曹文旭

(廣東祥實(shí)建設(shè)有限公司，廣東 中山 528403)

在我國(guó)，很多水利工程的修建時(shí)間較早，受技術(shù)、資金、管理等因素的影響，并沒有能夠取得理想的施工效果，暴露出很多問題，如防洪標(biāo)準(zhǔn)低、壩體老化、滲透穩(wěn)定性差等，影響了水利工程的運(yùn)行的穩(wěn)定和安全。對(duì)此，需要及時(shí)做好水利工程堤壩的防滲加固工作，借助科學(xué)的防滲加固技術(shù)，及時(shí)消除堤壩中存在的安全隱患，將水利工程的功能和價(jià)值充分發(fā)揮出來。

1 水利工程堤壩防滲加固的重要性

水利工程是我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施工程的一個(gè)重要組成部分，也是順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展理念的一種有效措施，通過對(duì)水利工程的施工建設(shè)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于水資源的合理利用，有效預(yù)防洪澇災(zāi)害，更好地滿足社會(huì)生產(chǎn)以及人們?nèi)粘Ｉ顚?duì)于水資源的需求。作為水利工程中的核心構(gòu)筑物，堤壩本身占據(jù)了水利工程總量的80%～90%，因此，在水利工程施工中，做好堤壩建設(shè)非常重要[1]。而從目前的發(fā)展情況分析，我國(guó)很多中小型水利工程都建成于20世紀(jì)60年代或者70年代，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，加上維護(hù)管理不到位，堤壩存在著一定的滲漏問題，會(huì)對(duì)水利工程的運(yùn)行安全造成威脅。做好堤壩防滲加固工作，能夠?qū)λこ痰虊沃写嬖诘娜毕莺碗[患進(jìn)行排除，進(jìn)一步提升堤壩運(yùn)行的穩(wěn)定性，保證水利工程功能的充分發(fā)揮[2]。

2 水利工程堤壩滲漏的主要原因

2.1 整體質(zhì)量偏低

最近幾年，我國(guó)水利工程的數(shù)量呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，不過相對(duì)而言，依然有相當(dāng)一部分建設(shè)較早的中小型水利工程處于運(yùn)行狀態(tài)，而因?yàn)楫?dāng)時(shí)施工條件以及技術(shù)水平的影響，這部分工程項(xiàng)目的質(zhì)量無法得到保證，加上長(zhǎng)期受各種自然因素的侵蝕，很多水利工程堤壩都出現(xiàn)了不同程度的滲漏問題，甚至存在著垮塌的風(fēng)險(xiǎn)[3]。

2.2 設(shè)備應(yīng)用不當(dāng)

機(jī)械設(shè)備的合理應(yīng)用是保證水利工程施工質(zhì)量和施工效率的關(guān)鍵，而如果機(jī)械設(shè)備的使用不當(dāng)，則可能導(dǎo)致堤壩施工質(zhì)量下降的問題。從目前來看，相當(dāng)一部分施工單位在對(duì)水利工程進(jìn)行施工建設(shè)的過程中，沒有重視機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量控制和監(jiān)督管理，導(dǎo)致很多設(shè)備無法將自身的功能和作用充分發(fā)揮出來[4]。

2.3 運(yùn)營(yíng)維護(hù)不足

后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作對(duì)于水利工程堤壩的影響不容忽視，水利工程的運(yùn)行環(huán)境惡劣，如果缺乏有效的運(yùn)營(yíng)維護(hù)，沒有能夠及時(shí)對(duì)潛在的問題和隱患進(jìn)行處理，則可能導(dǎo)致問題的擴(kuò)大化，繼而引發(fā)堤壩滲漏的問題。一般情況下，水利工程施工建設(shè)完成后，會(huì)交給運(yùn)營(yíng)單位實(shí)施運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作，但是因?yàn)楸O(jiān)督管理機(jī)制的欠缺，不少工作人員存在著懈怠心理，對(duì)于堤壩巡檢不夠仔細(xì)，沒有能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)堤壩中存在的問題，隨著問題的擴(kuò)大化，堤壩可能出現(xiàn)滲漏和決堤的風(fēng)險(xiǎn)[5]。

