水利工程施工中堤壩防滲加固技術(shù)應(yīng)用及質(zhì)量控制

劉艷珍 新疆瑪納斯河流域管理局水利管理中心

1.水利工程施工中堤壩防滲加固技術(shù)的應(yīng)用

1.1 灌漿防滲加固技術(shù)

在水利工程中，灌漿防滲加固是通過導(dǎo)管向堤壩土體結(jié)構(gòu)中高壓灌入水泥砂漿等漿料，漿料與土體顆粒凝結(jié)混合形成連續(xù)性固結(jié)體的一種技術(shù)手段，所形成固結(jié)體具有良好的防滲阻水性能，可以有效封堵堤壩結(jié)構(gòu)中形成的滲漏點(diǎn)，消除防滲薄弱環(huán)節(jié)，多用于處理心墻壩與均質(zhì)堤壩等類型水利堤壩的滲漏險(xiǎn)情。

同時(shí)，根據(jù)灌漿方式，可以將灌漿防滲加固技術(shù)分為劈裂式、速凝式、高壓填充式三種技術(shù)手段，不同技術(shù)的適用范圍、防滲加固效果、工藝步驟存在差異性，具體如下：第一，劈裂式灌漿加固。施工人員使用鉆機(jī)設(shè)備，在堤壩結(jié)構(gòu)指定位置鉆設(shè)若干數(shù)量孔洞，基于水力劈裂原理，沿壩軸線向孔內(nèi)開展加壓灌漿作業(yè)，漿液破壞堤壩原有結(jié)構(gòu)，形成貫通劈裂縫，受到漿液自重、注漿壓力、壩互壓等多重作用影響，在堤壩中固結(jié)形成防滲墻體結(jié)構(gòu)，有效填充堤壩中分布的各處孔隙裂縫，取得改善堤壩結(jié)構(gòu)壓密性與調(diào)整應(yīng)力狀態(tài)的技術(shù)效果。第二，速凝式灌漿加固。在堤壩滲漏點(diǎn)或管涌處鉆設(shè)孔洞，在孔內(nèi)填入大米等具備膨脹特性的材料，隨后，在孔內(nèi)低壓灌注水泥漿液，在漿液中添加一定量的速凝劑，填充材料遇水產(chǎn)生膨脹反應(yīng)，起到控制管內(nèi)阻力與堵塞管涌的作用，在短時(shí)間內(nèi)消除堤壩管涌險(xiǎn)情。第三，高壓填充灌漿加固。配置50m工程鉆機(jī)等型號(hào)的設(shè)備機(jī)具，在堤壩防滲加固區(qū)域中鉆設(shè)孔洞，將相鄰孔洞間距保持在2m左右，要求孔底到達(dá)礫石層，在孔內(nèi)下放注漿導(dǎo)管。隨后，按照自上至下順序，在孔內(nèi)高壓灌注漿液，依次在砂礫層與地表土層中灌注適量漿液，最后使用黃泥漿等材料對(duì)孔口進(jìn)行封孔處理，待漿液凝結(jié)硬化后即可完成灌漿加固作業(yè)。

1.2 防滲墻防滲加固技術(shù)

1.2.1 高壓噴漿成墻防滲

施工人員使用噴桿與高壓噴射灌漿機(jī)等設(shè)備機(jī)具，控制噴桿執(zhí)行旋轉(zhuǎn)升降操作，自噴桿噴嘴持續(xù)向外高壓噴射漿液，在壓力作用下破壞原有土體結(jié)構(gòu)，土體顆粒與漿液得到充分混合接觸。隨后，將其靜置一段時(shí)間后，漿液與原有土體共同硬化形成圓柱形等形狀的固結(jié)體，并由若干固結(jié)體咬合構(gòu)成整體性的防滲墻體結(jié)構(gòu)，這項(xiàng)技術(shù)多用于開展水利堤壩接觸帶和地基覆蓋層等位置的防滲加固施工作業(yè)。

1.2.2 振動(dòng)沉模板墻防滲

在現(xiàn)場配置步履式打樁機(jī)設(shè)備，將設(shè)備底端閥門切換至開啟狀態(tài)，在堤壩結(jié)構(gòu)中插入空腹鋼模板，施工人員提前在板內(nèi)灌注適量的具備較強(qiáng)膠結(jié)性能的漿液。隨后，控制設(shè)備開展振動(dòng)提模操作，將空腹鋼模板內(nèi)的漿液持續(xù)灌注至預(yù)設(shè)槽孔，待灌漿操作完畢后，將漿液靜置一段時(shí)間，即可在堤壩內(nèi)凝結(jié)為連續(xù)性的防滲墻體，實(shí)現(xiàn)防滲加固的技術(shù)目的。根據(jù)實(shí)際施工情況來看，振動(dòng)沉模板墻防滲技術(shù)多用于處理低等級(jí)堤壩。

1.2.3 混凝土置換成墻防滲

施工人員操縱開槽設(shè)備，對(duì)堤壩指定部位開展開槽作業(yè)，在槽體內(nèi)采取泥漿護(hù)壁措施進(jìn)行加固，均勻灌注適量混凝土，開展混凝土振搗與養(yǎng)護(hù)作業(yè)。待混凝土凝結(jié)硬化后，在槽體內(nèi)形成具備防滲性能的混凝土連續(xù)墻，并在客觀層面上起到改善堤壩結(jié)構(gòu)物理力學(xué)性能的作用，該項(xiàng)技術(shù)主要被用于處理土石類堤壩。

