淺析小型水利工程防滲處理施工技術(shù)

方嘯

黟縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村水利局，安徽黃山，245500

0 引言

我國小型水利工程有著分布廣、類型多的優(yōu)點，同時具備了防汛減災(zāi)、農(nóng)業(yè)灌溉等功能。但是，隨著長時間的運用，水利工程會發(fā)生不同類型的破壞，包括滑坡、漏水損傷、裂縫等，尤以滲漏損傷問題為甚。需要有關(guān)人員針對擋水壩體的特性，選擇與之相應(yīng)的處理措施，以提高工程的防滲效益，進(jìn)而提高我國小型水利工程的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 加強防滲管理及其對水利工程的重要意義

水利工程關(guān)系我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)生產(chǎn)計劃是否順利實施，同時也是防洪工作的關(guān)鍵組成部分，在較大程度上影響國家經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展。根據(jù)國家民生問題和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要，近些年來中國水利工程建設(shè)項目日益增加。不過，由于各種客觀因素，工程投入使用后會產(chǎn)生各種問題，比如滲漏。滲漏問題對工程的危害性很大，要求有關(guān)主管部門必須以工程的實際狀況為基礎(chǔ)，選用科學(xué)合理的防滲方法，以最大限度地降低因滲漏問題所造成的經(jīng)濟(jì)損失[1]。由于水利工程防滲工作不但關(guān)乎工程后期的利用狀況，而且還能有效保證工程施工的質(zhì)量，所以搞好防滲管理工作是十分必要的。由此可見，對防滲工作及其防滲理論與施工技術(shù)的應(yīng)用，有著重大的積極意義。另外，防滲的施工技術(shù)也可以延長工程的生命周期，有助于節(jié)約資源。

2 小型水利的基本狀況

中國在20世紀(jì)50年代初才開始大量建設(shè)水利工程，其主要目的是灌溉。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)達(dá)，許多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)也開始被運用到水利工程當(dāng)中，更好地推動了水利的發(fā)展以及使用性能的改善。但隨著小型工程的建設(shè)，一些問題也隨之而來。從大量的考察與科學(xué)研究中看到，當(dāng)前小型水利工程主要存在三方面的困難：

①以往建設(shè)的小型水利工程，排水的要求沒有達(dá)到我國的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、要求，部分水利工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)不高，由此造成在遇到超標(biāo)準(zhǔn)洪水時，若不提前調(diào)度，非常容易出現(xiàn)安全事故。②在進(jìn)行壩基和壩體的施工過程中，由于未能根據(jù)規(guī)范選用適當(dāng)施工材料，且施工工序也不符合既定規(guī)范，由此導(dǎo)致水工的壩基或壩體發(fā)生多次滲透損傷，嚴(yán)重影響了工程的正常工作。③這些工程已運行了非常之長的時期，而且一直未能對其實施有效的檢測，所以面臨眾多的安全隱患。小型水利工程的維修加固不但關(guān)乎人民生命財產(chǎn)的安全，同時還事關(guān)我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展。大量安全隱患的出現(xiàn)，嚴(yán)重制約著水利的正常發(fā)揮及其相關(guān)作用的充分發(fā)揮。

水利工程中出現(xiàn)的大量滲漏現(xiàn)象已成為政府各級部門管理工作的重點。從國內(nèi)水利的有關(guān)情況調(diào)查了解，造成水利發(fā)生重大安全事故的因素大致有兩個：①壩基本身的質(zhì)量問題②壩基部分防滲技術(shù)應(yīng)用不合理，造成壩基以及壩體的防滲性能嚴(yán)重下降。通常情況下，在工程方案設(shè)計時，要針對建筑特性，選用合適的防滲技術(shù)，要嚴(yán)格依據(jù)國家有關(guān)規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，同時也要嚴(yán)格根據(jù)已有規(guī)范選用施工材料。如果在工程建設(shè)的一個環(huán)節(jié)中存在質(zhì)量問題，就會大大降低工程的防滲級別，從而給工程的正常運行埋下了隱患。

3 小型水利工程中使用的典型防滲管理技術(shù)

3.1 灌漿技術(shù)

3.1.1 灌漿工程技術(shù)的意義

灌漿工程技術(shù)主要是用來采取措施改變工程中物質(zhì)本身的物理性質(zhì)。在施工過程中，用鉆機(jī)把調(diào)制好的混凝土漿液沿著相應(yīng)的設(shè)備線灌注在工程的巖層孔隙和裂縫里面[2]。在進(jìn)行灌漿施工之前，相關(guān)人員就必須要使用水泥黏土漿、水泥漿、黏土砂漿、混凝土玻璃砂漿等物料配制而成混凝土漿液，水泥黏土漿液具備了結(jié)石度大、穩(wěn)定性高、成本低、抗?jié)B性強的特性，在行業(yè)內(nèi)普遍應(yīng)用。

