淺談水利工程堤防防滲施工技術(shù)

段仁輝

摘 要：水利工程是重要的基建工程，不同的水利項(xiàng)目具有防洪、節(jié)水灌溉或發(fā)電等功能。如果工程中存在滲透問題，會對工程質(zhì)量造成難以預(yù)料的負(fù)面影響，給周邊居民人身財(cái)產(chǎn)造成威脅?；诖耍瑢λ谭拦こ痰臐B水原因進(jìn)行了分析，并且按照測定位置及深度、選擇鉆機(jī)以及施工過程的控制等方式對施工流程進(jìn)行了闡述，詳細(xì)討論了主要的防滲施工技術(shù)，希望能夠給相關(guān)從業(yè)者帶來一些啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：水利工程；堤防；防滲

中圖分類號：TU74? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2024）02-0103-03

0引言

堤防作為水庫、河流和其他水體的擋水建筑體，其穩(wěn)定性和防滲功能對于確保水資源的安全與有效利用至關(guān)重要。防滲施工技術(shù)的主要目的是減少水通過堤防滲漏的現(xiàn)象，防止堤體失穩(wěn)避免水土流失，從而確保堤防的安全與使用壽命。

傳統(tǒng)的防滲方法如土壤混凝土、粘土層等仍在使用。但隨著技術(shù)的進(jìn)步，更加高效和環(huán)保的材料和方法，如HDPE土工膜、土工布、注漿材料等，越來越多地被采納。這些現(xiàn)代化的技術(shù)和材料不僅提高了施工效率，減少了工程成本，還顯著提高了堤防的防滲能力和使用壽命，對水利工程發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，保障了水庫、河流和其他水體的水資源安全，大大降低了因堤防滲漏造成的水土流失和相關(guān)的環(huán)境問題。通過提高堤防的穩(wěn)定性和使用壽命，大大減少了維護(hù)和修復(fù)的頻率和成本，使得水利工程更加經(jīng)濟(jì)高效。

1 水利堤防工程滲水的原因

1.1 設(shè)計(jì)問題

在進(jìn)行水利工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí)，目前設(shè)計(jì)中的不足包括選材不當(dāng)、結(jié)構(gòu)瑕疵和施工技術(shù)使用不合理等問題。例如，當(dāng)設(shè)計(jì)沒有考慮到當(dāng)?shù)氐耐寥佬再|(zhì)和地下水位時(shí)，使用的材料可能不能有效阻止水分透過。某些材料在長時(shí)間的浸泡下可能失去其阻水性，但在設(shè)計(jì)中沒有考慮到這一點(diǎn)。設(shè)計(jì)中未能考慮到水流的壓力變化，會讓堤防結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)裂縫或空隙，這些裂縫在高水位或洪水期間會變得更加明顯。如果設(shè)計(jì)未能指導(dǎo)正確的施工方法，施工人員還會采用不當(dāng)?shù)姆椒?，或忽略重要的施工?xì)節(jié)，進(jìn)一步增大堤防滲水的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 原料品質(zhì)缺陷

水利堤防工程的滲水問題，很大程度上與原料品質(zhì)缺陷有關(guān)。堤防建設(shè)施工時(shí)，如果原材料的品質(zhì)沒有到嚴(yán)格把關(guān)，則會在結(jié)構(gòu)中帶入砂粒過大或者過細(xì)的材料，讓堤身的均勻性不足，那么水利設(shè)施投入使用后在某些區(qū)域會形成微小的裂縫。這些裂縫在水流沖擊下會逐漸擴(kuò)大，成為滲水的通道。如果材料的抗?jié)B性未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，也會使水分逐漸滲透在堤體中，時(shí)間久了這種局部的微滲會導(dǎo)致堤防結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性發(fā)生變化，甚至可能引發(fā)堤防垮塌的風(fēng)險(xiǎn)[1]。

