淺議水利施工中防滲新技術(shù)的應(yīng)用

戴曉平

寧夏長城水務(wù)有限責(zé)任公司，寧夏銀川 750011

在過去40年里，我國水利水電事業(yè)取得了飛速發(fā)展，1978年，全國水電裝機(jī)容量接近1900萬kW；2017年，全國水電裝機(jī)容量超過3.4億kW左右，已建成9.8萬余座水庫大壩。現(xiàn)在，我國已成為世界水電第一大國，我國水庫大壩數(shù)量也高居世界第一[1]。目前，我國擁有20座200m以上的高壩，數(shù)量超過了其他任何國家。由于水電屬于無污染的清潔能源，符合可持續(xù)發(fā)展理念，在十三五期間，水利水電工程還將獲得進(jìn)一步的發(fā)展。

但由于我國近半數(shù)水壩興建于20世紀(jì)50～70年代，限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，施工質(zhì)量不高，建成后又超期服役，造成水壩病害嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國超過4萬座水壩、水庫存在著滲水、裂縫等問題，已經(jīng)嚴(yán)重下游人民生活安全[2]。我們必須認(rèn)真研究水利工程滲漏的原因，探索應(yīng)用新防滲技術(shù)，做好水壩防滲工作。

1 水利工程滲漏的原因

1.1 施工原材料造成的滲漏

混凝土、鋼筋等施工原材料質(zhì)量直接關(guān)系到水利工程落成后是否會(huì)出現(xiàn)滲漏。若水泥水化速度快，后期強(qiáng)度低、凝結(jié)時(shí)間慢，或混凝土中水泥用量過高，或細(xì)骨料中砂、石含泥量超過1%，砂含量超過2%；都會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度，最終導(dǎo)致水利工程出現(xiàn)滲漏。若鋼筋表面氧化膜被破壞，鋼筋中的鐵與水發(fā)生銹蝕，會(huì)產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層開裂，最后在水利工程表面出現(xiàn)沿鋼筋的縱向裂縫。此外，由于歷史的原因，20世紀(jì)50～70年代，國內(nèi)主要選用土石作水利工程建筑材料，它們的強(qiáng)度遠(yuǎn)不能與鋼筋混凝土相比，在水流數(shù)十年沖擊、侵蝕下也會(huì)出現(xiàn)滲漏。

1.2 施工方法造成的滲漏

水利施工對于施工工藝的要求非常嚴(yán)格。當(dāng)前在水利施工中存在著一些施工企業(yè)盲目搶進(jìn)度、不注意施工質(zhì)量、不講究施工工藝的情況。如施工企業(yè)沒有及時(shí)清除管件表面的銹蝕，致使管道與混凝土無法緊密粘結(jié)，產(chǎn)生縫隙，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性滲水。還有施工人員澆搗混凝土前，沒有清除止水帶附近的雜物，或振搗不嚴(yán)密，不均勻，致使粗骨料窩集、架空，形成蜂窩、孔洞。或在現(xiàn)澆混凝土凝結(jié)時(shí)沒有控制好過大的內(nèi)外溫差（混凝土凝結(jié)時(shí)，水泥顆粒、石灰、氧化鈣與水化合，會(huì)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生超過110℃的水化熱，產(chǎn)生拉應(yīng)力，若過早拆模，以致外層混凝土迅速降溫，內(nèi)外溫差超過25℃，就會(huì)撕裂混凝土。或在分層澆筑時(shí)沒有做好通水冷卻，或在混凝土終凝前沒有進(jìn)行二次振搗，甚至出現(xiàn)漏振，或振搗時(shí)間不足，插入深度不到位。以上種種情況，都會(huì)造成水利工程建成后出現(xiàn)裂縫，最終出現(xiàn)滲漏。

1.3 施工設(shè)計(jì)造成的滲漏

在水利工程設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)不足，能力有限，設(shè)計(jì)水平不高，沒有根據(jù)水利工程施工現(xiàn)場的實(shí)際情況作出最佳的方案設(shè)計(jì)，導(dǎo)致工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不符合相關(guān)規(guī)定，因此，水利工程落成后難以避免出現(xiàn)滲漏。還有的設(shè)計(jì)人員沒有根據(jù)實(shí)際情況或防滲要求設(shè)計(jì)止水材料尺寸，或變形縫隙的尺寸設(shè)計(jì)不符合防洪要求，導(dǎo)致密封止水材料伸縮率過小，最后讓水透過接縫處滲進(jìn)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，滴水穿石，造成滲漏。

