水利工程中水库大坝防渗技术分析

马学龙

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，兰州730000）

1 引言

在我国农业生产、防洪抗旱等事业中，水利工程中的水库大坝一直以来都具有不可替代的作用[1]。 因此，水库大坝防渗技术不仅是我国水利工程正常运行的技术保障之一， 同时也是人民群众生命财产安全的保障。 随着科学技术的进步，传统防渗技术已经逐渐过时， 更高效安全的防渗技术成为迫切需求。 此次研究以甘肃兰州某水库大坝为例，对水库大坝的防渗施工概况进行讨论，总结了渗漏原因，对施工关键技术展开了探索，并且提出了防渗施工关键技术特点。

2 甘肃兰州某水库大坝防渗工程项目概述

甘肃兰州某水库位于山区，处于城市与农村的交界地带，该地区存在大量的砂石料开采点。 该水库大坝为混凝土重力坝，经调查后，其防渗项目设计要求如表1 所示。

表1 甘肃兰州某水库大坝防渗项目设计要求

该水库大坝主要采用的是薄层砂砾石坝， 该区域的土质属于强透水性，在水库蓄水时容易出现渗水问题。 水库大坝渗漏是影响水库大坝安全运行的重要因素之一[2]。为了解决坝体渗漏问题，需要对坝体进行防渗处理。 此外，在选取防渗处理措施时需要注意以下几点：（1）合理控制水库大坝防渗工程的成本，以免导致经济损失扩大。 如果成本控制不够合理，很有可能导致施工成本上升，难以保证施工质量。 （2）充分考虑大坝工程的施工质量。 对于水库大坝防渗处理工程而言，应当保证施工质量， 避免施工质量不达标而导致工程质量不达标或出现渗漏现象。 另外，在对大坝进行防渗处理时还应当充分考虑工程周围环境因素，如周围地形地貌、地质情况等。 （3）结合实际情况确定选择合适的防渗技术。 不同的水库大坝所存在的地质与环境不同， 选择不同防渗技术才能达到理想效果。（4）保证水库大坝防渗处理方案的科学性与合理性。在处理水库大坝渗漏问题时，需要对具体情况进行分析，从实际情况出发确定防渗方案，并且要按照科学方法进行施工，避免出现过度处理而影响工程质量的现象。

3 水库大坝渗漏的原因

在甘肃兰州某水库的运行维护中，长期以来的渗漏破坏，对该水库大坝造成了严重的影响。 随着渗漏破坏的逐渐加剧，现在的大坝墙身已经出现较为明显的变形裂缝， 威胁到了坝基的稳定性。 对该水库大坝渗漏的情况展开实地调查，总结了水库大坝渗漏的原因有以下几点：（1）技术缺陷。 从目前甘肃兰州某水库大坝的施工情况来看， 由于工程设计者没有全面地综合考量，许多工程技术指标与规范不符，造成了工程技术和工艺应用不当， 给该水库大坝带来了严重的安全风险。 另外，在修建大坝时，没有采取适当的渗漏控制措施，也是引起大坝漏水的一个重要因素。 （2）结构破坏与变形。 实地考察发现，甘肃兰州某水库大坝条件较为严酷，大坝的构造已经发生某种程度的损伤和变形，从而破坏了大坝的渗透性和稳定性。另外，在大坝地基处发生渗流的可能性很大，长期的渗透必然会导致大坝的变形。 （3）维护管理不当。 在甘肃兰州某水库大坝的运行中，由于设备条件的落后，难以对水库大坝的运行状态进行准确实时监测。 此外，现有的管理维护体系中也存在着许多不合理和缺失的方面， 造成了已有的渗漏问题未得到及时修复。

4 水库大坝防渗关键技术

4.1 高压喷射灌浆防渗技术

高压喷射灌浆技术是通过水力冲击，对土壤进行冲击，搅拌地下土壤， 使浆液与土壤颗粒混合凝固， 从而构成防渗板墙。 对大坝工程进行抗渗强化时， 需要在设计的部位进行钻孔，之后将其放置在高温下，并连接高压水泵、空气压缩机和混凝土搅拌机等。 在进行操作时，按照规定要求，在进行注入浆液的同时，还要同时提高注浆管，从而完成对水泥浆和土粒的搅拌，最终与板墙帷幕相结合，从而达到进行防渗加固的效果。 高压喷射灌浆机理如图1 所示。

图1 高压喷射灌浆机理

高压喷射灌浆防渗加固技术，主要适用于软土层。 目前，国内许多项目都采用了高压喷射注浆的方法， 但是通常情况下，高喷射注浆的深度在20 m 以内。 其不仅可以应用在低水头土坝的基础防渗，还可以应用在松散岩层的防渗、堵漏、截潜流、临时围堰等方面。