1.3 施工問題

施工階段如果操作不當(dāng)或管理疏忽，容易在堤防結(jié)構(gòu)中留下隱患。例如，施工中的接縫處理不當(dāng)，則接口處就會有縫隙，成為水分入侵的薄弱環(huán)節(jié)。不規(guī)范的施工流程，比如在不適合的氣候條件下施工，也會對堤防的抗?jié)B性能產(chǎn)生不利影響。加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，嚴(yán)格施工操作，是確保堤防工程穩(wěn)定、避免滲水的關(guān)鍵所在。

1.4 時(shí)間結(jié)構(gòu)變化

隨著時(shí)間的流逝，水利堤防工程的使用性能也在逐漸發(fā)生變化，其防滲漏和牢固等各種性能都會逐漸減弱，長時(shí)間的自然環(huán)境影響，如風(fēng)化、凍融和雨水沖刷，都可能導(dǎo)致堤防結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形或裂縫現(xiàn)象。堤防內(nèi)部的材料，在經(jīng)過多年的物理和化學(xué)作用后，也會出現(xiàn)老化、腐蝕或其他性質(zhì)的改變，使其抗?jié)B能力下降。這些由于時(shí)間推移引起的結(jié)構(gòu)性變化，都會產(chǎn)生滲水問題，對堤防的穩(wěn)定性和使用壽命產(chǎn)生威脅。

2 水利工程堤防防滲施工技術(shù)操作要點(diǎn)

2.1 測定位置及深度

利用全站儀來設(shè)定防滲帷幕的中心線和關(guān)鍵參考點(diǎn)，每個(gè)標(biāo)定點(diǎn)都要與設(shè)計(jì)圖紙上的參數(shù)相符，誤差要嚴(yán)格控制在允許的范圍內(nèi)。采用水準(zhǔn)儀來測量并標(biāo)定當(dāng)前的高度，確保其基準(zhǔn)面要與設(shè)計(jì)方案相吻合。針對每個(gè)預(yù)定的灌漿孔或防滲結(jié)構(gòu)，都要用卷尺來確定其具體的位置，防止偏離預(yù)定的位置。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，用水準(zhǔn)儀測量每個(gè)孔的開口實(shí)際高度，并使用科學(xué)的方法計(jì)算其深度[2]。

2.2 鉆機(jī)選型

常見的鉆機(jī)有回轉(zhuǎn)式、回轉(zhuǎn)沖擊式和沖擊式3大類，這些鉆機(jī)各有特點(diǎn)，能夠滿足不同工程條件和需求，比如回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)因其穩(wěn)定性和高效率在許多項(xiàng)目中得到應(yīng)用。選擇正確的鉆機(jī)不僅能保證施工進(jìn)度和質(zhì)量，還能減少由于設(shè)備不匹配導(dǎo)致的潛在問題。尤其在堤防防滲施工中，鉆機(jī)的性能和準(zhǔn)確性直接影響到防滲效果和工程安全。

2.3 施工過程控制

灌漿孔孔底與射漿管的間隔必須嚴(yán)格控制在50 cm以內(nèi)，并始終按照自上而下的方式進(jìn)行操作。遇到復(fù)雜地質(zhì)條件時(shí)，完成灌漿操作后需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)哪痰却?。鉆孔時(shí)也要按照從頂部到底部的順序分段進(jìn)行。

為確保工程質(zhì)量，利用先導(dǎo)孔的透水特性來繪制滲透剖面圖，從而進(jìn)行帷幕底部設(shè)計(jì)的復(fù)核。在確認(rèn)灌漿管口與孔底的距離不超過規(guī)定的50 cm的前提下，將灌漿管插入灌漿段的最底部。

整個(gè)工程施工應(yīng)按照清晰的步驟進(jìn)行，包括先鉆孔、然后清洗、接著注水、最后進(jìn)行灌漿。在這一系列操作中，每一步驟都必須準(zhǔn)確無誤，避免出現(xiàn)任何可能導(dǎo)致工程安全和質(zhì)量受損的失誤[3]。

