水利工程項目堤壩復合混凝土防滲與加固施工技術(shù)

薛森 XUE Sen

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，太原 030000）

0 引言

水利工程在國民經(jīng)濟發(fā)展中占有舉足輕重的地位，對防洪、灌溉以及發(fā)電等多個領(lǐng)域具有不可替代的作用。然而，由于歷史、地理等多方面因素的影響，水利工程在長期運行中存在著各種各樣的病害問題，尤其是堤壩滲漏問題最為突出[1]。究其原因，既有大壩長期運行期間，受河流沖刷、地下水滲透、地震等自然災害的影響，也有建設(shè)質(zhì)量控制不嚴、工程管理不善等人為因素所致。堤壩滲漏問題直接關(guān)系到水利工程的正常運營，嚴重時會危及周圍生態(tài)環(huán)境及人民的生命財產(chǎn)。因此，需要采用科學的防滲與加固施工技術(shù)，改善這一問題。

當前，傳統(tǒng)的水利工程項目堤壩防滲與加固施工多數(shù)采用高壓噴射灌漿防滲措施[2]、河道堤岸防護施工技術(shù)[3]等，通過選擇低透水性的黏性土質(zhì)進行填筑堤防，確保堤基保持干凈，穩(wěn)定地基。但是，上述施工技術(shù)過度關(guān)注施工過程中的質(zhì)量控制，而忽略了長期使用過程中的防滲問題，容易導致防滲效果不佳[3]。

復合混凝土防滲技術(shù)是一種高效、可靠的防滲技術(shù)，具有優(yōu)異的防水性能和耐腐蝕性能，可確保工程長期穩(wěn)定運行，解決傳統(tǒng)堤壩防滲與加固施工技術(shù)存在的問題[4]。基于此，本文提出了水利工程項目堤壩復合混凝土防滲與加固施工技術(shù)研究，為提高堤壩防滲與加固水平作出貢獻。

1 設(shè)計復合混凝土防滲墻

堤壩復合混凝土是指在堤壩的建設(shè)中采用多種材料混凝而成的復合材料，由水泥、砂子、骨料和其他摻合料按一定比例混合而成。在堤壩建設(shè)中使用復合混凝土可以帶來多種優(yōu)勢。首先，其強度高，能夠承受大量水壓和土壤負荷，在抵御洪水沖刷和土壤侵蝕方面表現(xiàn)出色。其次，復合混凝土的耐久性強，能夠長期保持結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性，延長堤壩的使用壽命。此外，復合混凝土具有良好的滲透性和抗?jié)B性能，能夠有效地防止水的滲漏和泄漏。

本文采用復合混凝土防滲墻技術(shù)對水利工程項目堤壩進行防滲處理。復合混凝土防滲墻技術(shù)原理為：在堤壩松散透水地基中，開鑿槽孔，向槽孔中澆筑高性能的復合混凝土，進而在地基中形成一道穩(wěn)固性較高的防滲墻體[5]。本文采用復合混凝土防滲墻技術(shù)對水利工程項目堤壩進行防滲處理。

復合混凝土防滲墻技術(shù)主要有兩個關(guān)鍵步驟：槽孔開挖和混凝土澆筑。

在槽孔開挖過程中，首先需要確定槽孔的位置和尺寸，通常根據(jù)工程設(shè)計和地質(zhì)調(diào)查結(jié)果來確定。然后使用挖掘設(shè)備進行槽孔的開挖，確保槽孔的形狀和尺寸符合要求。特別注意的是，要將槽底清理干凈，去除松散土壤和碎石，以確保混凝土與地基之間的黏結(jié)性和密實性。

混凝土澆筑是防滲墻技術(shù)的關(guān)鍵步驟之一。在澆筑過程中，需要使用高性能的復合混凝土材料，并按照工程設(shè)計要求進行配比。通過攪拌和振搗等工藝，確保混凝土的均勻性和致密性。將混凝土澆入槽孔中，同時采用適當?shù)恼駬v措施，使混凝土充分填滿槽孔，并確保與地基的緊密結(jié)合。

