水利工程防滲技術與應用分析

楊宏平

（江蘇農墾鹽城建設工程有限公司，江蘇鹽城　224000）

水利工程防滲技術與應用分析

楊宏平

（江蘇農墾鹽城建設工程有限公司，江蘇鹽城224000）

水利工程建設是國家富強、民族振興的重要環節。我國江河湖海面積廣闊，水利資源豐富，改革開放后，越來越多的大型水利工程被設計建成，用以發電、排洪。水利工程的安全性要求極高，因為一旦出現潰壩現象，不僅整個工程毀之一炬，下游人民的生命財產安全也將受到威脅，因此在工程選址、工程設計、工程施工、工程維護上都需要花費大量的人力財力。水利工程建設常出現的問題是滲漏。本文充分介紹了滲漏現象發生的原因，剖析防滲處理的必要性，從壩體防滲及壩基防滲兩方面出發，根據不同情況，給出了防滲墻及灌漿兩種防滲方式，并詳細介紹了其施工方法。通過實例分析雷公島閘站建設，進一步說明方案的可行性，為其他水利工程建設過程中出現的滲漏問題提供現行的解決方案。

水利工程防滲技術防滲墻灌漿

我國水利工程數量眾多，其中出現的滲漏現象也數不甚數，前人對滲漏現象的處理已有很大的心得。本文在總結前人的基礎上，分析實例，對滲漏現象設計了一套獨有的處理方法。

1　水利工程防滲漏的必要性

滲漏現象是各水利工程常見的工程問題，也往往是對工程安全影響最大的因素［1］。滲漏現象出現的原因有很多，不同水利工程所處地質環境的不同，各工程情況往往有所差異，對滲漏現象的處理，將極大地提高水利工程的使用壽命及安全性。

1.1導致滲漏的主要因素

（1）鋼材生銹及混凝土充填不當。在水利工程建設中，混凝土及鋼材的質量極其重要。在施工過程中，如果鋼筋分布過密，在充填混凝土時容易導致充填不均，下部骨料集中，上部缺失甚至出現孔洞。這種情況的出現往往導致裂縫的發育，河水沿著裂隙常年發生侵蝕作用，往往導致滲漏現象的發生。

鋼材在建筑物內發生生銹現象也是導致滲漏現象出現的一大因素［2］。鋼材質量不過關或鋼筋混凝土的保護層過薄，容易導致保護層受二氧化碳侵蝕碳化，當腐蝕到鋼材表面時，鋼筋周圍的混凝土便會因堿度變化而遭受破壞，形成空洞或開裂。

（2）工人施工失誤引起的滲漏。在工程施工過程中，需要將止水帶及鋼材等骨架結構周圍的灰、木屑、銹跡等雜物清除干凈，如果未能清理這些雜物，混凝土往往不能將止水帶及鋼材等包裹嚴實，產生裂隙。在對混凝土進行振搗時，工人們往往不能很好地掌握管道處的嚴實程度，因此常常出現裂縫。固定止水帶的方法上也需格外注意，這也是產生裂隙的常見因素。

（3）溫差變化及混凝土原材料選擇。混凝土中含有石灰，石灰與水反應常常放出大量的熱，在施工過程中，混凝土內部散熱慢，而混凝土外部散熱快，常常導致內外溫差的出現［3］。這種內外溫差將產生溫度應力，使得建筑產生不均勻變形，生成裂縫。此外，在混凝土原材料的原則上，一定要遵照要求進行選擇，材料選擇不當，強度達不到指標，也往往會產生裂縫，發生滲漏。

（4）其他因素。導致滲漏出現還有很多因素，如地震、構造運動等自然因素，還有許多動物也能造成堤壩的滲漏，如白蟻的侵蝕。

1.2防滲漏的重要性

一個水利工程的防滲性直接影響其壩基與壩體的穩定性。壩基與壩體堅固，防滲性好，將大大提高工程的使用壽命。在全球范圍內，因壩體滲漏而導致的潰壩事件時有發生，造成了巨大的災難。對水利工程進行防滲處理，能有效地避免危險的發生。筆者總結前人研究經驗，從以下幾點論述水利工程防滲漏的必要性：

（1）水利工程在建立之初，受限于當時的經濟、技術水平，防洪能力過低，往往滿足不了現今對水利工程的要求。對水利工程進行防滲漏處理，將大大提高其防洪能力，并減少安全隱患。

（2）隨著使用時間的增加，水利工程常常出現老化現象。這些可能由地殼運動影響或由動物活動引起，其原因各不相同，但老化現象都會影響工程對水體的控制能力，出現滲漏。對水利工程進行防滲處理，能很好地對工程進行檢修，延長使用年限。

