水利工程中水庫大壩防滲技術分析

馬學龍

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，蘭州730000）

1 引言

在我國農業生產、防洪抗旱等事業中，水利工程中的水庫大壩一直以來都具有不可替代的作用[1]。 因此，水庫大壩防滲技術不僅是我國水利工程正常運行的技術保障之一， 同時也是人民群眾生命財產安全的保障。 隨著科學技術的進步，傳統防滲技術已經逐漸過時， 更高效安全的防滲技術成為迫切需求。 此次研究以甘肅蘭州某水庫大壩為例，對水庫大壩的防滲施工概況進行討論，總結了滲漏原因，對施工關鍵技術展開了探索，并且提出了防滲施工關鍵技術特點。

2 甘肅蘭州某水庫大壩防滲工程項目概述

甘肅蘭州某水庫位于山區，處于城市與農村的交界地帶，該地區存在大量的砂石料開采點。 該水庫大壩為混凝土重力壩，經調查后，其防滲項目設計要求如表1 所示。

表1 甘肅蘭州某水庫大壩防滲項目設計要求

該水庫大壩主要采用的是薄層砂礫石壩， 該區域的土質屬于強透水性，在水庫蓄水時容易出現滲水問題。 水庫大壩滲漏是影響水庫大壩安全運行的重要因素之一[2]。為了解決壩體滲漏問題，需要對壩體進行防滲處理。 此外，在選取防滲處理措施時需要注意以下幾點：（1）合理控制水庫大壩防滲工程的成本，以免導致經濟損失擴大。 如果成本控制不夠合理，很有可能導致施工成本上升，難以保證施工質量。 （2）充分考慮大壩工程的施工質量。 對于水庫大壩防滲處理工程而言，應當保證施工質量， 避免施工質量不達標而導致工程質量不達標或出現滲漏現象。 另外，在對大壩進行防滲處理時還應當充分考慮工程周圍環境因素，如周圍地形地貌、地質情況等。 （3）結合實際情況確定選擇合適的防滲技術。 不同的水庫大壩所存在的地質與環境不同， 選擇不同防滲技術才能達到理想效果。（4）保證水庫大壩防滲處理方案的科學性與合理性。在處理水庫大壩滲漏問題時，需要對具體情況進行分析，從實際情況出發確定防滲方案，并且要按照科學方法進行施工，避免出現過度處理而影響工程質量的現象。

3 水庫大壩滲漏的原因

在甘肅蘭州某水庫的運行維護中，長期以來的滲漏破壞，對該水庫大壩造成了嚴重的影響。 隨著滲漏破壞的逐漸加劇，現在的大壩墻身已經出現較為明顯的變形裂縫， 威脅到了壩基的穩定性。 對該水庫大壩滲漏的情況展開實地調查，總結了水庫大壩滲漏的原因有以下幾點：（1）技術缺陷。 從目前甘肅蘭州某水庫大壩的施工情況來看， 由于工程設計者沒有全面地綜合考量，許多工程技術指標與規范不符，造成了工程技術和工藝應用不當， 給該水庫大壩帶來了嚴重的安全風險。 另外，在修建大壩時，沒有采取適當的滲漏控制措施，也是引起大壩漏水的一個重要因素。 （2）結構破壞與變形。 實地考察發現，甘肅蘭州某水庫大壩條件較為嚴酷，大壩的構造已經發生某種程度的損傷和變形，從而破壞了大壩的滲透性和穩定性。另外，在大壩地基處發生滲流的可能性很大，長期的滲透必然會導致大壩的變形。 （3）維護管理不當。 在甘肅蘭州某水庫大壩的運行中，由于設備條件的落后，難以對水庫大壩的運行狀態進行準確實時監測。 此外，現有的管理維護體系中也存在著許多不合理和缺失的方面， 造成了已有的滲漏問題未得到及時修復。

4 水庫大壩防滲關鍵技術

4.1 高壓噴射灌漿防滲技術

高壓噴射灌漿技術是通過水力沖擊，對土壤進行沖擊，攪拌地下土壤， 使漿液與土壤顆粒混合凝固， 從而構成防滲板墻。 對大壩工程進行抗滲強化時， 需要在設計的部位進行鉆孔，之后將其放置在高溫下，并連接高壓水泵、空氣壓縮機和混凝土攪拌機等。 在進行操作時，按照規定要求，在進行注入漿液的同時，還要同時提高注漿管，從而完成對水泥漿和土粒的攪拌，最終與板墻帷幕相結合，從而達到進行防滲加固的效果。 高壓噴射灌漿機理如圖1 所示。

圖1 高壓噴射灌漿機理

高壓噴射灌漿防滲加固技術，主要適用于軟土層。 目前，國內許多項目都采用了高壓噴射注漿的方法， 但是通常情況下，高噴射注漿的深度在20 m 以內。 其不僅可以應用在低水頭土壩的基礎防滲，還可以應用在松散巖層的防滲、堵漏、截潛流、臨時圍堰等方面。