本文設(shè)計的水利工程項目堤壩復合混凝土防滲墻，如圖1 所示。

圖1 堤壩復合混凝土防滲墻示意圖

按照圖1，設(shè)計堤壩復合混凝土防滲墻。根據(jù)設(shè)計要求，測量出防滲墻的具體位置和尺寸，并進行放線。根據(jù)堤壩的地質(zhì)條件和水文條件，確定防滲墻的深度和厚度。防滲墻的深度應該達到弱透水層或基巖[6]。厚度應該根據(jù)防滲墻的強度和抗?jié)B性能進行設(shè)計。其次，對基礎(chǔ)表面進行清理和修整，確保其平整、無雜物。再在基層上刷一層防水漆，加強基層的防水性。對防滲墻進行鋼筋綁扎，確保鋼筋綁扎的牢固性。安裝防滲墻的模板，模板應具有足夠的強度和剛度，以保證防滲墻的尺寸和形狀準確[7]。模板安裝完成后，進行復合混凝土的澆筑。澆筑時應確保混凝土均勻、密實，避免出現(xiàn)蜂窩、麻面等現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上，為使混凝土表面保持濕潤，采取噴水養(yǎng)護的方法。在養(yǎng)護期滿后，進行拆模處理。拆模時應小心操作，避免對防滲墻造成破壞。拆模后應對防滲墻進行驗收，確保其質(zhì)量符合要求。通過以上流程，可以有效地完成復合混凝土防滲墻的施工工作。

2 布設(shè)灌漿孔

布設(shè)灌漿孔是堤壩防滲加固的重要措施之一，通過灌漿孔可以將漿液注入堤壩的裂縫、空隙等滲漏區(qū)域，形成有效的封堵和加固，提高堤壩的防滲性能。因此，在加固施工前需要在堤壩兩岸坡段上布設(shè)灌漿孔，為后續(xù)灌漿加固奠定良好基礎(chǔ)。

雙排布孔的布置形式可以形成更為密集的灌漿孔，能夠根據(jù)實際情況調(diào)整漿孔的深度和間距，適應不同的堤壩形態(tài)和滲漏情況，更好地控制灌漿的范圍和深度，確保加固效果的最大化。基于水利工程項目堤壩地基定向劈裂的特點，本文采用雙排布孔的布置形式，布設(shè)灌漿孔。灌漿孔布設(shè)示意圖，如圖2 所示。

圖2 灌漿孔布設(shè)示意圖

如圖2 所示，將第一排堤壩坡段灌漿孔的編號設(shè)置為l-X-X，第二排堤壩坡段灌漿孔的編號設(shè)置為Z-X-X，按照從上游到下游的順序進行布孔，減少滲漏，提高堤壩的穩(wěn)固性和防滲性能。相鄰灌漿孔之間的距離不能超過灌漿壓力對堤壩兩岸坡段土體產(chǎn)生影響的有效距離[8]，有效封堵和加固堤壩的裂縫和空隙。

綜合考慮水利工程項目堤壩土體的情況后，本文將相鄰灌漿孔之間的距離設(shè)置為3m，采用干法造孔的方式進行雙排布孔，避免因水或其他液體對堤壩結(jié)構(gòu)的影響。每次完成一個造孔后，及時清理孔道，將孔道中的碎石、雜物等清除干凈，保證孔道暢通。造孔完成后，對每個孔進行質(zhì)量檢查，確保孔壁平整、內(nèi)外表面無積水。

3 劈裂灌漿加固堤壩

劈裂灌漿是一種利用壓力將漿液壓入地層中，使地層產(chǎn)生劈裂裂縫，再通過漿液的固化來提高地層強度的技術(shù)。堤壩灌漿孔布設(shè)完畢后，利用劈裂灌漿加固技術(shù)，對水利工程項目堤壩復合混凝土進行加固施工。