2　壩體防滲漏

對壩體的防滲處理，一般采用建立防滲墻對壩體進行加固的辦法。防滲墻的種類有很多，針對不同水利工程出現的不同滲漏現象，有多種施工方法。防滲墻的墻體一般不厚，滲透系數指標也要保持低位，但對柔韌性及耐久性的要求卻很高。由于它的工程作用特殊，防滲墻的造價一般不能太高。

2.1防滲墻的種類及特點

常用防滲墻工藝主要有五種，包括鏈斗法成墻防滲技術、薄型抓斗成墻防滲技術、多頭深層攪拌泥土墻工藝、射水法成墻防滲技術、鋸槽法成墻工藝［4］。

（1）多頭深層攪拌成墻工藝。針對地下作業，多頭深層攪拌成墻工藝有獨到的工藝效果。多頭深層攪拌成墻工藝不僅在造價上比其他防滲墻工藝低得多，而且操作簡單，基本不會產生泥漿污染，是一種相當環保的施工方法。在施工過程中，攪拌機一次性指揮多個鉆頭伸入深層，在凝固形成多個水泥柱后，通過加料填充，樁與樁之間進一步形成墻體構成完整的防滲墻體系。防滲墻最大深度一般不超過20米，水泥土滲透系數小于10em/s，抗壓強度大于0.3MP。

圖1　有懸掛式防滲墻的典型剖面滲流等勢圖

在眾多實例運用中，多頭深層攪拌成墻工藝多次證明了其高效性、高質量的特點，被譽為防滲墻工藝中最有發展前景的工藝。

（2）射水法成墻防滲技術。射水法與其他工藝相比較為繁瑣，因為它不是由單個設備獨立完成的，主要設備包括攪拌機、造孔機及澆筑機三種器械。

這種工藝首先利用造孔機對土層進行切割，在高壓水流的作用下將孔壁進一步完善，再由成型器上下切割修整，完成槽孔。在孔壁的切割工作中，孔內泥漿的排泄主要通過循環排渣工序完成。最后槽孔內部充填事先用攪拌器攪拌均勻的混凝土，充填器械一般為澆筑機，也有人工澆筑方法，但現在已基本淘汰使用。

射水法成墻在南方的水利工程中使用較多，這與我國水資源南多北少、東多西少的分布有極大的關系。

（3）鋸槽法成墻工藝。鋸槽法成墻工藝的鋸槽機主要包括動力系統、底盤、加壓系統、電氣系統、排泄系統及起重設備等［5］。鋸槽法澆筑形成的防滲墻厚度一般較小，基本在0.2-0.3m左右，但連續性較好，防水性強。針對不同的需求，在澆筑過程中還可以選擇不同的澆筑底料，具體包括自凝灰漿、固化灰漿、水泥漿。另外，鋸槽法成墻工藝主要運用于由粘土、砂土、卵礫石構成的巖層中。

（4）鏈斗法成墻防滲技術。鏈斗法成墻防滲技術適用于由粘土、砂土及顆粒粒度小于槽厚、含量小于1/3的砂礫地層［6］。操作過程先用旋轉鏈斗取土，而后將事先建好的傾斜排樁下放到防滲墻所在位置，開槽機前進，開挖溝槽，采用循環排渣工序排出渣土，溝槽完成后澆筑混凝土。不同的鏈斗式開槽機開槽寬度有所差異，但一般為16～50cm，可根據需要調整大小，溝槽深度可達10～15m。

（5）薄型抓斗成墻防滲技術。薄型抓斗成墻工藝的最大成墻深度為40米，它是利用微型抓斗對土層進行挖掘開槽，受限于抓斗的寬度，槽寬一般為0.3m。該技術采用泥漿護壁，利用循環排渣工序排出渣土，通過塑性混凝土澆筑或自凝灰漿澆筑形成防滲墻。

2.2防滲墻具體應用

防滲墻在各種水利工程中均有用到，是解決滲漏現象及水利工程檢修的有效手段［7］。在閘站的防滲漏處理中，靈活運用防滲墻將大大減少人力財力，并有效延長閘站的使用壽命，減低安全隱患。筆者簡要介紹以下幾種防滲墻的具體應用：

（1）懸掛式防滲墻。針對雙層結構堤基，假設弱透水層覆蓋層為粉砂質土壤且厚度小于3米，透水層50厘米，外灘寬度為40米。由于此種情況，防滲墻的影響范圍有限，堤后滲漏狀態不能很好改善，設計全封閉的防滲墻意義不大，通過計算防滲墻貫入比，設計合適的懸掛式防滲墻是最好的選擇（如圖1）。

（2）半封閉式防滲墻。半封閉式防滲墻需要厚度及滲透性可靠的防滲依托層與之相匹配，必須與多元結構堤基結合，同時該種防滲墻還受到外灘寬度及河泓切割情況的影響。結合以上各種條件，該種防滲墻的應用較為繁瑣，此處不做贅述。

