水利工程施工堤壩防滲加固技術(shù)

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摘要：水利工程施工中堤壩防滲加固技術(shù)包含方方面面，本文首先介紹堤壩防滲加固技術(shù)的含義和要點(diǎn)，其次闡述堤防概況、特點(diǎn)以及實(shí)際險(xiǎn)情案例，最后分析堤壩防滲加固技術(shù)的設(shè)計(jì)方法與內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：堤壩防滲加固技術(shù)；含義和要點(diǎn)；設(shè)計(jì)方法與內(nèi)容

1堤壩防滲加固技術(shù)含義和要點(diǎn)

防滲加固工程的主要工作是滲流控制，滲流控制是指控制堤身和堤基內(nèi)的滲流狀況都在允許的范圍內(nèi)，不會(huì)發(fā)生滲流破壞的情況從而保證大堤的安全。一般情況下滲流控制的原則都依照“前堵后排和保護(hù)滲流出口”。堤壩滲流險(xiǎn)情形式不僅包含堤身的散浸、滲水、脫坡、漏洞和跌窩，而且包括堤基的管涌、泡泉、泉眼、隆起和沙沸等。滲流控制措施的形式不僅包含鋪蓋、防滲斜墻、垂直防滲墻和錐探灌漿而且包括蓋重、淤背、填塘、減壓井、減壓溝和濾層等。一般情況下堤壩防滲工程應(yīng)當(dāng)遵循以下4個(gè)要求：第一，應(yīng)當(dāng)保證防滲工程施工安全，避免出現(xiàn)施工危險(xiǎn)事故。第二，堤壩防滲工程，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)的不同而采用不同的防滲技術(shù)。第三，堤壩防汛工程要盡量降低對(duì)水環(huán)境的影響作用。第四，建議使用技術(shù)更先進(jìn)，工藝更精湛和材料更多元的設(shè)備，保證施工質(zhì)量。總結(jié)來說堤壩防滲加固工程應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的地質(zhì)狀況采用不同的防滲技術(shù)爭(zhēng)取做到因地制宜。并且堤壩防滲加固工程應(yīng)當(dāng)充分考量各種因素，制作出最恰當(dāng)?shù)氖┕し桨浮１热缡┕と藛T要考慮當(dāng)?shù)貐^(qū)域的地質(zhì)條件，根據(jù)地質(zhì)條件來確定堤壩防滲等級(jí)和防洪標(biāo)準(zhǔn)。再比如施工人員還要考慮當(dāng)?shù)貐^(qū)域的農(nóng)作物耕種情況，堅(jiān)持在保護(hù)耕地的前提下有效開展堤壩防滲加固工程。

2堤防概況、特點(diǎn)及險(xiǎn)情

我們以長(zhǎng)江為例介紹堤防概況及具體滲流險(xiǎn)情情況，長(zhǎng)江中下游的防洪體系是以堤防為基礎(chǔ)，把三峽工程作為防洪骨干，以干流支流的水庫(kù)、蓄滯洪區(qū)和河道整治相配套，同時(shí)防洪體系也結(jié)合封山植樹和退耕還林等非工程措施來與防洪工程相結(jié)合形成完整防洪體系。我國(guó)長(zhǎng)江中下游堤防總長(zhǎng)超3萬千米，長(zhǎng)江干流堤防約4000公里。其中以武漢和荊江大堤為代表的一級(jí)堤防約600公里，以同馬、黃廣和荊南長(zhǎng)江干堤為代表的二級(jí)堤防長(zhǎng)度約2500公里，三四級(jí)堤防長(zhǎng)度約500公里。長(zhǎng)江中下游堤防保護(hù)了我國(guó)長(zhǎng)江兩岸13萬平方公里的土地、9000多萬畝的耕地、將近1億的人口以及重要的工業(yè)和交通運(yùn)輸。以2019年7月江西大范圍降雨為例，此次降雨造成了江西省總共70多處提防險(xiǎn)情，其中有兩處較大的地方，險(xiǎn)情分別是樂豐聯(lián)玗珠湖段發(fā)生管涌、魁楊聯(lián)玗樂港鎮(zhèn)段發(fā)生滲漏即內(nèi)坡堤腳滲水。長(zhǎng)江堤防險(xiǎn)情主要包括滲透、崩岸和漫頂，我們統(tǒng)計(jì)了2018年長(zhǎng)江中下游堤防工程險(xiǎn)情，詳細(xì)如表1所示。從表1可以得知2018年長(zhǎng)江中下游的堤防工程險(xiǎn)情大多數(shù)集中在滲流險(xiǎn)情，因此堤壩防滲工作需要不斷開展，堤壩防滲加固技術(shù)需要不斷更新且提高其應(yīng)用效果。