4.2 坝体劈裂灌浆加固技术

劈裂灌浆指的是利用高压浆液对灌浆孔附近的岩层造成破坏，从而扩大并扩展缝隙；浆液会在每个缝隙中从土体强度较小的地方持续进行劈裂， 通过注入劈裂土体中的浆液相互作用，从而对土体进行强化，封闭渗漏的渠道，从而实现了防渗的目的。灌浆劈裂土体具有两个机理。第一个机理是在含大空洞碎石、粗砂等的淤泥中，注浆压力越大，淤泥越容易产生渗流、劈裂流现象；对于含微小空洞的细沙，则仅表现为分割型，而不表现为渗流。 第二个机理是当岩层发生一定程度的位移时，泥浆的可灌注性能将得到提高。 若为了减小甚至克服此类岩层的变形，而采取了降低注浆压力的办法，则其可灌性较差，甚至劈裂、渗透两种形态都不会发生，无法达到注浆的目的。 与常规注浆方式比较，坝体劈裂灌浆加固技术具有机理清楚，施工工艺合理，施工快捷，注浆质量高，经济效益显著等特点。 在此基础上，已有学者对此进行了深入的理论与实际相结合的探索，并取得了有效成果[3]。 目前，这项技术还算完善，适用于质量较差、有裂缝、下游坡湿、漏水，甚至渗透变形的坝体。

4.3 混凝土防渗墙技术

混凝土防渗墙技术指的是在松散透水基础上开挖一个槽孔，为了避免孔壁发生塌陷，需要在已经打开的槽孔中注入一种可以对其进行强化的泥浆，之后再将管子插入槽孔中，对其进行浇筑，从而在透水基础上构筑一种防渗墙体。 按照混凝土防渗墙水平截面的形式，可以将混凝土防渗墙分为4 类，分别为墙板型、圆桩柱型、墙板混合型和桩柱混合型。 在混凝土防渗墙施工中，造孔作业是主要作业项目之一，时间占比超过总工期的3/5。 在造孔作业中的接缝处理的效果直接影响了防渗墙防渗作用的效果。 因此，需要在混凝土防渗墙施工中，将已浇混凝土孔的两端清洗干净， 以确保前后浇筑的混凝土能够无缝对接。 混凝土防渗墙技术是一种独特的混凝土结构，它具有操作简便、工艺先进、质量稳定等优点，在国内众多的水利建设中得到了普遍应用。 但能否将淤泥与混凝土进行高效隔离，能否确保混凝土的浇筑品质，以及能否改善混凝土的抗渗性也至关重要。 此外，墙体接缝不仅是施工难点，也是质量隐患频发之处，因此，在混凝土防渗墙施工中需要严格控制接缝施工质量。

4.4 搅拌桩防渗墙技术

搅拌桩防渗墙的建设， 是将混凝土等胶凝物质作为固化物质，利用桩机钻杆在地表进行打孔，将由胶凝物质组成的浆液，经过高温高压脉冲泵，从钻杆末端的喷头，朝钻杆的四周喷射出去，对土体进行切割，破坏土体，并在上升或下降的过程中，将土体和浆液进行充分混合，经过一系列的物理、化学反应，最终形成了具有特定大小的凝固圆筒体。 在这些圆筒体的基础上，按照规定的位置进行反复作业，最终使得土体形成一堵墙壁，产生良好的抗渗能力，从而满足设计的需要。 目前，该方法主要应用在工业、民用建筑物的墙体下条形基础、大型厂房的堆料地基、基坑隆起、饱和黏性土壤地基加固以及河流防渗加固等方面。

4.5 帷幕灌浆

灌浆帷幕，指的是将浆液注入岩体或者土层裂缝、空隙之中，以产生一种持续的阻水帷幕，多用于水闸、大坝的砂卵石地基或者岩石之中。 帷幕的顶端， 与混凝土底板或盖板相联系，或者与坝体相联系，帷幕的底部，却可以延伸到相对不透水岩层，利用帷幕来截断泄漏通道或者延长渗径，可以有效地减少或者完全阻止地下水向坝体的渗透，并在某种意义上，降低渗透水流对坝体的压力场。 在帷幕灌浆设计中，首先需要确定防渗标准，根据SL 319—2018《混凝土重力坝设计规范》，目前岩体透水率在坝高小于50 m 时为5 Lu； 在坝高处于50～100 m时为3～5 Lu；在坝高大于100 m 时为1～3 Lu。在帷幕灌浆时，应尽可能穿越裂缝，对帷幕注浆进行钻探。 根据裂缝的形状，有的时候， 将其设置为偏向于一边或者是上游的倾斜孔眼也是一种优势。 但是，要注意到一个问题，那就是钻斜孔会占据很大的施工面积，而且在走廊或者隧道中进行的施工，也会给操作带来很大的不便。帷幕灌浆技术要求有7个方面，包括一般规定、材料及制浆、钻孔及冲洗、先导孔施工、帷幕灌浆、结束标准及封孔和帷幕质量检查。 灌浆施工工艺流程如图2 所示。

图2 灌浆施工工业流程

5 结语

综上所述，劈裂灌浆技术适用于坝体防渗；高压喷射灌浆技术适用于处理深度较大的底层水库大坝地基防渗； 混凝土防渗墙适用于石土层大坝地基防渗； 搅拌桩防渗墙技术适用于类土层大坝地基防渗； 帷幕灌浆适用于大坝坝基岩层的缝隙与空洞处理。 研究总结了各关键技术的优缺点及适用范围，以甘肃兰州某水库大坝为实际案例， 结合实地考察与资料分析了水库大坝渗漏的现状与原因， 并提出了水库大坝防渗的关键技术。 水利事业的发展，需要对水资源进行有效合理的开发。 而水库大坝的防渗处理，正是影响水资源利用的重点项目之一。 对于目前水库大坝存在渗漏问题，需要进行及时科学的处理，其他正在运行的水库大坝也应做好防渗维护工作。