3 水利工程堤壩防滲加固技術(shù)

3.1 水平防滲加固技術(shù)

水平防滲加固技術(shù)的應(yīng)用必須充分考慮水利工程堤壩的實(shí)際情況，選擇最為恰當(dāng)?shù)募庸绦问?，以此來保證加固的效果。在實(shí)踐中，常用的加固方法有三種，一是對(duì)于出現(xiàn)大面積滲漏的堤壩，對(duì)防滲加固技術(shù)的要求較高，需要施工人員做好水量測(cè)量工作，對(duì)照工程的實(shí)際情況做好全面分析，確定最佳的防滲加固方案；二是應(yīng)該立足全壩分析的角度，對(duì)存在有結(jié)構(gòu)問題的堤壩，可選擇滲透壓力平臺(tái)加固技術(shù)；三是如果堤壩要求對(duì)滲漏率進(jìn)行控制，可以采用水側(cè)攔截技術(shù)來提升防滲加固的連續(xù)性，保證堤壩的穩(wěn)定和安全[6]。

3.2 高壓噴射灌漿技術(shù)

高壓噴射灌漿技術(shù)的基本原理，是利用射流作用，對(duì)堤壩所處地層的結(jié)構(gòu)做出改變，然后灌入水泥漿或者復(fù)合漿液，在地層內(nèi)部形成凝結(jié)體，從而起到防滲加固的效果。在當(dāng)前的技術(shù)條件下，高壓噴射灌漿施工的方法可以分為幾種：一是單管法，主要是借助高壓泥漿泵，將預(yù)先配置好的水泥漿以30 MPa的壓力噴射到地層中，借助沖擊剪切作用破壞地層結(jié)構(gòu)，然后通過旋轉(zhuǎn)的方式，實(shí)現(xiàn)水泥漿和土層的充分混合，凝固后可以形成具備較高穩(wěn)定性的凝膠體。單管法施工中，水泥漿液的水灰比控制簡(jiǎn)單[7]，能源利用率高，不過對(duì)于高壓泥漿泵的依賴性較大；二是雙管法，利用雙通道注漿管，在水利堤壩底部同軸雙重噴射高壓水泥漿和空氣，擴(kuò)大破壞面積，最終形成延伸長(zhǎng)度更大或者樁徑更大的凝膠體。雙管法的優(yōu)勢(shì)在于相同壓力下，高壓水泥漿能夠與空氣協(xié)作，有助于防滲加固效果的提高，不過其只適用于軟土層；三是三管法，三管法是利用三個(gè)通道，分別輸送高壓水泥漿、空氣和清水，在30 MPa～60 MPa的超高壓作用下沖切土體，然后借助泥漿泵灌注的方式，對(duì)土層進(jìn)行加固[8]。這種方法的優(yōu)勢(shì)在于噴射壓力高、設(shè)備損耗小，形成的凝膠體體積更大，在軟土地基和砂土層防滲加固中有著良好的適用性；四是多管法，在施工中，需要先在地面鉆出倒空，置入多重管，然后利用向下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的超高壓噴射流來破壞土體結(jié)構(gòu)，以高壓水沖切巖石，以真空泵將泥漿抽出，形成巨大的內(nèi)部操作空間，在噴嘴位置設(shè)置超聲波傳感器，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，然后結(jié)合實(shí)際情況，將混合均勻的水泥漿、砂漿和礫石等填充到空間中[9]。

3.3 振動(dòng)沉模防滲技術(shù)