3防滲加固技術(shù)設(shè)計(jì)方法

全世界水利工程建設(shè)中防滲墻通常情況下是被用到水庫(kù)大壩修建中，因?yàn)樵摴こ毯臅r(shí)長(zhǎng)花費(fèi)金額較高，所以該工程也僅應(yīng)用在水庫(kù)工程。但是隨著近些年施工技術(shù)和施工效率的提高，防滲墻的造價(jià)也逐步降低，防滲墻也被引入到河道堤壩防滲工程中，這讓堤防工程的質(zhì)量提升了好幾個(gè)檔次。其次便是吹填、減壓井和錐探灌漿等，接下來重點(diǎn)介紹垂直薄防滲墻和吹填設(shè)計(jì)。

3.1垂直薄防滲墻

垂直薄防滲墻是當(dāng)今防滲處理中，使用次數(shù)最多的措施。但在應(yīng)用該技術(shù)之前，首先要明確墻體的厚度、深度和材料。垂直薄防曬墻的墻體厚度要根據(jù)實(shí)際工程不同而計(jì)算出相對(duì)應(yīng)的墻體厚度，并且也要充分考慮施工設(shè)備以及工藝水平。垂直薄防曬墻的深度根據(jù)地層結(jié)構(gòu)而異，隱蔽工程中半封閉防曬墻應(yīng)用最多且效果好，并且對(duì)地下水環(huán)境影響一般不會(huì)產(chǎn)生太大的影響，因?yàn)樗诙鄬拥鼗薪財(cái)嗔松喜客杆畬硬⑦_(dá)到了中部相對(duì)弱透水層，所以對(duì)地下水環(huán)境一般不會(huì)有太大的影響。垂直薄防滲墻的墻體材料主要包含兩類，第一類是傳統(tǒng)材料比如水泥土、水泥砂漿和塑性混凝土。第二類是新型材料比如一些特殊性質(zhì)的柔性材料，這類新型材料采用更加先進(jìn)的納米技術(shù)，其滲透能力和抗壓抗擠能力比傳統(tǒng)材料更要好，但因?yàn)槠湓靸r(jià)較高所以仍然處于少量使用的階段。無論是使用傳統(tǒng)材料還是屬于使用新型材料，或者是兩者相結(jié)合，都必須保證防滲墻的墻體材料質(zhì)量合格符合施工要求。

3.2吹填蓋重

吹填蓋重的設(shè)計(jì)方法包括計(jì)算吹填的寬度與厚度和復(fù)耕兩個(gè)方面。由于吹填蓋重設(shè)計(jì)方法的工程量巨大且耕地的占?jí)禾啵栽撛O(shè)計(jì)方法相較于垂直薄防滲墻應(yīng)用次數(shù)較少。吹填的寬度和厚度是根據(jù)勘探得到的剖面圖進(jìn)行計(jì)算，以及規(guī)范推薦的透水蓋重計(jì)算式，從而算出寬度和厚度值。針對(duì)復(fù)耕設(shè)計(jì)方法，為了解決吹填占地占?jí)焊睾陀绊懎h(huán)境的問題，建議在吹填前將一定深度原耕土剝離并推鏟至指定區(qū)域，待吹填至完成后，再將該土平鋪其上以利于復(fù)耕。這里關(guān)鍵的問題是復(fù)耕土的厚度如何確定，通常以農(nóng)作物的根系深度以及當(dāng)?shù)氐墓ぷ鳁l件來考慮，但水稻田不太一樣，一般情況來說最有效的復(fù)耕土厚為四十厘米到五十厘米。

4堤壩防滲加固技術(shù)設(shè)計(jì)內(nèi)容

4.1傳統(tǒng)施工技術(shù)

4.1.1開槽轉(zhuǎn)化法開槽轉(zhuǎn)化法是修建堤壩防滲加固工程里面的堤防滲墻中主要應(yīng)用的方法，開槽轉(zhuǎn)化法中的開槽設(shè)備，不僅包含常用的鋸槽法，而且還包含抓斗法、涉水法以及氣舉反循環(huán)法。一般情況下施工人員會(huì)根據(jù)施工區(qū)域特點(diǎn)采用合適的堤壩防滲加固施工技術(shù)。第一，抓斗法。抓斗的斗體分兩種，第一種是液壓式抓斗第二種是機(jī)械式抓斗。兩種抓斗斗體適合兩類不同的施工區(qū)域地質(zhì)條件，比如施工現(xiàn)場(chǎng)有較多的卵石和軟巖底層，那么就需要借助機(jī)械式抓斗設(shè)備來開展現(xiàn)場(chǎng)的施工工作。如果說施工區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)包含較多的土層和沙地層，那么施工人員就應(yīng)該利用液壓式的抓斗斗體，它相較于機(jī)械式抓斗效率會(huì)更高。但無論采用哪種設(shè)備，都需要保證施工質(zhì)量。第二，涉水法。涉水法是另一種主要的堤壩防滲加固施工技術(shù)，該方法的原理是借助成型器的自身重力以及泥漿的沖擊力來將地下土層結(jié)構(gòu)破壞，經(jīng)過反復(fù)的上下循環(huán)并借助成型器不斷修整槽型最終完成整體的施工作業(yè)過程。該方法同抓斗法都是比較常用的堤壩防滲加固施工技術(shù)，但是這兩種方法也有一定的缺陷，所以應(yīng)該根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的施工需要采用不同的方法。第三，鋸槽法。鋸槽法與涉水法的工作方法和原理基本一致，但是該方法工作效率較低，施工效果和施工質(zhì)量相較于以前兩種方式處于劣勢(shì)。因此在正常的施工過程中，除了為連續(xù)開槽加快施工進(jìn)度以外該方法一般很少應(yīng)用在堤壩防滲加固工程。如果施工人員在利用鋸槽法開展防滲墻建設(shè)時(shí)，一旦遇到沙卵石層那么鋸槽法將很難正常應(yīng)用。第四，氣舉反循環(huán)法。氣舉反循環(huán)相較于以上三種方法來說，既具備以上三種方法的優(yōu)勢(shì)又能夠成功規(guī)避以上三種方法的缺點(diǎn)，所以氣舉反循環(huán)是目前我國(guó)乃至全世界大部分水利工程施工中堤壩防滲加固的主要技術(shù)選擇方式，它不但工作效率快而且工作質(zhì)量高成本也不很高，所以該方法成為近年來國(guó)內(nèi)和國(guó)際工程中的潮流。

