水利工程项目堤坝复合混凝土防渗与加固施工技术

薛森 XUE Sen

（中铁十二局集团第三工程有限公司，太原 030000）

0 引言

水利工程在国民经济发展中占有举足轻重的地位，对防洪、灌溉以及发电等多个领域具有不可替代的作用。然而，由于历史、地理等多方面因素的影响，水利工程在长期运行中存在着各种各样的病害问题，尤其是堤坝渗漏问题最为突出[1]。究其原因，既有大坝长期运行期间，受河流冲刷、地下水渗透、地震等自然灾害的影响，也有建设质量控制不严、工程管理不善等人为因素所致。堤坝渗漏问题直接关系到水利工程的正常运营，严重时会危及周围生态环境及人民的生命财产。因此，需要采用科学的防渗与加固施工技术，改善这一问题。

当前，传统的水利工程项目堤坝防渗与加固施工多数采用高压喷射灌浆防渗措施[2]、河道堤岸防护施工技术[3]等，通过选择低透水性的黏性土质进行填筑堤防，确保堤基保持干净，稳定地基。但是，上述施工技术过度关注施工过程中的质量控制，而忽略了长期使用过程中的防渗问题，容易导致防渗效果不佳[3]。

复合混凝土防渗技术是一种高效、可靠的防渗技术，具有优异的防水性能和耐腐蚀性能，可确保工程长期稳定运行，解决传统堤坝防渗与加固施工技术存在的问题[4]。基于此，本文提出了水利工程项目堤坝复合混凝土防渗与加固施工技术研究，为提高堤坝防渗与加固水平作出贡献。

1 设计复合混凝土防渗墙

堤坝复合混凝土是指在堤坝的建设中采用多种材料混凝而成的复合材料，由水泥、砂子、骨料和其他掺合料按一定比例混合而成。在堤坝建设中使用复合混凝土可以带来多种优势。首先，其强度高，能够承受大量水压和土壤负荷，在抵御洪水冲刷和土壤侵蚀方面表现出色。其次，复合混凝土的耐久性强，能够长期保持结构的完整性和稳定性，延长堤坝的使用寿命。此外，复合混凝土具有良好的渗透性和抗渗性能，能够有效地防止水的渗漏和泄漏。

本文采用复合混凝土防渗墙技术对水利工程项目堤坝进行防渗处理。复合混凝土防渗墙技术原理为：在堤坝松散透水地基中，开凿槽孔，向槽孔中浇筑高性能的复合混凝土，进而在地基中形成一道稳固性较高的防渗墙体[5]。本文采用复合混凝土防渗墙技术对水利工程项目堤坝进行防渗处理。

复合混凝土防渗墙技术主要有两个关键步骤：槽孔开挖和混凝土浇筑。

在槽孔开挖过程中，首先需要确定槽孔的位置和尺寸，通常根据工程设计和地质调查结果来确定。然后使用挖掘设备进行槽孔的开挖，确保槽孔的形状和尺寸符合要求。特别注意的是，要将槽底清理干净，去除松散土壤和碎石，以确保混凝土与地基之间的黏结性和密实性。

混凝土浇筑是防渗墙技术的关键步骤之一。在浇筑过程中，需要使用高性能的复合混凝土材料，并按照工程设计要求进行配比。通过搅拌和振捣等工艺，确保混凝土的均匀性和致密性。将混凝土浇入槽孔中，同时采用适当的振捣措施，使混凝土充分填满槽孔，并确保与地基的紧密结合。

本文设计的水利工程项目堤坝复合混凝土防渗墙，如图1 所示。

图1 堤坝复合混凝土防渗墙示意图

按照图1，设计堤坝复合混凝土防渗墙。根据设计要求，测量出防渗墙的具体位置和尺寸，并进行放线。根据堤坝的地质条件和水文条件，确定防渗墙的深度和厚度。防渗墙的深度应该达到弱透水层或基岩[6]。厚度应该根据防渗墙的强度和抗渗性能进行设计。其次，对基础表面进行清理和修整，确保其平整、无杂物。再在基层上刷一层防水漆，加强基层的防水性。对防渗墙进行钢筋绑扎，确保钢筋绑扎的牢固性。安装防渗墙的模板，模板应具有足够的强度和刚度，以保证防渗墙的尺寸和形状准确[7]。模板安装完成后，进行复合混凝土的浇筑。浇筑时应确保混凝土均匀、密实，避免出现蜂窝、麻面等现象。在此基础上，为使混凝土表面保持湿润，采取喷水养护的方法。在养护期满后，进行拆模处理。拆模时应小心操作，避免对防渗墙造成破坏。拆模后应对防渗墙进行验收，确保其质量符合要求。通过以上流程，可以有效地完成复合混凝土防渗墙的施工工作。

