水利工程堤壩防滲加固技術(shù)

1 堤壩工程出險(xiǎn)種類及施工方案

　　1.1 水利工程堤防出險(xiǎn)的主要種類

　　堤防出險(xiǎn)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)為集中滲漏、管涌、流土、接觸沖刷、接觸流土。堤防滲透破壞險(xiǎn)情可分為三類：首先，堤身產(chǎn)生的險(xiǎn)情，主要是由于堤身物質(zhì)組成的不均勻性和填筑密實(shí)度的不均勻性造成的，如部分堤段堤身壤土為粉細(xì)砂、砂壤土或存在孔洞、裂縫等，主要表現(xiàn)為散浸、脫坡、漏洞、跌窩等。其次，堤身和堤基接觸帶產(chǎn)生的險(xiǎn)情，由于筑堤時(shí)未清基，堤身堤基接觸帶物質(zhì)較混雜。第三，堤基產(chǎn)生的險(xiǎn)情，主要是由于堤基存在透水性較強(qiáng)的砂層、砂壤土層所致。

　　1.2 水利工程中堤防防滲施工方案的選擇

　　首先，堤身的防滲處理，可采用截滲墻、錐探灌漿和劈裂灌漿等防滲體。必要時(shí)還可幫堤以加厚堤身或翻挖重新填筑堤身。其次，對(duì)于堤防截滲墻，關(guān)鍵是要采用薄墻和廉價(jià)的材料才能有效地降低工程造價(jià)。目前常用的開槽法、深沉法、擠壓法造墻均可達(dá)到這一要求，其中深沉法造價(jià)最低，在墻深小于20m時(shí)最具競(jìng)爭(zhēng)力高噴法造墻價(jià)格相對(duì)較高，但在一些施工場(chǎng)地狹窄、地下降礙物較多時(shí)，有較好的適應(yīng)性。第三，對(duì)于砂卵礫石含量較高粒徑較大的地層，則應(yīng)考慮采用沖擊鉆并配合其他開槽方式成睹，當(dāng)然造墻成本也會(huì)大大提高根據(jù)堤防工程的特點(diǎn)，對(duì)這類地層險(xiǎn)工段的肪滲處理，也可考慮采用蓋重排水減壓反濾保護(hù)等其他措施。

　　2 堤壩工程防滲加固技術(shù)分析

　　2.1 堤壩防滲處理

　　堤壩防滲處理原則和主要處理方法。針對(duì)上述幾種情況，我國(guó)防滲一般采用灌漿或防滲墻措施來(lái)處理滲透或降低浸潤(rùn)線，采用防滑樁或壓重等措施來(lái)提高抗滑穩(wěn)定性安全系數(shù)。滑坡的處理比較復(fù)雜，要從滑坡的起因上解決問題。最好的途徑是降低壩體浸潤(rùn)線或提高土體強(qiáng)度指標(biāo)。近些年來(lái)，隨著土工合成材料的發(fā)展，用土工膜或復(fù)合土工膜防滲和用加筋材料提高土體穩(wěn)定性得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。對(duì)壩基滲漏的處理一般依據(jù)上游“鋪、截、堵”，下游“導(dǎo)、減、排”的原則所謂”鋪、截、堵”就是修建鋪蓋、防滲墻和帷幕灌漿等以減小滲漏量；“導(dǎo)、減、排”是修建導(dǎo)滲反濾體、減壓井、排水溝等以降低揚(yáng)壓力。

