水利工程防滲處理施工技術(shù)綜評

邱灝

(湖北省恩施土家族苗族自治州水利電力工程建設(shè)公司，湖北恩施445000)

我國水利水電樞紐工程為數(shù)眾多，分布廣，壩型多樣，發(fā)揮著防洪減災(zāi)的重要作用，同時為農(nóng)業(yè)灌溉生產(chǎn)和人民生活用水以及工業(yè)用水提供水源。然而，由于它們多屬于特殊歷史時期的產(chǎn)物，而且經(jīng)過多年的運行，其中許多工程都不同程度存在一些病險問題。包括滲透破壞、滑坡、開裂和沒治，其中以滲透破壞為主。滲透破壞主要表現(xiàn)為:①堤身物質(zhì)組成的不均勻性和填筑密實度的不均勻性造成的，如部分堤段堤身壤土為粉細砂、砂壤土或存在孔洞、裂縫等;②筑堤時未清基，堤身堤基接觸帶物質(zhì)較混雜，存在透水性較強的砂層、砂土層，導(dǎo)致壩基滲漏、滲透破壞等。通過水利工程防滲處理施工技術(shù)探討，對提高水利工程的經(jīng)濟效益和社會效益具有重要的意義。

1 瀝青混凝土防滲墻技術(shù)

1.1 工程概況

某水利樞紐工程以防洪、城鎮(zhèn)生活和工農(nóng)業(yè)供水為主，設(shè)計水平年，水庫正常蓄水位為216 m，死水位為195 m，防洪限制水位為213.37 m，設(shè)計洪水位218.15 m，校核洪水219.9 m，水庫總庫容86.11×108m3。該水利樞紐工程主要建筑物包括:瀝青混凝土心墻砂礫石主壩、黏土心墻砂礫石左岸副壩、黏土心墻堆石右岸副壩、岸坡開敞式溢洪道、河床式電站廠房及兩岸灌溉輸水洞(管)。主壩布置在主河谷內(nèi)，建在中強透水的砂卵礫石和含泥砂礫石層上，最大壩高41 m，壩頂高程221.00 m，壩頂寬2 m，長1 658.31 m。壩的基本剖面上、下游均采用二級坡。長期以來，由于壩體上游面出現(xiàn)多條縱橫裂縫，滲漏嚴重。2009年，施工單位在確定的壩線，選定的樞紐布置方案的基礎(chǔ)上，對主壩的防滲型式進行了研究。根據(jù)工程具體條件，對河床部分的主壩擬定了瀝青混凝土防滲墻防滲方案。

1.2 施工工藝

混凝土防滲墻是20世紀60年代初發(fā)展起來的一種垂直防滲技術(shù)，目前已成為粒狀地層的主要防滲手段。其主要優(yōu)點是能有效地控制墻厚，墻段之間結(jié)合緊密，安全可靠。本工程根據(jù)現(xiàn)場試驗和施工的實際情形，制定了嚴格的施工工藝過程:混凝土截水墻澆筑→混凝土面處理→測量放線→模板架立→兩側(cè)過渡料填筑→瀝青混凝土澆筑→拆模。具體施工技術(shù)如下:

1)混凝土截水墻澆筑。該工程采用鋸槽法成墻工藝，在先導(dǎo)孔中，鋸槽機的刀桿以一定的傾角一邊做上下往復(fù)切割運動，一邊以0.8～1.5 m/h的速度(根據(jù)地層狀況)向前移動開槽。被鋸切割下來的土體可由反循環(huán)或正循環(huán)方式的排渣系統(tǒng)排出槽外，并采用泥漿護壁。防滲墻有效厚度，參照一般透水地基對建筑物基底防滲板樁的防滲性要求確定水泥粉噴攪拌樁防滲墻設(shè)計滲透系數(shù)，然后通過綜合論證，在進一步降低滲透系數(shù)的可能性和所產(chǎn)生的工程效果的基礎(chǔ)上，提出經(jīng)濟合理的設(shè)計滲透系數(shù)指標及防滲墻有效厚度。其設(shè)計有效厚度B按下式計算:(H1－H2)/B≤［J］，HI為截水墻迎水面設(shè)計水位;H2為截水墻下游水位;［J］為根據(jù)土體允許滲透坡降確定的截水墻設(shè)計滲透比降。然后澆筑塑性混凝土，形成寬度為0.2～0.3 m的防滲墻體。

2)混凝土面處理?；炷粱A(chǔ)面和瀝青混凝土結(jié)合面的控制是工程的關(guān)鍵。與瀝青混凝土相接的混凝土防滲體面，采用人工鑿毛配合高壓風(fēng)槍處理，將表面的浮漿、乳皮、廢渣等全部清除干凈，并保證混凝土表面的清潔干燥。在干燥清潔的混凝土面上人工涂刷兩遍冷底子油，涂刷均勻，無遺漏空白。待冷底子油涼干后，至少≥12 h，涂抹1～2 cm厚瀝青瑪蹄脂，瀝青瑪蹄脂控制溫度為180℃～200℃。瀝青瑪蹄脂用量小時采用人工拌制，用量大時采用拌和站拌制，避免浪費。