3.1.2 注漿成型工藝技術(shù)的重要種類與特征

在壩基防滲處理和土石壩壩體防水滲漏處理中，所使用的注漿工藝技術(shù)一般有高壓噴射灌漿、土堤壩體劈裂灌漿、卵礫石層防滲透帷幕灌漿和控制性灌漿技術(shù)，下文將會對上述各個關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳盡闡述。

（1）高壓噴射灌漿。一般是利用高壓混凝土泥漿射流所帶來的巨大沖擊力來打破被灌巖層構(gòu)造，以提高被灌巖層結(jié)構(gòu)土粒和混凝土泥漿的混合，最后形成壁狀固結(jié)體，從而獲得防滲效應(yīng)。一般按照被灌土層的形態(tài)特征和防滲等級，將其分成了擺噴、定噴和旋噴三大類型。高壓噴射砂漿的防滲處理技術(shù)，擁有工效較高、設(shè)施簡易、費用低廉、原料來源廣等優(yōu)勢，但同時也存在著許多的缺點和劣勢，比如設(shè)備數(shù)量較多、操作條件不合理極易產(chǎn)生漏噴現(xiàn)象以及對工程建設(shè)地質(zhì)條件的要求較高等。

（2）土堤壩體劈裂灌漿。劈裂灌漿技術(shù)利用了壩體應(yīng)力的分布特性，通過調(diào)節(jié)相應(yīng)的灌漿壓力，可以根據(jù)沿軸線的走向使大壩滲漏劈裂，然后再用配制好的砂漿澆灌在其中，從而產(chǎn)生了連續(xù)性較好的防漏水泥墻，以起到封堵裂隙、滲漏的效果，從而極大地提高了壩體的防滲性能和穩(wěn)定性。在大壩滲漏裂紋的局部灌漿時，先要查明裂紋可能發(fā)生的部位，而后把固結(jié)砂漿的注漿成型孔群均勻布設(shè)于裂紋區(qū)內(nèi)。對壩滲漏或施工質(zhì)量相對較差的地方，則必須實行更全面的劈裂注漿成型技術(shù)處理。比如：在中國的廣東省寶樹水電站上就應(yīng)用了該技術(shù)，從而有效地處理了土堤壩體的滲漏問題，這便可以充分證明，土堤壩體的劈裂注漿成型技術(shù)能大幅度降低土壩的滲透性系數(shù)，同時增加壩滲漏本身的穩(wěn)定性[3]。

（3）卵礫石層防滲透帷幕灌漿。帷幕灌漿一般是以黏土組成，并加以少許的混凝土，它和一般巖石中的砂漿有著很大的不同。由于卵礫石層防滲帷幕灌漿工藝中很難產(chǎn)生獨立的鉆孔，所以往往會采取套閥型灌漿、打管灌漿等方式。不過由于卵礫石層防滲透帷幕灌漿也會受地質(zhì)條件的影響，因此很難對泥漿的填充程度加以合理的限制。為可以保證小型工程切實滿足我國所規(guī)定的防滲工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和等級，通常必須使用大于三排的注漿成型孔。但由于當(dāng)前防滲工程技術(shù)水平的日益提升，該方式基本上已逐步被淘汰，僅用作補充的灌注方式。

（4）土堤壩體劈裂灌漿技術(shù)。最常見的工程中，預(yù)防大壩滲漏問題是一項最主要的工程組成內(nèi)容，因此采用劈裂注漿成型技術(shù)來增強大壩防滲能力是主要技術(shù)手段。這一技術(shù)的基本原理如下，在劈裂式灌漿技術(shù)中，先按照大壩滲漏的應(yīng)力變化規(guī)律來沿中心線布設(shè)灌漿口，然后再使用灌漿裝置把漿液通過灌漿口注入，這樣利用了大壩滲漏和漿液間形成的相互作用應(yīng)力，增加了大壩滲漏和漿液的緊密結(jié)合程度，最后達(dá)到了使用泥漿來增強壩體防滲能力的目的。這一措施一方面可以有效增加泥漿的利用效率，增強壩體的防滲功能，另一方面根據(jù)大壩滲漏的應(yīng)力作用狀況來向灌漿作業(yè)口加注泥漿，可以在一定程度上改善壩體應(yīng)力作用不合理的狀態(tài)，進(jìn)而改善大壩滲漏的安全性。在運用這一工藝進(jìn)行防滲處理時，必須對大壩滲漏的組成構(gòu)造有著比較明確的認(rèn)識，對大壩漏水時出現(xiàn)的裂紋現(xiàn)象要具有比較直觀的認(rèn)識，按照現(xiàn)場狀況來有針對性地實施灌漿。