首先，清理壩面，清除可能影響施工的雜物和障礙物，包括樹木、灌木、石頭等。測量壩體和壩基的變形情況，了解壩體的沉降和傾斜情況。其次，對水利工程項目壩體進行地質(zhì)勘探，了解壩基的土質(zhì)分布、地下水位等情況。準備好施工所需的材料和設(shè)備。施工所需材料規(guī)格參數(shù)，如表1 所示。

表1 劈裂灌漿施工材料規(guī)格參數(shù)

按照表1，準備好劈裂灌漿施工所需的材料。施工所需機械設(shè)備包括灌漿機、鉆機、泥漿攪拌機、輸漿管、壓力表與流量計。施工設(shè)備的具體性能參數(shù)應根據(jù)工程需求和現(xiàn)場條件進行選擇。準備完畢后，首先，使用鉆機在壩體上鉆孔，鉆孔深度應達到壩基的弱土層或軟土層。需要保證鉆孔的垂直度和準確性，以避免對壩體造成不必要的損傷。利用泥漿攪拌機，將表1 中的材料按照一定的比例混合，制備劈裂灌漿所需的泥漿。使用輸漿管將泥漿從攪拌機輸送到灌漿機，灌漿機通過灌漿管注入鉆孔中[9]。灌漿過程中，利用壓力表和流量計，實時監(jiān)測灌漿過程中的灌漿壓力與灌漿流量，避免對壩體造成過大的壓力損傷。逐漸增加灌漿壓力，直到泥漿從壩體表面溢出。在灌漿完成后，選用強度和剛度足夠的材料，安裝模板，對上述設(shè)計的復合混凝土防滲墻進行加固，使模板、復合混凝土防滲墻與壩體緊密結(jié)合，以避免漏水或泥漿外溢。

在此基礎(chǔ)上，對加固完畢后的復合混凝土防滲墻進行養(yǎng)護處理，噴涂養(yǎng)護劑，避免出現(xiàn)干燥裂縫，以保證其強度和穩(wěn)定性。在防滲與加固施工完成后，進行水利工程項目堤壩質(zhì)量驗收，驗收合格后方可交付使用。

4 實驗分析

4.1 實驗準備

此次實驗以S 水利工程項目為研究依托。該項目水庫壩址以上控制流域面積為200km2，總庫容為105.6 萬m3，屬于集防洪、灌溉于一體的綜合利用的小型水利工程。該水利工程項目位于河流下游，堤壩長度約為10 公里，由于長期受到河水沖刷和自然環(huán)境的影響，堤壩存在嚴重的滲漏和加固問題。根據(jù)本次水利工程項目實驗的實際需求，選取6 個具有代表性的堤壩段落作為實驗對象，分別標號為DB-01#～DB-06#。準備復合混凝土、聚乙烯薄膜、聚氨酯密封膠帶等材料，并準備水壓試驗裝置、滲透試驗裝置、加固設(shè)備等實驗設(shè)備。對堤壩基礎(chǔ)進行處理，清除雜物、整平基礎(chǔ)，確保基礎(chǔ)平整、干凈。根據(jù)實驗方案，將復合混凝土攪拌均勻，確保混凝土質(zhì)量和配合比符合要求。以上述設(shè)計的復合混凝土防滲與加固施工技術(shù)流程為依據(jù)，將復合混凝土鋪設(shè)在堤壩基礎(chǔ)上，使用振動棒振搗密實，確保混凝土的密實性和穩(wěn)定性。在復合混凝土表面鋪設(shè)聚乙烯薄膜，用熱風槍加熱使薄膜緊密貼合在混凝土表面。在此基礎(chǔ)上，使用聚氨酯密封膠帶對復合混凝土的邊緣和接縫進行密封處理，確保無滲漏。在實驗過程中，實時記錄不同水壓下的滲水量，并計算滲透系數(shù)。