1.2.4 垂直鋪塑防滲

此項(xiàng)技術(shù)是用于解決江河堤防以及平原水庫圍壩工程滲漏變形質(zhì)量通病的一項(xiàng)技術(shù)手段，當(dāng)前多用于處理尾礦壩，施工人員使用開槽機(jī)在堤壩結(jié)構(gòu)中開挖槽段，對(duì)槽體采取泥漿護(hù)壁措施。隨后，在槽體上均勻鋪設(shè)土工膜材料，要求土工膜與槽壁保持垂直狀態(tài)，使用特定品種填料對(duì)槽段進(jìn)行回填處理，以此來改善堤壩結(jié)構(gòu)的防滲截水性能。與其他技術(shù)相比，垂直鋪塑防滲技術(shù)具有工藝簡單、防滲效果顯著、施工成本低廉的優(yōu)勢。

1.2.5 水泥土攪拌樁成墻防滲

在堤壩防滲加固區(qū)內(nèi)開挖若干數(shù)量的樁孔，在孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)提升鉆桿持續(xù)噴射水泥漿等固化劑，固化劑在壓力作用下破壞周邊土體結(jié)構(gòu)，與土體顆粒強(qiáng)制攪拌，產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，在一段時(shí)間后凝結(jié)硬化為水泥土攪拌樁，由多個(gè)攪拌樁組成防滲墻體結(jié)構(gòu)，多用于處理分布飽和軟黏土與砂性土層的水利工程。

2.水利工程施工中堤壩防滲加固技術(shù)的質(zhì)量控制措施

2.1 堤壩險(xiǎn)情預(yù)防

在正式施工前，做好地質(zhì)勘察與現(xiàn)場實(shí)地考察工作，全面掌握水文地質(zhì)條件，判斷水利堤壩是否存在滲透、滑坡和開裂險(xiǎn)情，針對(duì)可能出現(xiàn)和已存在的險(xiǎn)情，在施工方案中采取相應(yīng)防治措施，對(duì)初步施工方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如，針對(duì)分布礫石層與礫石顆粒直徑過大地層的水利工程，應(yīng)用開槽法以及蓋重排水減壓處理地層，必要情況下采取反濾保護(hù)措施。同時(shí)，針對(duì)嚴(yán)重老化與結(jié)構(gòu)力學(xué)性能大幅下滑的水利堤壩，提前對(duì)堤壩結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理，如加厚堤壩壩身，也可選擇采取翻挖法對(duì)堤壩進(jìn)行二次填筑處理。

2.2 強(qiáng)化注漿材料性能

在早期建成的水利工程中，普遍使用水泥砂漿作為注漿材料，水泥砂漿的可控性、抗?jié)B性與力學(xué)性能有所不足，難以滿足現(xiàn)代水利工程的堤壩防滲加固施工需求。因此，企業(yè)應(yīng)做好注漿材料選材工作，優(yōu)先使用新型的高聚物注漿材料，如聚氨酯注漿材料，增強(qiáng)注漿可控性。根據(jù)相關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示，在使用水泥砂漿等傳統(tǒng)注漿材料開展劈裂灌漿作業(yè)時(shí)，漿液在土體中呈現(xiàn)柱形以及球形的擴(kuò)散狀態(tài)，不易控制。而在使用高聚物注漿材料時(shí)，通過增大注漿壓力，控制漿液自孔壁垂直劈裂土體結(jié)構(gòu)，在土體結(jié)構(gòu)中擴(kuò)展形成片狀楔形體，在注漿孔周邊對(duì)稱形成豎直裂縫，最后形成片狀漿脈，現(xiàn)場施工效果如圖1所示。

圖1 高聚物注漿材料在土體中的擴(kuò)散效果圖

2.3 工藝過程質(zhì)量控制

在水利堤壩防滲加固施工期間，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)與解決突發(fā)狀況和質(zhì)量通病，確保技術(shù)方案得到有效執(zhí)行，取得預(yù)期的防滲加固效果，因此，必須提高對(duì)工藝過程的質(zhì)量控制力度，全面掌握防滲加固技術(shù)的操作要點(diǎn)。例如，在劈裂式帷幕灌漿施工期間，施工人員持續(xù)觀測灌漿情況，動(dòng)態(tài)化調(diào)整注漿壓力值與漿液稠度，解決出現(xiàn)的冒漿、串漿問題。如在出現(xiàn)串漿問題后適當(dāng)增加灌漿量，采取間歇灌漿方式應(yīng)對(duì)冒漿問題。

3.結(jié)語

綜上所述，為高質(zhì)量完成堤防和病險(xiǎn)水庫防滲加固任務(wù)，切實(shí)滿足水利堤壩防滲加固施工需要，保證堤壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)固與水利工程使用安全。因此，施工企業(yè)應(yīng)進(jìn)一步提高對(duì)堤壩防滲加固技術(shù)的應(yīng)用研究力度，深入了解各項(xiàng)常用防滲加固技術(shù)的工藝原理，結(jié)合工程情況合理選擇技術(shù)種類，嚴(yán)格控制各施工環(huán)節(jié)質(zhì)量。