2.4 開展灌漿壓水試驗(yàn)

在灌漿開始前先對灌漿孔裂縫采用單孔沖洗法進(jìn)行壓水沖洗，設(shè)定壓力為灌漿壓力的80%，當(dāng)回水清澈即可停止沖洗。然后，按從上至下的順序，對先導(dǎo)孔進(jìn)行分段壓水實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的壓力是最大灌漿壓力的80%，并持續(xù)約20 min，期間每隔5 min就需要記錄一次流量數(shù)據(jù)。開展壓水實(shí)驗(yàn)不僅可以評估基巖的透水性，還有助于為后續(xù)灌漿工作提供有價(jià)值的參考。

2.5 控制漿液配比

需要對灌漿液進(jìn)行試驗(yàn)，以此為基礎(chǔ)來明確合適的漿液比例，濃度的調(diào)整遵循一個(gè)基本原則，即從較低濃度逐漸提高到所需的濃度。具體的配比要根據(jù)工程實(shí)際的透水情況來確定，當(dāng)工程在灌漿前的透水率低于5 Lu時(shí)，通常選擇的水灰比為5。如果透水率高于5 Lu，為了確保更好的灌漿效果，會選擇水灰比為3，這是一個(gè)較濃的比例。在實(shí)際的施工中，根據(jù)現(xiàn)場透水率的變化，還可能需要對這個(gè)比例進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，確保灌漿液的性質(zhì)能夠滿足施工的需求，達(dá)到最佳的防滲效果。

2.6 控制灌漿流程

在整個(gè)施工過程中，自上而下進(jìn)行每個(gè)段落的灌漿，要嚴(yán)格按照預(yù)定的最大壓力標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。為確保漿液在每個(gè)階段均勻分布，漿液注入量控制在1 L/min以下，當(dāng)漿液連續(xù)注入達(dá)到60 min并且滿足各項(xiàng)工藝要求，可以認(rèn)為該段的灌漿工作已經(jīng)完成。

3 水利工程堤防防滲施工技術(shù)分析

3.1 帷幕灌漿技術(shù)

該技術(shù)主要針對工程中的土層或巖體結(jié)構(gòu)，通過精確注入的施工方式，將漿液充分填充到土壤或巖石的孔隙或裂縫中。灌漿后的土壤或巖石將具有更強(qiáng)的阻水性，從而達(dá)到優(yōu)良的防滲效果[4]。這不僅可以減少滲漏的風(fēng)險(xiǎn)，還能確保水利工程的長期穩(wěn)定和安全運(yùn)行。此外，將帷幕灌漿技術(shù)與其他工程結(jié)構(gòu)，如內(nèi)部排水系統(tǒng)相結(jié)合，還能進(jìn)一步增強(qiáng)其防滲性能。

3.2 高壓噴射灌漿技術(shù)

該技術(shù)主要利用高壓泵對漿液進(jìn)行高壓噴射，使?jié){液在裂縫或孔隙中擴(kuò)散，達(dá)到封堵和加固的效果。高壓噴射灌漿技術(shù)需要先對堤防的裂縫、孔隙進(jìn)行詳細(xì)的勘查，確定灌漿的深度和范圍，選擇適當(dāng)?shù)臐{液配方。根據(jù)實(shí)際的工程條件和需求，可以選擇水泥漿、化學(xué)漿或其他特殊漿液。

在灌漿過程中要確保漿液均勻分布在裂縫或孔隙中，要設(shè)置合理的噴射壓力，避免漿液的浪費(fèi)或堆積。完成灌漿后，需要對灌漿效果進(jìn)行檢測，確保其達(dá)到預(yù)期的防滲效果。高壓噴射灌漿技術(shù)不僅能有效地解決堤防的滲透問題，還能提高堤防的整體穩(wěn)定性。但需要注意的是，此技術(shù)操作要求較高，需要專業(yè)的施工團(tuán)隊(duì)和設(shè)備來確保施工的質(zhì)量和安全。

