防渗施工技术在水利工程中的应用

周利斌

摘要：病险水利水电枢纽工程所存在的最主要的问题是渗透，有坝体渗透及地基(包括坝肩)渗透。要依据不同的坝基、坝型以及具体的渗透情况，来采取相应的处理方法。在实际中通常使用的是防渗墙及灌浆。本文对较为常用的防渗处理方式及方法进行了归纳总结，并且根据目前我国小型水利水电枢纽工程具体的现状，提出了适用性相对比较高的防渗方法。

关键词：水利工程；防渗；灌浆处理；水利除险加固

由于大多数小型的水利水电枢纽工程为特殊历史时期产物，并且在经过了多年的运行之后，其中有许多的工程，都存在着不同程度的一些病险问题，而这些病险不仅仅会影响到水利水电枢纽工程的正常运行，同时还可严重的威胁下游人民的生命财产安全。因而，急需对其进行必要的除险加固处理。而病险水利水电枢纽工程所存在的最主要的问题是渗透，有坝体渗透及地基(包括坝肩)渗透。要依据不同的坝基、坝型以及具体的渗透情况，来采取相应的处理方法。在实际中通常使用的是防渗墙及灌浆。

一、防渗墙的类型及其特点

一般而言，防渗墙要求墙体的厚度小、柔性强、渗透系数低、耐久性好以及单位面积的造价低。目前防渗墙的施工主要有多头深层搅拌水泥土、链斗法、锯槽法、射水法、薄型抓斗以及倒挂井法等成墙工艺。

1.多头深层搅拌水泥土成墙

多头深层搅拌桩机一次性多头钻进，将水泥浆喷入土体并且搅拌，土体和水泥浆液混合而固结成为一组水泥土桩，通过桩与桩的搭接而形成水泥土防渗墙。就目前而言，最大成墙深度可为22m，抗压强度>0.3MPa，水泥土的渗透系数<10cm/s。优点是无泥浆污染、施工简便而且造价比较低，较适用于砂土、粘土、淤泥以及砂砾层（直径小于5cm）。经实践证明，该多头深层搅拌水泥土防渗墙有着明显的防渗效果，并且在地下防渗工程中的质量可靠，其投资经济、有效，有较好的发展前景。

2.锯槽法成墙

在先导孔中，锯槽机刀杆以一定倾角作上下往复的切割运动的同时，以0.8-1.5m/h速度(依据地层的状况)向前移动槽，正循环或者反循环方式的排渣系统可将被锯切下的土体排出槽外，并且使用泥浆护壁，浇筑塑性混凝土形成0.2-0.3m宽的防渗墙体。锯槽机的组成包括行走底盘、刀杆及支架加压系统、动力及传动系统、排渣系统、电气控制系统以及起重设施。有机械式和液压式两种传动方式。使用规格不同的刀杆来组合，开槽深度可达40m，而宽度可达到0.2-0.5m。锯槽法优点为连续成槽、墙体连续、工效高、质量好，且成墙较深，适用于粘土、砂土以及砂砾石地层（卵石粒径小于100mm），而且还可应用自凝灰浆以及固化灰浆来形成强度及抗渗指标不同的防渗墙。

3.链斗法成墙

经链斗式开槽机的排桩上的旋转链斗进行取土，并将斜放的排桩下放至成墙深度，由开槽机前进开挖沟槽，并且应用泥浆护壁，浇筑混凝土的方法与锯槽法相似。链斗式开槽机开槽宽度达16-50cm，其深度达10-15m。比较适于粘土、砂土以及砂砾石地层（粒径小于槽厚、含量小于30%）。

4.薄型抓斗成墙

应用0.3m斗宽的薄型抓斗挖土开槽，且泥浆护壁。浇筑塑性混凝土或者用自凝灰浆而形成薄壁防渗墙，其最大成墙深度可以达40m。较适于粘土、砂土以及卵石和砂砾的粒径与含量均在一定范围内的土层。

