水利工程施工中堤壩防滲加固技術的運用

韓汝權

（東莞市寮步鎮(zhèn)水務工程建設運營中心， 廣東 東莞 523000）

堤壩是水利工程的重要組成部分，在水利建設過程與應用過程中發(fā)展非常重要的作用。然而，堤壩服役過程中容易出現滲漏問題，如不及時采取有效的措施予以防治，則必然會影響堤壩乃至整個水利工程的作用發(fā)揮。

1 傳統(tǒng)堤壩防滲加固處理技術應用問題

就水利工程堤壩出險類型而言，國內外學者對其進行了深入的分析和研究。比如，汝乃華在《大壩事故與安全·土石壩》中，將土壩遭到破壞的主要原因進行了分類，即洪水漫頂、滑坡以及滲透破壞和其它類型的破壞等，同時還指出了滲透破壞的危害性；米德爾布魯克

斯分析了二百座土壩事故以后，統(tǒng)計數據顯示滲漏以及滲流相關的滑坡致害事故占40%以

上。基于以上分析研究，國內水利工程各類堤壩病險中，滲漏以及管涌等集中滲流問題造成的安全隱患問題占比較大。同時，現行的傳統(tǒng)防滲加固處理技術應用也存在著弊端與不足，

比如搶險性堤壩防滲堵漏過程中依然存在著技術和設備缺陷。

1.1 防滲周期長，防滲體有缺陷

堤壩防滲施工過程中成孔以及開槽速度相對較慢，多采用膠結材料，使用時需要留出足夠的養(yǎng)護周期使其能夠發(fā)生物理/化學效應，然后才能形成凝結體，起到良好的防滲堵漏效果。由于該種方式形成的防滲效果所需的時間相對較長，因此難以有效滿足搶險堵漏防滲要求。同時，水泥類建筑材料在凝結過程中具有一定的干縮性，而且與土固結以后導致二者難以緊密連接，即出現“兩張皮”現象，以致于防滲效果不達標。

1.2 對堤壩造成擾動，對作業(yè)面有較高要求

在現行堤壩防滲加固處理過程中，常用的作業(yè)程序主要有兩種，一是“開膛破肚”式，二是“振動沖擊”式作業(yè)程序。無論哪種形式，都會對水利工程堤壩內部造成擾動影響，甚至對堤壩結構造成破壞。同時，對作業(yè)面提出了更高的要求，現有的堤壩加固與防滲技術應用過程中所采用大型的施工機械，施工過程中需采用大型運輸設備和施作場地；在該種情況下，對于那些道路狀況相對較差以及可供作業(yè)面相對較小的堤壩排不上用場，而且已經成為中小型堤壩防滲堵漏施工過程中的瓶頸與桎梏。

1.3 容易引發(fā)環(huán)境問題

在現行水利工程堤壩防滲加固技術應用過程中，破土開挖方式較為常用，同時還會用到泥漿護壁以及水泥漿液等，處理不當極易造成揚塵環(huán)境問題，而且產生的建筑垃圾不容小視。綜上所述，現行水利堤壩防滲加固過程中防滲處理周期相對較長，而且對堤壩產生較大的擾動，對周圍的環(huán)境有較高的要求，難以有效滿足堤壩防滲要求；尤其對快速搶險性水利堤壩防滲以及數量相對眾多的堤壩防滲處理，應當選擇性地應用常規(guī)材料和方法，更為重要的是應當積極研發(fā)新的堤壩防滲處理材料和技術。

2 水利工程堤壩高聚物注漿方法應用實踐

自上世紀六十年代起，聚氨酯等有機高分子注漿材料和注漿施工技術方法在國內外業(yè)界備受關注。對于聚氨酯而言，其由多元醇以及異氰酸酯等相互反應后形成高分子聚合物，通稱為高聚物。對于這些高聚物而言，其通過高壓方式注入到滲漏的堤壩之中；高聚物在其中發(fā)生化學反應，可以快速形成聚合體（不流動），依靠自身膨脹將壩體裂隙封堵住。從應用實踐和效果來看，高聚物注漿技術的應用較之于傳統(tǒng)的水泥漿液注漿方法而言，可控性更強。高聚物材料的滲水壓力及其密度之間的關系如下圖所示，水利工程堤壩注漿操作過程中高聚物注漿材料密度控制在0.1～0.3g/cm3之間。