3.3 劈裂灌漿技術(shù)

劈裂灌漿技術(shù)是在預(yù)先設(shè)定的壓力下，使?jié){液進(jìn)入土體的微小裂隙中，通過漿液的擴(kuò)散和凝固，達(dá)到封堵裂隙和加強(qiáng)土體的雙重目的。

施工前需對堤防裂隙和土體的性質(zhì)進(jìn)行深入了解，只有充分了解土體的特性，才能更好地確定灌漿的壓力、深度和漿液的配方。在灌漿過程中，控制灌漿壓力至關(guān)重要，壓力過大可能導(dǎo)致新的裂隙產(chǎn)生，壓力過小則達(dá)不到預(yù)期的灌漿效果。

隨著漿液在土體中的擴(kuò)散，原有的裂隙會逐漸被漿液填充，土體的整體強(qiáng)度也會得到相應(yīng)的提高。劈裂灌漿技術(shù)還可以根據(jù)土體的實(shí)際情況，靈活調(diào)整施工參數(shù)，如漿液的流量、灌漿時(shí)間等，確保灌漿效果的最大化。完成灌漿后，需進(jìn)行效果檢測，確保裂隙已被完全封堵，達(dá)到預(yù)期的防滲和加固效果。

3.4 混凝土防滲墻技術(shù)

混凝土防滲墻是一種垂直于土體的結(jié)構(gòu)，其主要作用是截?cái)酀B流通道降低滲透系數(shù)。施工前需對土層結(jié)構(gòu)、滲透特性進(jìn)行充分勘查，為防滲墻的深度、厚度、材料選擇提供依據(jù)。

在確定了防滲墻的設(shè)計(jì)參數(shù)后，采用特制的挖掘設(shè)備，如長臂挖掘機(jī)或鉆孔設(shè)備，進(jìn)行溝槽的挖掘。挖掘到預(yù)定深度后，采用預(yù)混合混凝土或現(xiàn)場攪拌的混凝土進(jìn)行灌注，確?；炷脸浞殖涮顪喜郏c原土體形成緊密結(jié)合。一旦混凝土防滲墻建成，將形成一個(gè)有效的屏障，大大降低堤防的滲流量延長水利工程的使用壽命。對于那些地下水位高、土體滲透系數(shù)大的地區(qū)，混凝土防滲墻技術(shù)是必不可少的。

3.5 卵礫石層防滲帷幕灌漿施工技術(shù)

卵礫石層由于其較大的空隙和不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，容易導(dǎo)致水分子的滲透，對此應(yīng)用灌漿技術(shù)成為了一個(gè)有效的解決方案。在具體施工中，先對卵礫石層進(jìn)行詳細(xì)的勘測，獲取其厚度、分布和物理特性?？茖W(xué)選擇灌漿材料，通常包括黏土、泥漿以及其他添加劑。這些材料不僅可以充填卵礫石層的空隙，還可以與其形成牢固的結(jié)合。

注漿的深度、密度和順序都需要精確計(jì)算，以確保注漿效果的最佳化。在灌漿過程中通過專用的注漿機(jī)設(shè)備，將灌漿材料均勻、連續(xù)地注入卵礫石層中，直到達(dá)到預(yù)定的灌漿厚度和范圍。灌漿后需要對其進(jìn)行充分的固化，以確保灌漿材料與卵礫石層之間的緊密結(jié)合[5]。在注漿過程中要嚴(yán)格規(guī)定孔的數(shù)量和排列，通常設(shè)置為3排或更多，讓灌漿液能均勻分布充分填滿孔隙，達(dá)到預(yù)期的防滲效果。

3.6 復(fù)合土工膜施工技術(shù)

