馬學(xué)龍

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，蘭州730000）

1 引言

在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、防洪抗旱等事業(yè)中，水利工程中的水庫(kù)大壩一直以來(lái)都具有不可替代的作用[1]。 因此，水庫(kù)大壩防滲技術(shù)不僅是我國(guó)水利工程正常運(yùn)行的技術(shù)保障之一， 同時(shí)也是人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的保障。 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)防滲技術(shù)已經(jīng)逐漸過(guò)時(shí)， 更高效安全的防滲技術(shù)成為迫切需求。 此次研究以甘肅蘭州某水庫(kù)大壩為例，對(duì)水庫(kù)大壩的防滲施工概況進(jìn)行討論，總結(jié)了滲漏原因，對(duì)施工關(guān)鍵技術(shù)展開了探索，并且提出了防滲施工關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)。

2 甘肅蘭州某水庫(kù)大壩防滲工程項(xiàng)目概述

甘肅蘭州某水庫(kù)位于山區(qū)，處于城市與農(nóng)村的交界地帶，該地區(qū)存在大量的砂石料開采點(diǎn)。 該水庫(kù)大壩為混凝土重力壩，經(jīng)調(diào)查后，其防滲項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求如表1 所示。

表1 甘肅蘭州某水庫(kù)大壩防滲項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求

該水庫(kù)大壩主要采用的是薄層砂礫石壩， 該區(qū)域的土質(zhì)屬于強(qiáng)透水性，在水庫(kù)蓄水時(shí)容易出現(xiàn)滲水問題。 水庫(kù)大壩滲漏是影響水庫(kù)大壩安全運(yùn)行的重要因素之一[2]。為了解決壩體滲漏問題，需要對(duì)壩體進(jìn)行防滲處理。 此外，在選取防滲處理措施時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：（1）合理控制水庫(kù)大壩防滲工程的成本，以免導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失擴(kuò)大。 如果成本控制不夠合理，很有可能導(dǎo)致施工成本上升，難以保證施工質(zhì)量。 （2）充分考慮大壩工程的施工質(zhì)量。 對(duì)于水庫(kù)大壩防滲處理工程而言，應(yīng)當(dāng)保證施工質(zhì)量， 避免施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)而導(dǎo)致工程質(zhì)量不達(dá)標(biāo)或出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。 另外，在對(duì)大壩進(jìn)行防滲處理時(shí)還應(yīng)當(dāng)充分考慮工程周圍環(huán)境因素，如周圍地形地貌、地質(zhì)情況等。 （3）結(jié)合實(shí)際情況確定選擇合適的防滲技術(shù)。 不同的水庫(kù)大壩所存在的地質(zhì)與環(huán)境不同， 選擇不同防滲技術(shù)才能達(dá)到理想效果。（4）保證水庫(kù)大壩防滲處理方案的科學(xué)性與合理性。在處理水庫(kù)大壩滲漏問題時(shí)，需要對(duì)具體情況進(jìn)行分析，從實(shí)際情況出發(fā)確定防滲方案，并且要按照科學(xué)方法進(jìn)行施工，避免出現(xiàn)過(guò)度處理而影響工程質(zhì)量的現(xiàn)象。

3 水庫(kù)大壩滲漏的原因

在甘肅蘭州某水庫(kù)的運(yùn)行維護(hù)中，長(zhǎng)期以來(lái)的滲漏破壞，對(duì)該水庫(kù)大壩造成了嚴(yán)重的影響。 隨著滲漏破壞的逐漸加劇，現(xiàn)在的大壩墻身已經(jīng)出現(xiàn)較為明顯的變形裂縫， 威脅到了壩基的穩(wěn)定性。 對(duì)該水庫(kù)大壩滲漏的情況展開實(shí)地調(diào)查，總結(jié)了水庫(kù)大壩滲漏的原因有以下幾點(diǎn)：（1）技術(shù)缺陷。 從目前甘肅蘭州某水庫(kù)大壩的施工情況來(lái)看， 由于工程設(shè)計(jì)者沒有全面地綜合考量，許多工程技術(shù)指標(biāo)與規(guī)范不符，造成了工程技術(shù)和工藝應(yīng)用不當(dāng)， 給該水庫(kù)大壩帶來(lái)了嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。 另外，在修建大壩時(shí)，沒有采取適當(dāng)?shù)臐B漏控制措施，也是引起大壩漏水的一個(gè)重要因素。 （2）結(jié)構(gòu)破壞與變形。 實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，甘肅蘭州某水庫(kù)大壩條件較為嚴(yán)酷，大壩的構(gòu)造已經(jīng)發(fā)生某種程度的損傷和變形，從而破壞了大壩的滲透性和穩(wěn)定性。另外，在大壩地基處發(fā)生滲流的可能性很大，長(zhǎng)期的滲透必然會(huì)導(dǎo)致大壩的變形。 （3）維護(hù)管理不當(dāng)。 在甘肅蘭州某水庫(kù)大壩的運(yùn)行中，由于設(shè)備條件的落后，難以對(duì)水庫(kù)大壩的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 此外，現(xiàn)有的管理維護(hù)體系中也存在著許多不合理和缺失的方面， 造成了已有的滲漏問題未得到及時(shí)修復(fù)。