4.1.2深層攪拌法目前在世界上的大部分水利工程堤壩防滲加固技術(shù)中，深層攪拌法應(yīng)用次數(shù)并不多，因?yàn)槠浔旧碛幸恍┕逃械恼系K和缺點(diǎn)影響了該方法的廣泛推廣。比如深層攪拌法不適合深度過高的防滲墻工程中，另外由于該方法下只有一套設(shè)計(jì)體系，所以就容易給后期的質(zhì)量驗(yàn)收和質(zhì)量評(píng)價(jià)帶來麻煩，施工過程中現(xiàn)場(chǎng)施工人員無法通過深層攪拌法來進(jìn)行更靈活的技術(shù)運(yùn)用，所以該方法在實(shí)際施工過程中采用的次數(shù)并不多。

4.1.3震動(dòng)擠壓法振動(dòng)擠壓法是傳統(tǒng)的堤壩防滲加固技術(shù)，但該方法隨著設(shè)備技術(shù)以及施工效率的提高而逐漸被施工團(tuán)隊(duì)所拋棄，該方法的工作原理就是將板樁或木板擠壓到土體中然后再用力拔起中間形成的空間后把漿體注入到里面，從而形成防滲墻，但是該種方法工作效率比較低，并且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)的要求比較高，所以這種方法的應(yīng)用范圍比較窄，除極特殊情況下該方法才會(huì)被施工人員進(jìn)行采用。

4.2新型施工方法

4.2.1鉸鏈砼沉排腳鏈砼沉排在所有的新型堤壩防滲加固技術(shù)中屬于應(yīng)用次數(shù)最多，施工團(tuán)隊(duì)最愿意使用的施工技術(shù)方法，因?yàn)樵摲椒▽⑷犴g性和整體性有效地結(jié)合起來，能夠適合任意形狀的河床，不會(huì)因?yàn)楹哟策^度不規(guī)則而無法開展施工，所以該方法基本上是大部分防滲加固工程技術(shù)的首選。該方法解放了大量的勞動(dòng)力提高了施工效率，為世界各地的堤壩防滲加固工程做出了突出的貢獻(xiàn)。

4.2.2模袋砼給模袋砂模袋混凝土護(hù)岸具有整體性強(qiáng)、抗沖與抗風(fēng)浪能力強(qiáng)、機(jī)械化施工程度高、施工速度快和施工質(zhì)量容易控制等優(yōu)點(diǎn)。但其對(duì)河床的平整度要求比較高，適應(yīng)河床變形能力較差，當(dāng)河床有較大沖深，剛性的模袋混凝土排前沿將懸在水流中，極易折斷破壞。若在模袋混凝土排前沿加拋一定數(shù)量的塊石時(shí)，則對(duì)保護(hù)模帶混凝土免遭折斷有幫助。

4.2.3鋼絲網(wǎng)石籠更大、更柔和和更適合河床底部形態(tài)的鋼絲網(wǎng)石孔更易相互咬合成為一個(gè)整體，因而具有較高的抗沖性，適合在河勢(shì)變化較大、水流頂沖強(qiáng)烈的部分。鋼絲網(wǎng)籠應(yīng)滿足有足夠的抗拉強(qiáng)度，能自由起吊和沉放，網(wǎng)口不能松動(dòng)以防塊石頭滑出。網(wǎng)籠應(yīng)有全方位的柔韌性以適應(yīng)河床變形及網(wǎng)籠間的相互咬合，并且還要需要有較強(qiáng)的抗腐蝕性。

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作者：王廣昌 單位：山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心壽光管理站