3)測量放線。通過布設(shè)測量導(dǎo)線或測量控制網(wǎng)，精確施放防滲墻軸線控制點，定出防滲墻軸線。先導(dǎo)孔一般采用地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機配合金鉆頭鉆進套管固壁，鉆取地層芯樣，探明地層界線，確定防滲墻線。要求盡可能減少對原狀地層芯樣的擾動，以準確探明相對不透水層界限和各地層地質(zhì)情況。

4)模板架立。模板采用4 m的鋼板制作，單塊模板長125 cm，高50 cm。鋼模板之間用U形卡固定連接，上、下層模板用Φ12圓鋼加工的L形插銷連接，上下層模板的豎縫相對應(yīng)，安裝時采用內(nèi)撐外拉的方法。站筋、圍檀采用Φ50鋼管，通過對拉螺栓并用Φ50鋼管作支架來保證模板的強度、剛度和穩(wěn)定性。由于兩側(cè)要預(yù)先平起填筑過渡料，在立模上，為了解決基礎(chǔ)層熱、軟模板下沉問題，決定采用墊鋼筋的辦法。鋼筋長50 cm，兩端有10 cm放在壓實的過渡料上，且在中間30 cm的兩端焊有長5 cm的擋筋，防止兩側(cè)過渡料回填壓實時模板發(fā)生位移和變形，確保瀝青混凝土心墻的設(shè)計寬度。

5)兩側(cè)過渡料填筑。模板安裝完成驗收合格后，用人工配合裝載機在外側(cè)2 m范圍內(nèi)進行過渡料鋪填。過渡料每層壓實厚度為40 cm，采用2.8 t自行式振動碾碾壓8遍。采用16 t振動碾騎縫碾壓過渡料與堰體回填料接縫部位，使料粒結(jié)合緊密，以減小壓縮變形。

6)瀝青混凝土澆筑。瀝青混凝土原材料主要有瀝青、骨料、填料，特殊情況下需要添加摻料。填料是礦料中粒徑＜0.074 mm的礦粉，它與瀝青共同組成瀝青膠結(jié)料，將骨料黏結(jié)成整體，并填充骨料的空隙。骨料應(yīng)盡量選用堿性巖石加工的或天然的堿性骨料，使瀝青與骨料結(jié)合良好。澆筑時根據(jù)模板高度采用分層澆筑，每層澆筑厚度0.4 m，從最低處開始向上逐層澆筑。與過渡料平起施工，流水化作業(yè)，全線均衡上升。為了避免混凝土入倉后離析，將瀝青混凝土倉面進行分段澆筑，用鋼板制作隔擋，分段入倉。

7)拆模。瀝青混凝土入倉澆筑后，待瀝青混凝土表面溫度降至110℃左右時脫模。兩邊模板同時垂直提升，提升時將黏在模板上的瀝青混凝土及時清理鏟掉。

1.3 應(yīng)用效果

工程全部施工完成后，工程師根據(jù)設(shè)計圖紙對照施工記錄進一步復(fù)核現(xiàn)場施工樁位是否有遺漏;審查檢測單位的資質(zhì)等級和技術(shù)裝備，協(xié)助建設(shè)單位確定檢測單位。通過及時掌握處理部位或結(jié)構(gòu)物的動態(tài)變化，該防滲施工方案的運用取得了良好的防滲效果。

2 灌漿施工技術(shù)

2.1 工程概況

一均質(zhì)土壩，壩基滲漏嚴重，根據(jù)地質(zhì)報告，分析主要原因為:①大壩在施工過程中，清基不徹底，壩體與壩基接觸部位存在滲漏，根據(jù)地質(zhì)報告，整個壩段壩體與壩基接觸部位有一層厚約20 cm腐殖土，土體內(nèi)含有植物根系、腐殖質(zhì)、礫石和砂巖碎屑等雜物，土體大部分為流塑狀態(tài)，含水量大，強度低，為強透水層;②主河槽段壩基為風(fēng)化砂巖，表層強風(fēng)化，筑壩時，破碎風(fēng)化層未清到新鮮層面，引起層面、接觸面滲水;③壩基砂巖局部存在節(jié)理裂隙或?qū)娱g泥化夾層，庫區(qū)水流隨著節(jié)理裂隙滲到下游，在大壩下游壩腳外，砂巖出露地方，滲水隨巖石裂隙流出。壩基一至三層作為本次防滲處理范圍。由于壩基第一層和第二層為土層，適合用高噴灌漿處理，第三層適合采用帷幕灌漿處理。因此，本工程中對壩基防滲處理，采用壩基高噴灌漿與帷幕灌漿結(jié)合方案。

