺设平整，隔一定距离留有可伸缝量。铺设完毕后，用土回填，沟槽形成土工膜防渗体。在实际施工中，有的沟槽开挖会引发塌陷风险。因此，在土工膜铺设完成后，应该及时展开回填操作。在回填操作中，多采用泥浆淤沉与人工相结合的施工方式。

在黏结土工膜时，施工团队需要科学合理采用黏结胶，并在接缝处打褶，合理确定宽度，营造良好的伸缩条件。此外，在施工中应该做好土工膜防护工作，防止土工膜受到损伤。若发现土工膜存在损伤后，要及时制定出相应的补救方案，确保投入使用的土工膜性能良好。此外，在防渗施工中，若用土工膜替代黏土做斜墙或心墙防渗体时，需要提高设计方案的科学合理性。这有助于简化防渗体施工，且从整体上增加施工经济效益与社会效益。

3.5 模袋混凝土施工技术

模袋混凝土施工技术是在特制的带内充填流动性混凝土或水泥砂浆的新型施工技术。从本质来看，模袋属于一种不透水柔性模板，且往往只能使用一次。从应用成效来看，模袋混凝土施工技术在地形条件、水下作业较为复杂的施工环境中得到了较为广泛的应用。比如，护坡水下作业与堤坝防渗中，整体的应用成效较为显著。

选用的模袋材料属于一种双层织物，中间有等间距拉筋，有助于合理承载混凝土浇筑时附着的压力，并控制其成型厚度。需要在带上留有若干灌口，为混凝土浇筑施工营造便利。

在采用模袋进行混凝土浇筑前，需要做好清淤工作与边坡整修工作。通过铺设垫层，有效保证施工面的平整性。由于施工中混凝土在封闭的带内处于流动状态，具有良好的和易性，此时，施工人员需要防止骨料分离。

3.6 振冲技术

在运用振冲施工技术时，施工团队需要凭借振冲器低端喷出压力水的冲击力与自重将振冲器灌入土中。依托产生的水平振动力，加大孔壁四周砂层的附着力。在振冲器达到预定的深度后，可以向孔内投放粗料，并依托振冲气的水平振动力，将相关填料高效地挤入到周围土层中。凭借着射水和水平振动力的持续性作用，填料及振冲器周围土层密实度逐步增加。在达到相应的设计之后，提升振冲器，向孔内继续投料。通过反复性操作，直到整个孔被粗料填满，并达到相应的密实度后，方可停止操作。

通过科学合理应用振冲施工技术，可以有效减少砂土孔隙率，提高沙土间的密实度。此外，依托加固黏土地基有效形成碎石桩，并与周围土体形成复合地基，从整体上强化粘土排水固结，提高地基承载力。在振冲施工中，常见的孔位多为等边三角形或正方形2种类型。在设置间距时，施工团队可以结合沙土的颗粒组成、密度要求、振冲器实际功率等综合因素科学合理确定。大量的施工实践显示：若使用30kw的振冲器，间距一般在1.8~2.5m之间，若使用75kw的振冲器，间距则需要在2.5m到3.5m间。

3.7 深层搅拌技术

深层搅拌技术是通过水泥作为固化剂，并依托深层搅拌机械设备，在地基深处将软土与水泥进行强制性搅拌。水泥与软土在产生相应的化学反应后，促使软土结硬改性。改性后的软土整体强度与压缩性大幅度提高，渗水性有效降低。此外，通过将粉煤灰添加到水泥中，可以大幅度提高水泥强度。将水泥与粉煤灰以适宜的比例进行拌和，既有助于提高混凝土质量，又有助于降低施工成本，并增加企业经济效益。

在土石坝及堤防地基防渗加固施工中，深层搅拌桩多被应用到软土基滑坡施工中，亦或者做成节水墙，从整体上提高了防渗施工成效，降低了堤防渗水几率。

在堤防地基防渗加固施工中，施工团队往往会进行柱状布置，并在防渗处理中形成防渗黏度墙。此项施工操作多被应用到淤泥、软粘土等地基加固施工中。在堤坝滑坡处理施工中，可以借助深层搅拌桩等滑坡体抗滑桩，再将深层搅拌施工技术应用到地质较为复杂的软土地基施工中，并借助原状土加固。此种施工操作施工速度快，施工成本低，在软土地基施工中得到了较为广泛的应用[3]。

4 结束语

总之，随着我国社会经济的快速发展，以及汛期险情的频现，国家逐步给予了土石坝及堤防地基防渗加固施工足够重视。在现实中，堤防地基防渗加固施工技术类型具有着多样性。施工团队应结合施工地实际情况,科学合理选用技术类型。以上内容对常见的施工技术类型进行了相应分析，希望相关工作者可以从中得到一定的启发或者帮助。