2 在水利施工中應(yīng)用防滲新技術(shù)

2.1 防滲墻技術(shù)

防滲墻是當(dāng)前普遍采用的防滲技術(shù)，它的成本較低，墻體較薄、持久耐用、滲漏指數(shù)低。進(jìn)行防滲墻施工，要先在地基中造孔，然后向孔內(nèi)灌注混凝土形成地下墻體，起到防滲效果。在使用防滲墻技術(shù)時(shí)，必須具體情況具體分析，結(jié)合水利工程施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，選擇適宜的施工工藝。

2.1.1 銑削成槽

對大塊巖石與弱風(fēng)化硬巖層先進(jìn)行孔內(nèi)聚能爆破，再進(jìn)行重緩沖砸破碎，最后用德國寶峨液壓雙輪銑清孔。采用這種工藝對堰體回填層、全風(fēng)化層與淤積層進(jìn)行施工，效率高，施工速度可達(dá)100m2/d；但這種工藝不適用于塊石、砂卵石漏漿地層與弱風(fēng)化層（施工速度會(huì)降至6m2/d，甚至4m2/d，而且施工成本也會(huì)上升）。銑削成槽工藝缺點(diǎn)是難以進(jìn)行槽孔糾偏，當(dāng)防滲墻墻體深度超過40m時(shí)，難以保證墻體的搭接厚度。

2.1.2 兩鉆一抓成槽

先用沖擊鉆鉆出主孔，再用抓斗進(jìn)行副孔施工，這種施工工藝造孔精度較高，但在施工過程中遇到塊石（花崗石塊石、砂石塊石）和硬巖層仍要進(jìn)行爆破作業(yè)，或用沖擊鉆施工。兩鉆一抓成槽工藝的施工速度大約為10～15m2/d。

2.1.3 上抓下鉆成槽

現(xiàn)場地層復(fù)雜，上部為堰體回填層、淤積層，下部為弱風(fēng)化硬巖層。對于上部堰體回填層、淤積層用抓斗（也可用液壓銑）施工，對于下部弱風(fēng)化硬巖層，進(jìn)行沖擊鉆施工。上抓下鉆成槽工藝的施工速度大約在10～20m2/d之間。若地層中塊石較少，工效會(huì)較高，但欠缺造孔精度。

2.1.4 多頭深層攪拌水泥土成墻工藝

水泥深層攪拌法起源于美國，后在日本發(fā)展成熟。發(fā)達(dá)國家在水利施工中應(yīng)用水泥深層攪拌法，創(chuàng)造出多頭深層攪拌水泥土成墻工藝。這種施工工藝需要多頭小直徑深層攪拌機(jī)（國內(nèi)已有一機(jī)六頭的深層攪拌機(jī)，而國外則有一機(jī)八頭的深層攪拌機(jī)）。將多頭小直徑深層攪拌機(jī)在現(xiàn)場安裝到位后，同時(shí)進(jìn)行多頭平行鉆進(jìn)，直至鉆頭推進(jìn)到設(shè)計(jì)深度，提升攪拌到孔口，在鉆進(jìn)與提升的同時(shí)，通過高壓輸漿管噴射水泥漿，待水泥漿固結(jié)形成水泥樁；再縱向移動(dòng)多頭小直徑深層攪拌機(jī)，在每個(gè)水泥樁之間重復(fù)進(jìn)行上述操作，最后將設(shè)置成一道完整防滲墻。采用這種工藝進(jìn)行成墻，最大深度可達(dá)22m，抗壓強(qiáng)度超過0.3MPa，而且施工便捷，所需資金較少，適用于黏土和砂礫直徑小于5cm的砂礫層。

采用多頭深層攪拌水泥土成墻工藝，在施工前必須將主機(jī)調(diào)平，用經(jīng)緯儀檢查樁架垂直度，確保主機(jī)機(jī)架處于鉛垂?fàn)顟B(tài)，還要檢查支腿是否存在下陷；輸漿時(shí)必須保證輸漿均勻，總輸漿量不能低于設(shè)計(jì)要求；輸漿壓力不能過大，也不能過小，要保持在0.3～1MPa之間；鉆進(jìn)速度不能超過0.8m/min，若土層較硬，鉆進(jìn)速度也不應(yīng)超過0.6m/min，這樣可以提高鉆孔的精度。