振動(dòng)沉模防滲技術(shù)的基本原理有兩個(gè)，一是振動(dòng)機(jī)械原理，將振動(dòng)錘作為動(dòng)力設(shè)備，兩根軸上分別設(shè)置一個(gè)偏心塊，電機(jī)啟動(dòng)后，牽引偏心塊形成偏心，抵消雙軸同向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的橫向偏心力，而在豎向運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)形成激振力，使得其在垂直方向往復(fù)高頻振動(dòng)，沖擊動(dòng)量會(huì)直接作用在空腹模板上，使得其迅速沉入到地層中；二是振動(dòng)沉模原理，空腹模板在沉入到地層后，可以啟動(dòng)灌漿設(shè)備灌注水泥漿，在牽引力的作用下，振動(dòng)模板逐漸上升，水泥漿會(huì)在重力的作用下，將模板上升形成的空間填滿[10]。施工中模板的上升和注漿是同步進(jìn)行的，空腹模板能夠提供良好的防護(hù)功能，不容易出現(xiàn)墻壁坍塌的問題，而且在模板底部設(shè)置有多個(gè)槽孔，能夠很好地應(yīng)對(duì)地下洞穴、廢棄管道以及滲水點(diǎn)等問題，保證防滲加固的效果。

3.4 劈裂帷幕灌漿技術(shù)

劈裂帷幕灌漿技術(shù)的基本原理，是沿工程堤壩軸線，均勻設(shè)置灌漿孔，在兩側(cè)壩體中開出一定的空間，通過灌注水泥漿的方式，形成連續(xù)性防滲帷幕，從而解決水利工程堤壩滲漏的問題，同時(shí)也能夠起到良好的加固效果。通過高壓水泥漿的灌注，能夠?qū)Φ虊蝺?nèi)部存在的應(yīng)力不足的區(qū)域進(jìn)行處理，使得堤壩能夠達(dá)到應(yīng)力平衡狀態(tài)，促進(jìn)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的提高。不過也需要注意，不同地區(qū)的地質(zhì)條件和氣候條件的差異，使得水利工程堤壩破壞的原因也有所不同，在進(jìn)行防滲加固前，需要做好相應(yīng)的灌漿試驗(yàn)[11]，確定堤壩破壞的原因，同時(shí)對(duì)地層的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行明確，制定出最佳的灌漿方案，這樣才能保證防滲加固的效果。

3.5 土工膜防滲技術(shù)

土工膜防滲技術(shù)是最近幾年才發(fā)展起來的全新技術(shù)形式，能夠用于水利工程堤壩垂直防滲墻、防滲斜墻以及水平防滲鋪蓋的防滲加固作業(yè)。施工環(huán)節(jié)，需要沿堤壩垂直方向鉆出槽孔，將與槽孔深度一致的土工膜整卷放入到槽孔內(nèi)，然后將其軸卷倒轉(zhuǎn)，充分展開后，在兩側(cè)相連區(qū)域搭接，并在土工膜兩側(cè)填充混凝土，形成相應(yīng)的防滲帷幕。土工膜防滲技術(shù)的施工效果與土工膜本身的質(zhì)量密切相關(guān)[12]，因此在我國(guó)相關(guān)規(guī)范中，對(duì)堤壩防滲加固中土工膜的參數(shù)進(jìn)行了明確：水利工程堤壩使用的土工膜厚度應(yīng)該大于0.5 mm，一些關(guān)鍵部位可以根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加厚，次要部位可以適當(dāng)減小，但是最小厚度不能小于0.3 mm。

3.6 級(jí)配料灌漿技術(shù)

級(jí)配料灌漿防滲加固技術(shù)適用于斷層地帶、喀斯特地貌以及存在較大裂隙的水利工程堤壩工程，在實(shí)際處理中，需要結(jié)合防滲加固的需求，做好水分和砂石等的配比設(shè)計(jì)，形成混合泥漿，利用壓力泵將混合泥漿壓入到堤壩內(nèi)部，借助壓力和重力的共同作用，對(duì)堤壩中的縫隙和空洞進(jìn)行填補(bǔ)，形成密實(shí)穩(wěn)定的凝固體。在我國(guó)南方丘陵地帶以及西南地區(qū)，喀斯特地貌廣泛分布，級(jí)配料灌漿技術(shù)的出現(xiàn)，能夠?yàn)檫@些地區(qū)水利工程堤壩的防滲加固提供可靠支撐[13]。

3.7 滲漏涌水處理技術(shù)