復(fù)合土工膜因其輕便、強(qiáng)度高和優(yōu)越的防滲效果被廣泛采用，這種材料不僅成本低、伸縮性好，還具備強(qiáng)大的應(yīng)變能力。施工前要對待鋪設(shè)區(qū)域進(jìn)行勘測，確保地基平整沒有尖銳物體。在正式鋪設(shè)復(fù)合土工膜前，工作人員需進(jìn)行預(yù)鋪，檢查有無瑕疵或損傷。

選擇寬幅復(fù)合土工膜可以有效降低接縫的數(shù)量，從而提高防滲性能。根據(jù)施工標(biāo)準(zhǔn)裁剪后，需要按照堤壩需求進(jìn)行拼接，確保技術(shù)達(dá)標(biāo)。拼接時(shí)考慮加入鋼管以進(jìn)一步增強(qiáng)其防滲功能。實(shí)際鋪設(shè)時(shí)工作人員需對膜的鋪設(shè)方向、拉伸度等因素進(jìn)行精確控制，確保其與基層完美貼合減少后期對其造成影響。特別要注意，施工人員應(yīng)穿軟底鞋以避免對復(fù)合土工膜造成損傷。

3.7 土工布防滲技術(shù)

土工布由合成聚合物材料制成，在堤防防滲應(yīng)用中，可以有效地隔絕滲水途徑，從而達(dá)到控制地下水位、降低滲流量的效果。施工時(shí)土工布應(yīng)按設(shè)計(jì)要求平鋪在預(yù)定位置，其上下應(yīng)有一定厚度的土層，以確保土工布與土體緊密結(jié)合，防止因受力不均或物理破損導(dǎo)致的防滲失效。應(yīng)確保接頭部位無滲漏，且接頭的穩(wěn)定性要與土工布主體相當(dāng)。

此外，土工布的施工也要考慮與其他如排水系統(tǒng)等工程部分的配合，讓整體的防滲效果都符合施工要求。長期運(yùn)營中，還應(yīng)定期檢查土工布的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)可能的破損或老化問題

3.8 深層攪拌防滲墻技術(shù)

深層攪拌防滲墻技術(shù)采用深層攪拌機(jī)械，將特定的水泥漿料與原土深度攪拌，形成具有一定強(qiáng)度和低滲透性的土水泥體。這種土水泥體既保持了土的固結(jié)性能，又具備了水泥的抗?jié)B特點(diǎn)，從而為堤防提供了堅(jiān)固的防滲屏障。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定攪拌深度和范圍，然后使用攪拌機(jī)具在預(yù)定位置進(jìn)行深層攪拌，攪拌過程中將特制的水泥漿料注入，確保與原土充分混合。攪拌完成后土水泥體需要一段時(shí)間來固化和成熟，其間應(yīng)保持其濕潤狀態(tài)，防止裂紋的產(chǎn)生。隨著固化過程的進(jìn)行，水泥體的強(qiáng)度和防滲性能會逐漸增強(qiáng)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

深層攪拌防滲墻的施工質(zhì)量直接決定了防滲效果，因此施工中應(yīng)嚴(yán)格控制攪拌的均勻性、漿料的配比和質(zhì)量、攪拌速度和時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)，確保土水泥體的質(zhì)量穩(wěn)定。對于施工后的土水泥體，也應(yīng)定期進(jìn)行檢查和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理可能的問題，保證其長期的防滲性能。

4 結(jié)束語

堤防的防滲能力對于確保水資源安全和避免洪水災(zāi)害尤為關(guān)鍵。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代化的防滲施工技術(shù)如HDPE土工膜、土工布等不僅提高了施工效率，還極大地增強(qiáng)了堤防的防滲效果。隨著技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，更多創(chuàng)新的方法和材料將應(yīng)用于水利工程，為確保人們生命財(cái)產(chǎn)安全提供有力保障。

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