3.2 防滲墻技術(shù)

3.2.1 防滲墻技術(shù)的意義

目前，混凝土防滲墻工藝技術(shù)現(xiàn)已逐步形成，是在粒狀土壤中較為普遍的防滲透工藝技術(shù)，它可以合理地調(diào)節(jié)防滲墻體的厚薄，同時具備了組合嚴(yán)密、安全等優(yōu)勢[4]。防滲墻技術(shù)必須按照施工現(xiàn)場的具體施工狀況和實際測試結(jié)果來實施，如此才能保證對小型工程的防水滲漏效果。

3.2.2 防滲墻的種類與特性

防滲墻一般要求具有滲透系數(shù)較小、墻厚小、柔性強、每單位體積費用較少、耐久性好的優(yōu)點。我國水利工程防滲墻的建設(shè)，一般采用鋸槽法成墻工藝技術(shù)，多頭深層混合水泥土、鏈斗法成墻工藝技術(shù)，射水法成墻工藝技術(shù)，薄型抓取力成墻工藝技術(shù)等，下文將對其進(jìn)行詳盡介紹。

（1）鋸槽法成墻工序在先導(dǎo)孔中，鋸槽機(jī)的刀柱必須以特定的角度完成上下來回切削運動，并以約0.8～1.5m/s的速率，逐漸地往前移動。同時被刨溝機(jī)械切削下的土體也能以正循環(huán)或反循環(huán)的方法清除溝外，然后通過水泥進(jìn)行護(hù)壁處理。一般要求澆注高塑性水泥，以構(gòu)成約0.2～0.3m寬的抗?jié)B墻。鋸槽機(jī)一般由力量和傳動控制系統(tǒng)、走行底盤、刀桿和支撐加壓控制系統(tǒng)、機(jī)械起重設(shè)備、排渣系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等構(gòu)成。其驅(qū)動形式主要分為了水力牽引和機(jī)械化二類。鋸槽法的主要特性是工效快、持續(xù)成槽、墻體焊接、效果好，特別適合于沙土、黏土以及細(xì)卵石粒度低于100nm的細(xì)砂礫巖地層。除此以外，還可通過固化石灰水泥和自凝灰水泥來生產(chǎn)各種抗?jié)B指標(biāo)和強度的抗?jié)B墻[5]。

（2）多頭深層混合水泥土成墻技術(shù)。多頭深層攪土鉆機(jī)具備一次多頭鉆孔的突出特性，它可以把混凝土直接澆注在混凝土體內(nèi)并加以拌合，從而于使水泥漿與土體攪拌而形成混凝土樁，同時土搭和樁有效地形成了混凝土防滲墻。如今，該類抗?jié)B墻體的耐壓性能為＞0.3MPa，最高成墻水深約為22米。好處是無泥漿污染、施工簡單、費用也較低廉，因此比較適宜使用于沙土、黏土、礫石地層和泥沙土層。經(jīng)過大量的試驗研究證明，多頭深層混合水泥漿防滲管理技術(shù)既有較好的防滲效益，同時其產(chǎn)品質(zhì)量安全、投入經(jīng)濟(jì)，又有著可觀的前景。

（3）鏈勾心斗角成墻施工技術(shù)。鏈勾心斗角成墻施工技術(shù)一般是將利用旋轉(zhuǎn)鏈斗完成獲土，而后將傾斜置的排土放置在預(yù)定的成墻深度，開溝機(jī)在完成挖溝過程中，利用泥漿完成護(hù)墻處理，此方法施工混凝土的施工技術(shù)與鋸溝施工技術(shù)相同。鏈斗式進(jìn)槽機(jī)的進(jìn)行溝通深度可達(dá)10～15m，進(jìn)行溝通的長度則為16～50cm。鏈斗法的成墻技術(shù)，主要應(yīng)用于沙土、粘土以及礫石等濃度低于百分之三十、粒度低于槽厚的沙礫巖地層。