考慮到水利工程堤壩滲漏可能導(dǎo)致的嚴(yán)重后果，工作人員必須結(jié)合實(shí)際情況來對(duì)封堵材料進(jìn)行合理選擇，從提高堤壩防滲加固效果的角度，可以選擇高聚物材料，其具備顯著的膨脹擴(kuò)散機(jī)理，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于裂縫問題的有效處理，規(guī)避可能出現(xiàn)的嚴(yán)重后果，同時(shí)也能夠?yàn)槿蘸筇幚硖峁┍憷?，做好水流的合理引?dǎo)，有效緩解水壓，降低水流作用對(duì)堤壩的影響。對(duì)照水利工程堤壩的實(shí)際情況，選擇科學(xué)的滲透涌水處理技術(shù)，能夠發(fā)揮出良好的防滲加固效果，促進(jìn)水利工程施工質(zhì)量的提高[14]。

4 案例分析

海豐縣龍津河(上游段)治理工程位于海豐縣海城鎮(zhèn)龍津河上游段內(nèi)，本項(xiàng)目為河道治理長(zhǎng)度為10.96 km，工程造價(jià)約 1955.35萬元。招標(biāo)范圍：清淤10.96 km、護(hù)岸11.85 km、重建水陂1座、加固水陂6座。在治理工程中，水利工程堤壩的防滲加固非常關(guān)鍵。結(jié)合工程的實(shí)際情況，考慮壩體表面存在裂縫、塌陷等隱患，為了保證最佳的防滲加固效果，最終決定采用劈裂帷幕灌漿技術(shù)進(jìn)行加固。

圖1 海豐縣海城鎮(zhèn)龍津河治理工程(局部)

防滲加固過程中，考慮工程施工的特殊性，在鉆孔時(shí)采用了梅花形布孔的方式，從頂部開始沿堤壩直線向外鉆孔，鉆進(jìn)深度為1.5 m，孔間距為3.0 m，在部分區(qū)域，可以適當(dāng)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，不過依然需要保持在1 m～2 m之間。技術(shù)人員在進(jìn)行施工的過程中，也可以采用直線布孔的方式，不過需要做好從下到上灌漿，把控好灌漿的速度，在緩解壓力的同時(shí)，規(guī)避漏漿和滑坡等問題。施工環(huán)節(jié)，采用孔底注漿全控灌注純壓的方法進(jìn)行灌漿，注漿管下到距離孔底0.5 m左右的位置，灌漿壓力為0.2 MPa～0.4 MPa，需要安排專人做好現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，確保壓力值不超過最大允許灌漿壓力。施工采用的是分次灌漿的方式，難點(diǎn)在于必須將每一次灌漿量控制在0.1 m3～0.5 m3之間，壩面裂縫必須被控制在3 cm以內(nèi)，彈比不小于50%。完成的工程量包括：沿壩軸線單線布置灌漿，分段灌注，壩基帷幕灌漿防滲；灌漿深度由現(xiàn)場(chǎng)水壓試驗(yàn)都能夠深入到弱透水層下3 m；檢查孔的數(shù)量為灌漿孔總數(shù)的10%。

實(shí)踐結(jié)果顯示，將劈裂帷幕灌漿技術(shù)應(yīng)用到堤壩防滲加固中，能夠起到顯著的防滲加固效果，有效緩解了降水對(duì)于水利堤壩的沖擊，也可以對(duì)小型堤壩運(yùn)行中存在的弊端進(jìn)行彌補(bǔ)，值得進(jìn)行推廣[15]。

5 結(jié)語

總而言之，最近幾年，伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的水利工程施工技術(shù)和堤壩防滲技術(shù)得到了顯著提升，很好地適應(yīng)了社會(huì)發(fā)展對(duì)于水利工程的需求。面對(duì)水利工程運(yùn)行中存在的堤壩滲漏問題，運(yùn)營(yíng)管理機(jī)構(gòu)必須重視起來，借助先進(jìn)的防滲加固技術(shù)，對(duì)水利工程堤壩中存在的滲漏問題進(jìn)行解決，提高水利工程的運(yùn)行效率，將水利工程的作用充分發(fā)揮出來，帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。