2 布设灌浆孔

布设灌浆孔是堤坝防渗加固的重要措施之一，通过灌浆孔可以将浆液注入堤坝的裂缝、空隙等渗漏区域，形成有效的封堵和加固，提高堤坝的防渗性能。因此，在加固施工前需要在堤坝两岸坡段上布设灌浆孔，为后续灌浆加固奠定良好基础。

双排布孔的布置形式可以形成更为密集的灌浆孔，能够根据实际情况调整浆孔的深度和间距，适应不同的堤坝形态和渗漏情况，更好地控制灌浆的范围和深度，确保加固效果的最大化。基于水利工程项目堤坝地基定向劈裂的特点，本文采用双排布孔的布置形式，布设灌浆孔。灌浆孔布设示意图，如图2 所示。

图2 灌浆孔布设示意图

如图2 所示，将第一排堤坝坡段灌浆孔的编号设置为l-X-X，第二排堤坝坡段灌浆孔的编号设置为Z-X-X，按照从上游到下游的顺序进行布孔，减少渗漏，提高堤坝的稳固性和防渗性能。相邻灌浆孔之间的距离不能超过灌浆压力对堤坝两岸坡段土体产生影响的有效距离[8]，有效封堵和加固堤坝的裂缝和空隙。

综合考虑水利工程项目堤坝土体的情况后，本文将相邻灌浆孔之间的距离设置为3m，采用干法造孔的方式进行双排布孔，避免因水或其他液体对堤坝结构的影响。每次完成一个造孔后，及时清理孔道，将孔道中的碎石、杂物等清除干净，保证孔道畅通。造孔完成后，对每个孔进行质量检查，确保孔壁平整、内外表面无积水。

3 劈裂灌浆加固堤坝

劈裂灌浆是一种利用压力将浆液压入地层中，使地层产生劈裂裂缝，再通过浆液的固化来提高地层强度的技术。堤坝灌浆孔布设完毕后，利用劈裂灌浆加固技术，对水利工程项目堤坝复合混凝土进行加固施工。

首先，清理坝面，清除可能影响施工的杂物和障碍物，包括树木、灌木、石头等。测量坝体和坝基的变形情况，了解坝体的沉降和倾斜情况。其次，对水利工程项目坝体进行地质勘探，了解坝基的土质分布、地下水位等情况。准备好施工所需的材料和设备。施工所需材料规格参数，如表1 所示。

表1 劈裂灌浆施工材料规格参数

按照表1，准备好劈裂灌浆施工所需的材料。施工所需机械设备包括灌浆机、钻机、泥浆搅拌机、输浆管、压力表与流量计。施工设备的具体性能参数应根据工程需求和现场条件进行选择。准备完毕后，首先，使用钻机在坝体上钻孔，钻孔深度应达到坝基的弱土层或软土层。需要保证钻孔的垂直度和准确性，以避免对坝体造成不必要的损伤。利用泥浆搅拌机，将表1 中的材料按照一定的比例混合，制备劈裂灌浆所需的泥浆。使用输浆管将泥浆从搅拌机输送到灌浆机，灌浆机通过灌浆管注入钻孔中[9]。灌浆过程中，利用压力表和流量计，实时监测灌浆过程中的灌浆压力与灌浆流量，避免对坝体造成过大的压力损伤。逐渐增加灌浆压力，直到泥浆从坝体表面溢出。在灌浆完成后，选用强度和刚度足够的材料，安装模板，对上述设计的复合混凝土防渗墙进行加固，使模板、复合混凝土防渗墙与坝体紧密结合，以避免漏水或泥浆外溢。

在此基础上，对加固完毕后的复合混凝土防渗墙进行养护处理，喷涂养护剂，避免出现干燥裂缝，以保证其强度和稳定性。在防渗与加固施工完成后，进行水利工程项目堤坝质量验收，验收合格后方可交付使用。