（3）全封閉式防滲墻。全封閉式防滲墻以弱透水層或隔水層作為防滲底板，對防滲底板的性質有較高的要求。防滲底板的埋深影響防滲墻的深度，深度越深該工程的工程量隨之加大，因此對全封閉式防滲墻的設計需要格外注意防滲底板的完整性，否則工程的資金、難度等也將隨之變得棘手。

3　壩基防滲漏

對于壩基防滲漏的處理，目前使用最多的是灌漿防滲施工技術［8］。針對不同情況，灌漿技術共分為土壩劈裂灌漿技術、卵礫石層帷幕式灌漿技術、高壓噴射灌漿技術、膨脹漿塞法灌漿及控制性灌漿技術五種類型。以下為各灌漿技術原理及特點分析：

（1）高壓噴射灌漿技術。高壓噴射灌漿技術要求的設備極其簡單，在施工過程中工程效率高，且材料來源廣，針對不同工程需求能很好地控制工程造價［9］。高壓噴射灌漿技術主要利用高壓水泥泵的噴射沖擊力對土層結構進行破壞，水泥漿液沿著噴射壓力制造的縫隙充填，凝固后形成具有特定形狀及性能的固結體，并具有一定的防滲作用。

（2）控制性灌漿技術。這是近幾年的新興技術，是對傳統灌漿方法的改進［10］。主要通過控制水泥漿液的流量，達到加壓加速效果，在高質量的前提下，節約時間及精力地完成灌漿。

（3）土壩劈裂灌漿技術。該技術在充分分析地層或壩體應力分布規律的基礎上，利用灌漿壓力，將壩體沿一定方向劈裂，而后灌注適量的泥漿，堵塞漏洞、裂縫，形成一道連續的泥墻，達到防滲漏效果。土壩劈裂灌漿技術能夠改變壩體內應力的分布情況，與地質力學有較大聯系，因此在運用此法時，最好對施工對象進行詳細的地質勘探。

（4）卵礫石層帷幕式灌漿技術。卵礫石層帷幕式灌漿技術是目前運用較少的一門灌漿技術［11］。與其他技術不同，它的泥漿以粘土為主，混合少量水泥，并常采用3排以上的灌漿孔。因為常常受地質條件制約，不能有效控制泥漿的充填范圍，該技術一般作為補充防滲手段。

（5）膨脹漿塞法灌漿。膨脹漿塞法灌漿的使用具有一定的特殊性，主要針對大壩橫縫滲漏，常利用泥漿充填孔洞及兩道止水帶之間的裂縫，達到防滲效果。該種方法效果極好，泥漿充填往往能達到飽滿狀態，是應對大壩橫縫滲透最好的灌漿方法。

4　結語

水利工程設施在國民經濟的發展過程中起到了重要作用，一直以來都受到國家的重視。筆者結合自己在雷公島某閘站設計、施工及維護等工作的經驗，認識到水利工程防滲漏的重要性，在查閱前人研究資料后，總結出了防滲漏的系列方法，以期對今后水利工程滲漏現象的處理作出貢獻。

堤壩或閘站等水利工程的防滲處理并沒有一套通用的方案，在實際運用中，需要工程人員對實地情況進行詳細勘查、分析，才能設計出合適的防滲方案。

［1］常文華.談水利工程防滲處理技術［J］.河南科技，2013，（12）.

［2］翟飛.芻議水利工程防滲處理施工技術［J］.中國水運月刊，2013，13（7）：214-215.

［3］房魁勇，謝大鵬.分析防滲技術在水利工程施工中的應用［J］.黑龍江科技信息，2014，（36）：210-210.

［4］徐文軍，王世朝，張杰.淺析水利工程施工中防滲技術［J］.江西建材，2015，（6）.

［5］胡茂平，黃勇.水利工程防滲漏工程中化學灌漿技術施工工藝的探討［J］.江西建材，2012，（3）：173-174.

［6］佴永平，王飛，孫曉敏.堤防加固工程中防滲墻的防滲效果及應用條件研究［J］.長江科學院院報，2015，18（5）：56-60.

［7］蔣啟明.水利工程防滲漏施工控制［J］.建材與裝飾，2012，（1）：194-195.

［8］王麗.基礎灌漿技術在壩基處理中的應用［J］.科技傳播，2010，（3）.［9］徐有前.高壓噴射灌漿技術在大壩防滲加固中的應用［J］.合肥工業大學學報：自然科學版，2003，26（3）：436-440.

［10］楊森浩，秦鐸， 趙忠旭.控制性水泥灌漿在洪家渡圍堰防滲工程中的應用［C］.2004水利水電地基與基礎工程技術，2004.

［11］吳甘露.水利工程施工中帷幕灌漿技術應用分析［J］.黑龍江水利科技，2012，40（3）：224-225.