4.2 結(jié)果分析

對上述選取的6 個堤壩段落進行水壓試驗，模擬實際水位條件下的防滲性能。根據(jù)工程需求和實驗要求，設(shè)計了不同配合比的復合混凝土樣品。在實驗室內(nèi)模擬實際施工條件，對每個復合混凝土樣品進行水壓試驗。在試驗過程中，逐漸增加水壓，記錄每個樣品在單位水壓下的滲水量。分析滲透系數(shù)與防滲效果的關(guān)系，得出不同技術(shù)方案的防滲效果評價。滲透系數(shù)是衡量防滲效果的重要指標，它可以有效地表示材料在單位壓力下的滲水量。滲透系數(shù)計算公式如下所示：

其中，q 表示滲透流量；d 表示堤壩段落厚度；Δp 表示兩側(cè)壓力差；L 表示堤壩段落長度。根據(jù)水壓試驗的結(jié)果，計算每個堤壩段落復合混凝土的滲透系數(shù)。

為了增強實驗結(jié)果的說服力，將上述本文提出的堤壩復合混凝土防滲與加固施工技術(shù)設(shè)置為實驗組，將文獻[2]施工技術(shù)、文獻[3]施工技術(shù)分別設(shè)置為對照組1 與對照組2，對比三種技術(shù)應用后，堤壩段落的滲透系數(shù)，結(jié)果如表2 所示。

表2 堤壩段落滲透系數(shù)對比結(jié)果

通過表2 的對比結(jié)果可以得知，在堤壩段落DB-01#至DB-06#中，實驗組的滲透系數(shù)始終小于對照組1 和對照組2。實驗組的滲透系數(shù)范圍在0.48×10-6至0.60×10-6cm/s，而對照組1 的滲透系數(shù)范圍在1.12×10-6至1.33×10-6cm/s，對照組2 的滲透系數(shù)范圍在2.01×10-6至1.49×10-6cm/s。這是因為實驗組設(shè)計了復合混凝土防滲墻，有效地阻止水流滲透，提高堤壩的防滲性能。同時，采用雙排布孔布置形式在堤壩兩岸坡段上形成更為密集的灌漿孔，從而提高灌漿效果，進而更好地控制灌漿的范圍和深度，確保加固效果。結(jié)合劈裂灌漿技術(shù)，進一步提高堤壩的穩(wěn)固性和防水性能。

在堤壩段落DB-01#至DB-06#中，對照組1 和對照組2 的滲透系數(shù)沒有明顯的差異。對照組1 和對照組2 的滲透系數(shù)范圍均在1.12×10-6至2.25×10-6cm/s 之間。這是因為對照組采用了傳統(tǒng)的堤壩防滲技術(shù)或施工方法，其防滲效果相對較差。

由此表明，本文提出的堤壩復合混凝土防滲與加固施工技術(shù)應用后，堤壩段落的滲透系數(shù)始終小于另外兩種技術(shù)，滿足滲透系數(shù)小于1×10-6cm/s 的水利工程項目堤壩防滲要求。因此，復合混凝土防滲技術(shù)能夠顯著提高堤壩的防滲效果，降低滲透系數(shù)，提高防水性能。

5 結(jié)束語

綜上所述，水利工程項目堤壩防滲與加固施工技術(shù)是保障水利工程安全運行的重要措施。為了優(yōu)化防滲與加固效果，本文提出了堤壩復合混凝土防滲與加固施工技術(shù)研究。通過本文的研究可知，復合混凝土防滲技術(shù)適用于解決堤壩的滲漏問題，可以提高防水性能和延長工程使用壽命，以實現(xiàn)水利工程項目的安全、穩(wěn)定、長效運行。在未來的研究中，還需要不斷加強技術(shù)研究和創(chuàng)新，提高堤壩防滲與加固施工技術(shù)的水平和發(fā)展，為我國水利工程的安全運行提供有力保障。