（圖1：高聚物注漿材料滲水壓力與密度之間的關系）

從圖1可以看出，高聚物的最初滲水壓力在0.3～0.7MPa之間，可以能夠有效滿足普通堤壩加固和防滲處理需求。對于高聚物注漿技術而言，其具體應用如下：

2.1 柔性防滲墻

對于土質堤壩而言，其防滲加固處理是巖土、壩工施工作業(yè)難題。巖土是一種多孔材料，水流可謂無孔不入。正所謂千里之堤毀于蟻穴，所以土壩的全面防滲是重點也是難點。傳統(tǒng)

防滲技術采用水泥類材料和挖槽、攪拌等方法對堤壩會產生較大的擾動影響，受工況條件以及成本費用的限制，中小型水利工程堤壩無法有效的施工作業(yè)。然后，高聚物注漿技術可以有效實現這一操作，其材料可以在土體中呈片狀形式擴散，并且能夠在狹長的窄槽中順利流動和填充空隙。高聚物柔性防滲技術的應用機理是：待防滲加固處理的堤壩內施工過程中，形成連續(xù)槽孔，并且通過注漿管將高聚物注入槽孔之中；在此過程中，注漿材料能夠迅速發(fā)生化學反應并迅速膨脹將槽孔填滿，然后固化以后成為薄片體。同時，相鄰槽孔中的薄片體膠結起來，即可形成均勻、連續(xù)以及規(guī)則的防滲墻，從而實現土壩防滲加固處理之目的。較之于水泥混凝土結構，柔性防滲墻的優(yōu)勢非常的顯著，其擾動相對較小，而且具有良好的抗震性能，便于施工作業(yè)，尤其在造墻深度小于30m的土壩堤防施工過程中應用較為廣泛。

2.2 滲漏涌水綜合治理技術

如果出現涌水現象，則會導致突發(fā)性災害。從當前國內外發(fā)展現狀來看，涌水應急方面的搶險技術手段依然比較匱乏，技術瓶頸表現為水反應材料會被涌水快速沖散，2011年發(fā)生在日本的福島核電站工程，核泄漏問題出現以后相關部門采取措施進行補救，其中采用了水反應材料進行封堵，但結果涌水失效。對于本工程以及類型工程項目而言，筆者建議采用高聚物材料和施工技術手段，其水反應、膨脹擴散以及在擴散機理非常的顯著，尤其是水下以及膜袋和復合注漿技術手段尤為突出。

第一，水利工程堤壩局部滲漏處理中的導管注漿技術。針對局部滲漏問題，采用注漿導管進行施工操作，將高聚物注漿材料置于預定位置使其快速膨脹，從而填充土體空隙和接觸縫隙；基于其擠密作用可以使土體變得更加的密實，最終成為堅固而又穩(wěn)定的防滲體，起到防滲堵漏效果。對于導管注漿技術而言，其主要應用在水利工程壩基以及壩肩滲漏和涵閘

滲漏等部位，如下圖所示。

（圖2：壩肩（a）與壩基（b）滲漏處理示意圖）

第二，膜袋注漿封堵管涌。該種技術手段，主要采用的是膜袋膨脹快速對涌水進行封堵。同時，利用注漿材料在袋內膨脹，對管涌入口進行填充；基于導管注漿技術的應用，對管涌通道進行封堵。

2.3 高聚物注漿技術應用效果

通過性能試驗以及應用實踐效果研究表明，聚氨酯是綜合性能較好的且具有環(huán)保功能的水利工程堤壩防滲注漿材料。該種類型的注漿材料能夠在土體中快速的擴散并形成片狀擴散連續(xù)體；高聚物在砂礫土中球形擴散，其對土體空隙進行填充并將其擠壓密實，形成持久而又穩(wěn)固的防滲體。高聚物材料具有顯著的應用作用，基于其在土體中的擴散原理提出構建高聚物柔性防滲墻的方案，較之于水泥混凝土墻體，該種類型的防滲墻不僅擾動小，而且具有較強的抗震以及抗裂性能。

3 結束語

總而言之，水利工程項目施工建設過程中最棘手的一個問題就是堤壩防滲加固處理，這關系著整個工程的建設質量及其作用能否有效發(fā)揮。傳統(tǒng)的堤壩防滲處理手段雖然能夠起到一定的作用，但是整體效果并不理想。本文重點分析了高聚物材料以及施工技術特點，以期能夠為水利工程中的堤壩防滲加固處理和水利工程建設事業(yè)的發(fā)展提供一點參考。