4 实验分析

4.1 实验准备

此次实验以S 水利工程项目为研究依托。该项目水库坝址以上控制流域面积为200km2，总库容为105.6 万m3，属于集防洪、灌溉于一体的综合利用的小型水利工程。该水利工程项目位于河流下游，堤坝长度约为10 公里，由于长期受到河水冲刷和自然环境的影响，堤坝存在严重的渗漏和加固问题。根据本次水利工程项目实验的实际需求，选取6 个具有代表性的堤坝段落作为实验对象，分别标号为DB-01#～DB-06#。准备复合混凝土、聚乙烯薄膜、聚氨酯密封胶带等材料，并准备水压试验装置、渗透试验装置、加固设备等实验设备。对堤坝基础进行处理，清除杂物、整平基础，确保基础平整、干净。根据实验方案，将复合混凝土搅拌均匀，确保混凝土质量和配合比符合要求。以上述设计的复合混凝土防渗与加固施工技术流程为依据，将复合混凝土铺设在堤坝基础上，使用振动棒振捣密实，确保混凝土的密实性和稳定性。在复合混凝土表面铺设聚乙烯薄膜，用热风枪加热使薄膜紧密贴合在混凝土表面。在此基础上，使用聚氨酯密封胶带对复合混凝土的边缘和接缝进行密封处理，确保无渗漏。在实验过程中，实时记录不同水压下的渗水量，并计算渗透系数。

4.2 结果分析

对上述选取的6 个堤坝段落进行水压试验，模拟实际水位条件下的防渗性能。根据工程需求和实验要求，设计了不同配合比的复合混凝土样品。在实验室内模拟实际施工条件，对每个复合混凝土样品进行水压试验。在试验过程中，逐渐增加水压，记录每个样品在单位水压下的渗水量。分析渗透系数与防渗效果的关系，得出不同技术方案的防渗效果评价。渗透系数是衡量防渗效果的重要指标，它可以有效地表示材料在单位压力下的渗水量。渗透系数计算公式如下所示：

其中，q 表示渗透流量；d 表示堤坝段落厚度；Δp 表示两侧压力差；L 表示堤坝段落长度。根据水压试验的结果，计算每个堤坝段落复合混凝土的渗透系数。

为了增强实验结果的说服力，将上述本文提出的堤坝复合混凝土防渗与加固施工技术设置为实验组，将文献[2]施工技术、文献[3]施工技术分别设置为对照组1 与对照组2，对比三种技术应用后，堤坝段落的渗透系数，结果如表2 所示。

表2 堤坝段落渗透系数对比结果

通过表2 的对比结果可以得知，在堤坝段落DB-01#至DB-06#中，实验组的渗透系数始终小于对照组1 和对照组2。实验组的渗透系数范围在0.48×10-6至0.60×10-6cm/s，而对照组1 的渗透系数范围在1.12×10-6至1.33×10-6cm/s，对照组2 的渗透系数范围在2.01×10-6至1.49×10-6cm/s。这是因为实验组设计了复合混凝土防渗墙，有效地阻止水流渗透，提高堤坝的防渗性能。同时，采用双排布孔布置形式在堤坝两岸坡段上形成更为密集的灌浆孔，从而提高灌浆效果，进而更好地控制灌浆的范围和深度，确保加固效果。结合劈裂灌浆技术，进一步提高堤坝的稳固性和防水性能。

在堤坝段落DB-01#至DB-06#中，对照组1 和对照组2 的渗透系数没有明显的差异。对照组1 和对照组2 的渗透系数范围均在1.12×10-6至2.25×10-6cm/s 之间。这是因为对照组采用了传统的堤坝防渗技术或施工方法，其防渗效果相对较差。

由此表明，本文提出的堤坝复合混凝土防渗与加固施工技术应用后，堤坝段落的渗透系数始终小于另外两种技术，满足渗透系数小于1×10-6cm/s 的水利工程项目堤坝防渗要求。因此，复合混凝土防渗技术能够显著提高堤坝的防渗效果，降低渗透系数，提高防水性能。

5 结束语

综上所述，水利工程项目堤坝防渗与加固施工技术是保障水利工程安全运行的重要措施。为了优化防渗与加固效果，本文提出了堤坝复合混凝土防渗与加固施工技术研究。通过本文的研究可知，复合混凝土防渗技术适用于解决堤坝的渗漏问题，可以提高防水性能和延长工程使用寿命，以实现水利工程项目的安全、稳定、长效运行。在未来的研究中，还需要不断加强技术研究和创新，提高堤坝防渗与加固施工技术的水平和发展，为我国水利工程的安全运行提供有力保障。