4 水庫(kù)大壩防滲關(guān)鍵技術(shù)

4.1 高壓噴射灌漿防滲技術(shù)

高壓噴射灌漿技術(shù)是通過(guò)水力沖擊，對(duì)土壤進(jìn)行沖擊，攪拌地下土壤， 使?jié){液與土壤顆粒混合凝固， 從而構(gòu)成防滲板墻。 對(duì)大壩工程進(jìn)行抗?jié)B強(qiáng)化時(shí)， 需要在設(shè)計(jì)的部位進(jìn)行鉆孔，之后將其放置在高溫下，并連接高壓水泵、空氣壓縮機(jī)和混凝土攪拌機(jī)等。 在進(jìn)行操作時(shí)，按照規(guī)定要求，在進(jìn)行注入漿液的同時(shí)，還要同時(shí)提高注漿管，從而完成對(duì)水泥漿和土粒的攪拌，最終與板墻帷幕相結(jié)合，從而達(dá)到進(jìn)行防滲加固的效果。 高壓噴射灌漿機(jī)理如圖1 所示。

圖1 高壓噴射灌漿機(jī)理

高壓噴射灌漿防滲加固技術(shù)，主要適用于軟土層。 目前，國(guó)內(nèi)許多項(xiàng)目都采用了高壓噴射注漿的方法， 但是通常情況下，高噴射注漿的深度在20 m 以內(nèi)。 其不僅可以應(yīng)用在低水頭土壩的基礎(chǔ)防滲，還可以應(yīng)用在松散巖層的防滲、堵漏、截潛流、臨時(shí)圍堰等方面。

4.2 壩體劈裂灌漿加固技術(shù)

劈裂灌漿指的是利用高壓漿液對(duì)灌漿孔附近的巖層造成破壞，從而擴(kuò)大并擴(kuò)展縫隙；漿液會(huì)在每個(gè)縫隙中從土體強(qiáng)度較小的地方持續(xù)進(jìn)行劈裂， 通過(guò)注入劈裂土體中的漿液相互作用，從而對(duì)土體進(jìn)行強(qiáng)化，封閉滲漏的渠道，從而實(shí)現(xiàn)了防滲的目的。灌漿劈裂土體具有兩個(gè)機(jī)理。第一個(gè)機(jī)理是在含大空洞碎石、粗砂等的淤泥中，注漿壓力越大，淤泥越容易產(chǎn)生滲流、劈裂流現(xiàn)象；對(duì)于含微小空洞的細(xì)沙，則僅表現(xiàn)為分割型，而不表現(xiàn)為滲流。 第二個(gè)機(jī)理是當(dāng)巖層發(fā)生一定程度的位移時(shí)，泥漿的可灌注性能將得到提高。 若為了減小甚至克服此類巖層的變形，而采取了降低注漿壓力的辦法，則其可灌性較差，甚至劈裂、滲透兩種形態(tài)都不會(huì)發(fā)生，無(wú)法達(dá)到注漿的目的。 與常規(guī)注漿方式比較，壩體劈裂灌漿加固技術(shù)具有機(jī)理清楚，施工工藝合理，施工快捷，注漿質(zhì)量高，經(jīng)濟(jì)效益顯著等特點(diǎn)。 在此基礎(chǔ)上，已有學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了深入的理論與實(shí)際相結(jié)合的探索，并取得了有效成果[3]。 目前，這項(xiàng)技術(shù)還算完善，適用于質(zhì)量較差、有裂縫、下游坡濕、漏水，甚至滲透變形的壩體。

4.3 混凝土防滲墻技術(shù)

混凝土防滲墻技術(shù)指的是在松散透水基礎(chǔ)上開挖一個(gè)槽孔，為了避免孔壁發(fā)生塌陷，需要在已經(jīng)打開的槽孔中注入一種可以對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化的泥漿，之后再將管子插入槽孔中，對(duì)其進(jìn)行澆筑，從而在透水基礎(chǔ)上構(gòu)筑一種防滲墻體。 按照混凝土防滲墻水平截面的形式，可以將混凝土防滲墻分為4 類，分別為墻板型、圓樁柱型、墻板混合型和樁柱混合型。 在混凝土防滲墻施工中，造孔作業(yè)是主要作業(yè)項(xiàng)目之一，時(shí)間占比超過(guò)總工期的3/5。 在造孔作業(yè)中的接縫處理的效果直接影響了防滲墻防滲作用的效果。 因此，需要在混凝土防滲墻施工中，將已澆混凝土孔的兩端清洗干凈， 以確保前后澆筑的混凝土能夠無(wú)縫對(duì)接。 混凝土防滲墻技術(shù)是一種獨(dú)特的混凝土結(jié)構(gòu)，它具有操作簡(jiǎn)便、工藝先進(jìn)、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)眾多的水利建設(shè)中得到了普遍應(yīng)用。 但能否將淤泥與混凝土進(jìn)行高效隔離，能否確?；炷恋臐仓焚|(zhì)，以及能否改善混凝土的抗?jié)B性也至關(guān)重要。 此外，墻體接縫不僅是施工難點(diǎn)，也是質(zhì)量隱患頻發(fā)之處，因此，在混凝土防滲墻施工中需要嚴(yán)格控制接縫施工質(zhì)量。