4.2 壩體劈裂灌漿加固技術

劈裂灌漿指的是利用高壓漿液對灌漿孔附近的巖層造成破壞，從而擴大并擴展縫隙；漿液會在每個縫隙中從土體強度較小的地方持續進行劈裂， 通過注入劈裂土體中的漿液相互作用，從而對土體進行強化，封閉滲漏的渠道，從而實現了防滲的目的。灌漿劈裂土體具有兩個機理。第一個機理是在含大空洞碎石、粗砂等的淤泥中，注漿壓力越大，淤泥越容易產生滲流、劈裂流現象；對于含微小空洞的細沙，則僅表現為分割型，而不表現為滲流。 第二個機理是當巖層發生一定程度的位移時，泥漿的可灌注性能將得到提高。 若為了減小甚至克服此類巖層的變形，而采取了降低注漿壓力的辦法，則其可灌性較差，甚至劈裂、滲透兩種形態都不會發生，無法達到注漿的目的。 與常規注漿方式比較，壩體劈裂灌漿加固技術具有機理清楚，施工工藝合理，施工快捷，注漿質量高，經濟效益顯著等特點。 在此基礎上，已有學者對此進行了深入的理論與實際相結合的探索，并取得了有效成果[3]。 目前，這項技術還算完善，適用于質量較差、有裂縫、下游坡濕、漏水，甚至滲透變形的壩體。

4.3 混凝土防滲墻技術

混凝土防滲墻技術指的是在松散透水基礎上開挖一個槽孔，為了避免孔壁發生塌陷，需要在已經打開的槽孔中注入一種可以對其進行強化的泥漿，之后再將管子插入槽孔中，對其進行澆筑，從而在透水基礎上構筑一種防滲墻體。 按照混凝土防滲墻水平截面的形式，可以將混凝土防滲墻分為4 類，分別為墻板型、圓樁柱型、墻板混合型和樁柱混合型。 在混凝土防滲墻施工中，造孔作業是主要作業項目之一，時間占比超過總工期的3/5。 在造孔作業中的接縫處理的效果直接影響了防滲墻防滲作用的效果。 因此，需要在混凝土防滲墻施工中，將已澆混凝土孔的兩端清洗干凈， 以確保前后澆筑的混凝土能夠無縫對接。 混凝土防滲墻技術是一種獨特的混凝土結構，它具有操作簡便、工藝先進、質量穩定等優點，在國內眾多的水利建設中得到了普遍應用。 但能否將淤泥與混凝土進行高效隔離，能否確保混凝土的澆筑品質，以及能否改善混凝土的抗滲性也至關重要。 此外，墻體接縫不僅是施工難點，也是質量隱患頻發之處，因此，在混凝土防滲墻施工中需要嚴格控制接縫施工質量。

4.4 攪拌樁防滲墻技術

攪拌樁防滲墻的建設， 是將混凝土等膠凝物質作為固化物質，利用樁機鉆桿在地表進行打孔，將由膠凝物質組成的漿液，經過高溫高壓脈沖泵，從鉆桿末端的噴頭，朝鉆桿的四周噴射出去，對土體進行切割，破壞土體，并在上升或下降的過程中，將土體和漿液進行充分混合，經過一系列的物理、化學反應，最終形成了具有特定大小的凝固圓筒體。 在這些圓筒體的基礎上，按照規定的位置進行反復作業，最終使得土體形成一堵墻壁，產生良好的抗滲能力，從而滿足設計的需要。 目前，該方法主要應用在工業、民用建筑物的墻體下條形基礎、大型廠房的堆料地基、基坑隆起、飽和黏性土壤地基加固以及河流防滲加固等方面。

4.5 帷幕灌漿

灌漿帷幕，指的是將漿液注入巖體或者土層裂縫、空隙之中，以產生一種持續的阻水帷幕，多用于水閘、大壩的砂卵石地基或者巖石之中。 帷幕的頂端， 與混凝土底板或蓋板相聯系，或者與壩體相聯系，帷幕的底部，卻可以延伸到相對不透水巖層，利用帷幕來截斷泄漏通道或者延長滲徑，可以有效地減少或者完全阻止地下水向壩體的滲透，并在某種意義上，降低滲透水流對壩體的壓力場。 在帷幕灌漿設計中，首先需要確定防滲標準，根據SL 319—2018《混凝土重力壩設計規范》，目前巖體透水率在壩高小于50 m 時為5 Lu； 在壩高處于50～100 m時為3～5 Lu；在壩高大于100 m 時為1～3 Lu。在帷幕灌漿時，應盡可能穿越裂縫，對帷幕注漿進行鉆探。 根據裂縫的形狀，有的時候， 將其設置為偏向于一邊或者是上游的傾斜孔眼也是一種優勢。 但是，要注意到一個問題，那就是鉆斜孔會占據很大的施工面積，而且在走廊或者隧道中進行的施工，也會給操作帶來很大的不便。帷幕灌漿技術要求有7個方面，包括一般規定、材料及制漿、鉆孔及沖洗、先導孔施工、帷幕灌漿、結束標準及封孔和帷幕質量檢查。 灌漿施工工藝流程如圖2 所示。

圖2 灌漿施工工業流程

5 結語

綜上所述，劈裂灌漿技術適用于壩體防滲；高壓噴射灌漿技術適用于處理深度較大的底層水庫大壩地基防滲； 混凝土防滲墻適用于石土層大壩地基防滲； 攪拌樁防滲墻技術適用于類土層大壩地基防滲； 帷幕灌漿適用于大壩壩基巖層的縫隙與空洞處理。 研究總結了各關鍵技術的優缺點及適用范圍，以甘肅蘭州某水庫大壩為實際案例， 結合實地考察與資料分析了水庫大壩滲漏的現狀與原因， 并提出了水庫大壩防滲的關鍵技術。 水利事業的發展，需要對水資源進行有效合理的開發。 而水庫大壩的防滲處理，正是影響水資源利用的重點項目之一。 對于目前水庫大壩存在滲漏問題，需要進行及時科學的處理，其他正在運行的水庫大壩也應做好防滲維護工作。