（4）射水法成墻技術(shù)。射水法成墻技術(shù)中，所使用的機(jī)械設(shè)備一般包括混凝土攪拌機(jī)、造孔機(jī)及混凝土機(jī)等。利用造孔機(jī)內(nèi)的噴頭將高速水射向土壤，以實現(xiàn)切割土壤的目的，該過程中一般使用水泥做護(hù)墻，并通過逆循環(huán)或正向循環(huán)將土渣去除。溝孔形成以后，必須進(jìn)行澆注水下塑性砼，以有效地形成薄壁抗?jié)B墻體。一般要求將其水深限制在30m以下，成墻厚度限制為0.22～0.45m。射水法的成墻工藝具體使用于沙土、泥漿，以及粒度低于100mm的沙礫巖地層。

（5）薄型抓取力防水滲漏墻施工技術(shù)。這一類型的施工技術(shù)主要是使用長度約為三十厘米的薄型抓力來完成灌漿口的開孔處理，然后再使用泥漿來夯實灌漿口的孔室，最后再完成混凝土的施工作業(yè)，待混凝體結(jié)束后完成工程防水滲漏墻。由于使用這一施工技術(shù)可以有效地增加工程防漏墻的縱深，所以薄型抓力防水滲漏墻施工技術(shù)目前已經(jīng)被普遍使用在對我國水工工程砂質(zhì)泥土、填壤土、砂礫層等的屋頂滲漏處理中。另外，在這一技藝的施工過程中，如可以合理使用施工重錘加以輔助施工，也可以達(dá)到使工程防滲墻深入建筑基巖一米以上的目標(biāo)，進(jìn)而可以有效增加工程防滲墻的穩(wěn)定性，從而提高了其使用壽命和屋頂滲漏效率[6]。比較起其他的工藝技術(shù)，這一工藝技術(shù)可以做到在礫石濃度較大的土壤中比較高效的孔洞開槽，并且在工程技術(shù)和設(shè)施方面的成本也較低，因此可以有效減少工程建設(shè)成本。但目前，由于這一技藝在中國工程防滲處理領(lǐng)域的運用還在起步階段，因此還要求人們進(jìn)一步提升對該技藝的運用技術(shù)水平。

3.3 應(yīng)用復(fù)合土工膜

復(fù)合土工膜是復(fù)合型產(chǎn)品，該產(chǎn)品的主要優(yōu)點就是具備較大的延伸性、比重較輕、防滲特性好、價格相對便宜，使得工程人員在開展防滲的過程中不斷地采用復(fù)合土工膜。選用復(fù)合土工膜時應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際漏水情況來選擇合適的砼膜種類，確保砼層與漏水體間的連接牢固，并且必須提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，避免砼層被損傷而形成泄漏。

4 小型工程防滲管理的工程質(zhì)量監(jiān)控

4.1 完備相關(guān)法律、規(guī)章制度

要進(jìn)一步提高中小型工程的質(zhì)量，就必須規(guī)范和完備工程基建的相關(guān)法律、規(guī)章制度。不斷完善對水利工程中施工質(zhì)量的管理規(guī)范，逐步建立完整的國家規(guī)范管理制度，對施工防滲墻的各個環(huán)節(jié)都實行了規(guī)范的工程質(zhì)量管理辦法，并逐步把建筑工程質(zhì)量管理列入國家規(guī)范化管理的軌道當(dāng)中，以便于不斷地提高防滲建筑工程質(zhì)量管理水平的提高[7]。

4.2 加強對原材料質(zhì)量的檢查審核

水利工程施工單位在選擇施工建筑材料時，必須要嚴(yán)格依據(jù)相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和要求進(jìn)行。針對不同的廠家和材質(zhì)進(jìn)行仔細(xì)的對比和甄別，盡量選擇切合水利工程設(shè)計特點的優(yōu)質(zhì)裝修材料，并要求廠商提交相應(yīng)的質(zhì)量證明文件。當(dāng)工程建設(shè)物資入庫以后，必須由有關(guān)人員對其進(jìn)行取樣檢驗，對不符合國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的原材料要予以退貨處置，嚴(yán)格防止劣質(zhì)物資流入工程建設(shè)環(huán)節(jié)，從根源上改善工程的實施效果。

5 結(jié)語

綜上所述，由于水利工程往往存在著工期長、建設(shè)規(guī)模大、安全要求高、工藝復(fù)雜、危險因子大的特征，這也就對水利工程的施工質(zhì)量提出了較高要求。特別是工程的防滲管理技術(shù)，其關(guān)乎到整個工程施工流程的成敗與否。所以，必須做好工程防滲管理，保證工程建設(shè)質(zhì)量。