4.4 攪拌樁防滲墻技術(shù)

攪拌樁防滲墻的建設(shè)， 是將混凝土等膠凝物質(zhì)作為固化物質(zhì)，利用樁機(jī)鉆桿在地表進(jìn)行打孔，將由膠凝物質(zhì)組成的漿液，經(jīng)過(guò)高溫高壓脈沖泵，從鉆桿末端的噴頭，朝鉆桿的四周噴射出去，對(duì)土體進(jìn)行切割，破壞土體，并在上升或下降的過(guò)程中，將土體和漿液進(jìn)行充分混合，經(jīng)過(guò)一系列的物理、化學(xué)反應(yīng)，最終形成了具有特定大小的凝固圓筒體。 在這些圓筒體的基礎(chǔ)上，按照規(guī)定的位置進(jìn)行反復(fù)作業(yè)，最終使得土體形成一堵墻壁，產(chǎn)生良好的抗?jié)B能力，從而滿足設(shè)計(jì)的需要。 目前，該方法主要應(yīng)用在工業(yè)、民用建筑物的墻體下條形基礎(chǔ)、大型廠房的堆料地基、基坑隆起、飽和黏性土壤地基加固以及河流防滲加固等方面。

4.5 帷幕灌漿

灌漿帷幕，指的是將漿液注入巖體或者土層裂縫、空隙之中，以產(chǎn)生一種持續(xù)的阻水帷幕，多用于水閘、大壩的砂卵石地基或者巖石之中。 帷幕的頂端， 與混凝土底板或蓋板相聯(lián)系，或者與壩體相聯(lián)系，帷幕的底部，卻可以延伸到相對(duì)不透水巖層，利用帷幕來(lái)截?cái)嘈孤┩ǖ阑蛘哐娱L(zhǎng)滲徑，可以有效地減少或者完全阻止地下水向壩體的滲透，并在某種意義上，降低滲透水流對(duì)壩體的壓力場(chǎng)。 在帷幕灌漿設(shè)計(jì)中，首先需要確定防滲標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)SL 319—2018《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，目前巖體透水率在壩高小于50 m 時(shí)為5 Lu； 在壩高處于50～100 m時(shí)為3～5 Lu；在壩高大于100 m 時(shí)為1～3 Lu。在帷幕灌漿時(shí)，應(yīng)盡可能穿越裂縫，對(duì)帷幕注漿進(jìn)行鉆探。 根據(jù)裂縫的形狀，有的時(shí)候， 將其設(shè)置為偏向于一邊或者是上游的傾斜孔眼也是一種優(yōu)勢(shì)。 但是，要注意到一個(gè)問題，那就是鉆斜孔會(huì)占據(jù)很大的施工面積，而且在走廊或者隧道中進(jìn)行的施工，也會(huì)給操作帶來(lái)很大的不便。帷幕灌漿技術(shù)要求有7個(gè)方面，包括一般規(guī)定、材料及制漿、鉆孔及沖洗、先導(dǎo)孔施工、帷幕灌漿、結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)及封孔和帷幕質(zhì)量檢查。 灌漿施工工藝流程如圖2 所示。

圖2 灌漿施工工業(yè)流程

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，劈裂灌漿技術(shù)適用于壩體防滲；高壓噴射灌漿技術(shù)適用于處理深度較大的底層水庫(kù)大壩地基防滲； 混凝土防滲墻適用于石土層大壩地基防滲； 攪拌樁防滲墻技術(shù)適用于類土層大壩地基防滲； 帷幕灌漿適用于大壩壩基巖層的縫隙與空洞處理。 研究總結(jié)了各關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，以甘肅蘭州某水庫(kù)大壩為實(shí)際案例， 結(jié)合實(shí)地考察與資料分析了水庫(kù)大壩滲漏的現(xiàn)狀與原因， 并提出了水庫(kù)大壩防滲的關(guān)鍵技術(shù)。 水利事業(yè)的發(fā)展，需要對(duì)水資源進(jìn)行有效合理的開發(fā)。 而水庫(kù)大壩的防滲處理，正是影響水資源利用的重點(diǎn)項(xiàng)目之一。 對(duì)于目前水庫(kù)大壩存在滲漏問題，需要進(jìn)行及時(shí)科學(xué)的處理，其他正在運(yùn)行的水庫(kù)大壩也應(yīng)做好防滲維護(hù)工作。