5.射水法成墙

射水法成墙设备主要包括造孔机、浇筑机以及混凝土搅拌机。用造孔机成型器内部的喷嘴射出高速的水流来进行土层的切割。成型器通过上下的运动来切割修整孔壁。应用泥浆护壁，正循环或者是反循环出渣。在槽孔形成之后，浇筑水下混凝土或者塑性混凝土形成薄壁防渗墙。其成墙厚度达0.22-0.45m，而深度可达30m，垂直精度可达1/300，较适于粘土、砂土以及砂砾石地层（粒径小于100mm）。1998年我国历史上罕见特大洪水过后，射水法在长江、赣江以及鄱阳湖等重要堤防的加固工程当中得到了广泛的采用，并取得了良好的社会经济效益。

二、灌浆类型及特点

在土石坝坝体、坝基的防渗处理中，灌浆法主要包括均质土坝以及宽心墙坝坝体的劈裂式灌浆、高压喷射灌浆及坝基卵砾石层的防渗帷幕灌浆等。

1.土坝坝体劈裂式灌浆

土坝坝体劈裂式灌浆，是应用坝体应力的分布规律，在一定的灌浆压力下，使坝体沿着坝轴线的方向劈裂，并同时以合适的泥浆灌注，以此形成防渗泥墙来堵塞漏洞、裂缝或者切断软弱层，从而提高坝体防渗能力，同时通过浆、坝互压及湿陷，将坝体内部应力重分布，以此提高坝体的变形稳定性，针对于裂缝的局部灌浆，将类似固结灌浆的灌浆孔群均匀布置于存在裂缝可能性较大的区域；对于坝体施工质量较差，以及出现上下游贯通的横缝，通常要做全线劈裂灌浆。我国的广东省宝树水库在解决土坝坝体渗漏问题上应用土坝坝体劈裂灌浆技术，其结果表明在灌浆之后，坝体的密实度得到了较大的提高，其渗透系数明显降低，而背水坡湿润渗水的现象也随之消失，坝体的渗流量减少了70%以上。

2.高压喷射灌浆防渗

高压喷射灌浆防渗，是通过高压水泥浆液射流冲击而破坏被灌地层结构，水泥浆液和被灌地层土颗粒相掺混，以此形成壁状固结体而起到防渗作用。依据被灌地层结构以及防渗要求的不同，可分为定喷、旋喷以及摆喷。高压喷射灌浆防渗处理优点为：设备简单、料源广、工效高、造价低而且搭接防渗效果好。其不足之处是机具较多且对地质条件要求较高，若控制不好较易在较大颗粒(>200mm)的背后形成漏喷现象。

3.卵砾石层的防渗帷幕灌浆

卵砾石层的防渗帷幕灌浆，往往应用粘土为主并加少量水泥的混合浆液来进行灌注，与在岩石中灌浆不同。卵砾石层灌浆较难以形成自立钻孔，因而常应用套阀式灌浆、打管灌浆以及循环钻灌阀跟管灌浆法。由于受地质条件限制，不能够有效的控制浆液填充范围，为了达到相对比较高的防渗标准，通常需用3排以上的灌浆孔。目前随着防渗墙技术日益成熟，该法已较少的采用。

4.控制性灌浆

近些年以来出现了一种改进型的灌浆工艺，即控制性灌浆，它是对传统的灌浆工艺所做的一种调整。通过对浆液压力及流量进行控制，在保证质量以及效果的前提之下，有效的控制灌浆的范围，以此节约时间和投资。

结语：

综上所述，小型的水利水电枢纽工程的除险加固，大多可采用防渗和灌浆的方法进行有效的处理。针对各小型水利水电枢纽工程的特点的不同，可采取与之相应的方法。而高压喷射灌浆技术开挖量小、设备简单、占地少、灌浆工效高且造价低，对临近的建筑物的影响也较小，因而应用也较为广泛。

参考文献：

[1]张建华.史春山.浅谈新型固结材料在水利防渗工程中的应用[J].黑龙江科技信息.2009(36)

[2]张艳娟.土工膜在水利防渗工程中的施工质量控制[J].南水北调与水利科技.2009(7)

[3]吴泽文.浅谈土工膜在水利防渗工程中的应用[J].科技资讯.2009(24)

[4]杨少俊.复合土工膜在水利防渗中的应用[J].中国水利.2008(18)

[5]张卫平.混凝土防渗墙技术在南河二期工程中的应用[J].南水北调与水利科技.2010(8)