2.2 高噴灌漿施工工藝

高壓噴射法就是利用工程鉆機鉆孔至設(shè)計處理的深度后，用高壓泥漿泵，通過安裝在鉆桿(噴桿)桿端置于孔底的特殊噴嘴，向周圍土體高壓噴射固化漿液(一般使用水泥漿液)，同時鉆桿(噴桿)以一定的速度邊旋轉(zhuǎn)邊提升，高壓射流使一定范圍內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)破壞，并強制與固化漿液混合，凝固后便在土體中形成具有一定性能和形狀的固結(jié)體，能起到防滲抗?jié)B的作用。其施工工藝可以分解為以下幾個作用過程:①檢查噴水角度:擺噴前將噴水角度調(diào)整到設(shè)計角度，將注漿管調(diào)整到設(shè)計高程，保證水、漿、氣管道及噴嘴通暢，然后提升擺噴。②調(diào)漿:嚴格控制漿液比重，每班4～5次，當(dāng)相對密度誤差超過1%應(yīng)停噴，調(diào)整水灰比。③破壞地層:在泵壓力作用下，形成高速水流，對地層形成強大的動壓力以及沿高壓孔隙作用的水力劈裂力，連續(xù)噴射成的土體強度疲勞，使地層結(jié)構(gòu)破壞。④升揚置換:根據(jù)試驗適當(dāng)提高噴射切割長度，壓縮空氣在水束周圍形成氣幕，減少水束摩擦力，聚集水流力量，在噴射切割長度的末端，各種氣體、獎液、水與切割下來的顆粒成分混合，形成混合液，強大氣流使混合液沿孔壁噴射出來時呈沸騰狀態(tài)，增強升揚挾帶能力，帶出地層中的細小顆粒，使地層結(jié)構(gòu)更堅固整合。⑤注入漿液攪混:漿液沿水、氣射流切割摻攪范圍充填，使?jié){液對原地層產(chǎn)生充填擠壓作用，形成液漿良好的平整密度，控制注漿過程的有效進行。⑥滲透凝結(jié):在靜壓灌注作用下，漿液向周圍土體孔隙滲透，形成凝結(jié)體，凝結(jié)體的形狀和性能可根據(jù)工程狀況和灌液材料確定，形成漿液滲透凝結(jié)過渡層，從而達到良好強度的防滲功能。

2.3 帷幕灌漿施工工藝

帷幕灌漿是把一定配合比的具有流動性和膠凝性的漿液，通過鉆孔壓入巖層裂隙中，經(jīng)膠結(jié)硬化后提高巖基的強度，改善巖基的整體性和抗?jié)B性。卵礫石層的防滲帷幕灌漿大都采用黏土為主加少量水泥的混合漿液進行灌注，不同于在巖石中灌漿。卵礫石層灌漿難以形成自立的鉆孔，故常采用套閥式灌漿、循環(huán)鉆灌閥跟管灌漿、打管灌漿的方法。因受地質(zhì)條件的限制，不能有效控制漿液的填充范圍，為達到相對較高的防滲標準，常需采用3排以上的灌漿孔。帷幕灌漿孔宜采用回轉(zhuǎn)式和金剛鉆頭鉆進?？孜慌c設(shè)計孔位的偏差不得＞10 cm，孔深應(yīng)符合設(shè)計規(guī)定。采用自上而下分段灌漿法或孔口封閉灌漿法進行帷幕灌漿。采用自上而下分段灌漿法時先導(dǎo)孔仍應(yīng)自上而下分段進行壓水試驗。各次序灌漿孔在灌漿前全孔應(yīng)進行一次鉆孔沖洗和裂隙沖洗。除孔底段外，各灌漿段在灌漿前可不進行裂隙沖洗和簡易壓水。一排相鄰的兩個次序孔之間，以及后序排的第一次序孔與其相鄰部位前序排的最后次序孔之間，在巖石中鉆孔灌漿的高差不得＜12 cm。

2.4 應(yīng)用效果

灌漿屬隱蔽工程，必須在施工過程中強調(diào)質(zhì)量，竣工后要認真檢查，灌漿結(jié)束28 d后，應(yīng)在灌漿區(qū)鉆孔檢查，做壓水試驗，觀察巖芯膠結(jié)情況，鑒定質(zhì)量。通過多種途徑取得數(shù)據(jù)，互相來印證，不能單憑壓水試驗取得吸水率作為唯一的標準。評價灌漿質(zhì)量，只有蓄水后，灌漿效果才能受到考驗。通過高噴灌漿與帷幕灌漿結(jié)合方案應(yīng)用的檢驗，所得結(jié)果均符合設(shè)計規(guī)定的吸水率數(shù)值，為灌漿符合防滲要求。

3 結(jié)語

目前，我國的堤壩防滲新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。水利工程復(fù)雜的地質(zhì)條件、多樣化的筑壩材料以及多種運用工況，決定了在滲流方面的不同特點，應(yīng)針對不同工程的地質(zhì)條件、壩體質(zhì)量、設(shè)計水頭等，從安全、經(jīng)濟、工效、可行性等方面進行全面分析，確定適宜的防滲加固方案。

［1］ 韓旭光.水利工程防滲處理施工技術(shù)應(yīng)用探析［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010，(03).

［2］ 張偉.水利工程中防滲施工工藝探討［J］.科技風(fēng)，2010，(10).

［3］ 覃振朝.水利工程防滲處理施工技術(shù)［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010，(02).