2.2 高壓噴射灌漿技術(shù)

高壓噴射灌漿技術(shù)是由日本創(chuàng)造出來的施工方法，目前已在發(fā)達(dá)國家水利施工中獲得廣泛應(yīng)用。高壓噴射灌漿技術(shù)指利用高壓射流的沖擊力破壞土體，使?jié){液與土粒摻攪凝結(jié)，最終形成墻體。

采用這種工藝，要在設(shè)計(jì)的預(yù)定位置鉆孔，然后放入高壓注漿管，噴射高壓漿液，沖切攪拌土體。壓縮氣體在高壓射束周圍形成氣幕，漿液與土粒攪拌混合，形成沸騰狀漿液。在噴射結(jié)束一段時(shí)間后，注入水泥漿液，充填擠壓土體中的空腔，讓水泥漿液向土體孔隙中滲透，形成凝結(jié)體。一個(gè)凝結(jié)體成型后，再逐孔連續(xù)進(jìn)行上述操作，最后連接成一道墻體帷幕。

高壓噴射灌漿可進(jìn)行單管施工、雙管施工、三管施工。單管施工適用于淤泥質(zhì)地層，漿液壓力可達(dá)10～25MPa，排量為70～250L/min，形成的凝結(jié)體較小，樁徑在0.4～0.9m之間。雙管施工用氣幕保護(hù)水泥漿液，使壓縮氣體與漿液同軸同向噴射，漿液壓力仍在10～25MPa之間，排量則上升到600～1200L/min，凝結(jié)體直徑可以增加1倍。三管施工適用于土粒粒徑較大、土質(zhì)較硬的復(fù)雜地層，同軸同向噴射高壓水與壓縮氣體，用氣幕保護(hù)高壓水射束，同時(shí)輸送漿液，高壓水排量可達(dá)到800～1500L/min，漿液輸送量可達(dá)到80～160L/min。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)存在病害的水壩超過4萬座。使用高壓噴射灌漿技術(shù)可以在不開挖、不破壞地基的情況下對水壩基座進(jìn)行加固，沖擊切割原有的凝結(jié)體，再用漿液充填膠結(jié)，形成牢固的連接，重建新的防滲墻。

2.3 控制性灌漿技術(shù)

這種防滲技術(shù)適用于大孔隙、大溶隙、大裂隙的覆蓋層強(qiáng)滲失地層、巖溶地層、斷層破碎帶。

2.3.1 水泥-水玻璃漿液灌漿

按規(guī)定的配合比例，將水泥漿與水玻璃漿投放進(jìn)攪拌機(jī)充分混合攪拌，再進(jìn)行地下灌注，數(shù)十分鐘后便可凝膠；亦可將水泥漿與水玻璃漿分別經(jīng)不同的灌漿管在鉆孔內(nèi)同時(shí)噴射而出，在十幾秒內(nèi)迅速形成凝膠，從而起到封閉孔隙的作用。

2.3.2 膏狀漿液灌漿

膏狀漿液是在水泥漿中摻加輔助材料，再攪拌而成的塑性屈服強(qiáng)度超過50MPa的超穩(wěn)定性漿液，同水泥漿相比，膏狀漿液具有更高的黏度與更大的保水度。可選用水泥、粉煤灰、膨潤土、抗分散劑、速凝劑做輔助材料。

進(jìn)行膏狀漿液灌漿，必須對灌漿過程進(jìn)行控制，以免造成材料浪費(fèi)。

（1）分級升壓。在膏狀漿液灌漿過程中，分2次或3次分級進(jìn)行升壓，而不要一次性把壓力升高到最大值，這樣可以使膏狀漿液逐層填充地層內(nèi)的大空隙、中空隙、小空隙，同時(shí)控制漿液擴(kuò)散距離。

（2）間隙式灌漿。若地層中存在特大空隙，應(yīng)進(jìn)行間隙式灌漿。每間隔5～10min進(jìn)行一次灌漿，每次灌漿后逐漸升高壓力，可以慢慢地填滿空隙。

3 結(jié)語

滲漏是水利工程中的常見病害，但危害極大。我們必須銘記“千里之堤，潰于蟻穴”，認(rèn)真研究、分析水利工程中出現(xiàn)滲漏的具體原因，同時(shí)在水利施工中積極應(yīng)用防滲新技術(shù)，保證水利工程安全運(yùn)行。