　　2.2 堤壩灌漿防滲的幾種方法

　　2.2.1 劈裂式帷幕灌漿法。所謂劈裂式帷幕灌漿，主要用于加固堤身，防止堤身滲漏。其方法是根據(jù)堤壩曲直不同情況，用淺孔輕便鉆機(jī)或更簡(jiǎn)單的鉆具，分別采用梅花形布孔和直線布孔方式，沿堤壩軸線從堤頂離堤外肩1.5m處鉆孔，一般孔距3m，孔深根據(jù)堤身情況分別以鉆透堤身填土或穿過(guò)堤身鉆入基礎(chǔ)1～2m為宜。灌漿時(shí)由下而上，少灌多復(fù)；泥漿由稀到稠，循序漸進(jìn)；壓力由大到小，靈活掌握。這樣，可以較好地處理灌漿中出現(xiàn)的冒漿、串漿、滑坡、局部隆起等各種問題，使灌入的泥漿沿堤的軸向形成一道帷幕，達(dá)到改善堤身質(zhì)量、提高堅(jiān)固度和防止?jié)B漏的目的。

　　2.2.2 低壓速凝式灌漿法。這種灌漿方法一般用于高危水位下?lián)岆U(xiǎn)堵塞管涌，它可根據(jù)管涌所處位置的地質(zhì)情況（即粘土層或砂礫層）分別采用30型鉆機(jī)或50型鉆機(jī)鉆孔，然后先向孔內(nèi)注入浸水后即膨脹的物質(zhì)（如黃豆、大米），再以小于49kPa的壓力徐徐向孔內(nèi)灌入加進(jìn)速凝劑水玻璃的水泥漿。注入膨脹物質(zhì)是為了加大管涌?jī)?nèi)阻力，減慢管涌?jī)?nèi)水流速度，防止水泥漿隨水流出；加入速凝劑，水泥漿能很快凝固而堵塞管涌。

　　2.2.3 高壓填充式灌漿法高壓填充式灌漿主要用于堤基基礎(chǔ)灌漿，亦用于堤身蟻穴、溶洞的填充。用于基礎(chǔ)灌漿時(shí)，須用50m工程鉆機(jī)在需灌的堤段從堤頂鉆孔，孔距1.5～2.0m，孔深以鉆入基礎(chǔ)穿過(guò)砂層進(jìn)入礫石層2m左右為宜。灌漿時(shí)壓力一般為127.40～166.60kPa，套管下到填土層保證堤身干燥，基礎(chǔ)部分砂礫層灌入水泥漿，然后逐步提升到土層，以黃泥漿封孔。這種灌漿法主要用于治理因基礎(chǔ)不良而引起的管涌。用于填充蟻穴、溶洞時(shí)，灌漿用30型鉆機(jī)先在蟻穴或溶洞周圍布孔灌入泥漿，形成包圍圈，然后進(jìn)行填充，則填滿為止。

　　2.2.4 通過(guò)灌漿加固，形成防滲體此方法適用于漿砌石重力壩。壩上游面固結(jié)灌漿，堵塞漏洞和縫隙，加固補(bǔ)強(qiáng)壩體和提高防滲性能，以進(jìn)一步提高壩體的承載能力和完整性。壩下游面追蹤固結(jié)灌漿，在下游壩面有漏水或溶蝕物出逸的地方，造成水平孔或斜孔，埋注漿管進(jìn)行灌漿，以堵塞漏水通道和壩體空洞、裂縫，加固壩體，增加壩面穩(wěn)定性和抗沖刷能力這種反向灌漿工藝，非常適合拱壩和支墩壩工程，對(duì)重力壩工程只有搞清揚(yáng)壓力并設(shè)排水孔也可采用采用這種方法時(shí)最好是壩前無(wú)水。壩面重新剔勾縫，剔縫后，用高標(biāo)號(hào)水泥砂漿干硬性預(yù)縮水泥砂漿或用防水材料配制高標(biāo)號(hào)水泥砂漿勾縫，提高壩面防滲漏能力及壩體穩(wěn)定性、整體性和抗凍融抗風(fēng)浪淘刷能力。此方法即“前堵、中截、后追蹤”灌漿治漏加固法。

　　2.3 混凝土防滲墻技術(shù)

　　2.3.1 高壓噴射防滲墻。高壓噴射防滲墻是借助于高壓射流沖擊擾動(dòng)壩基覆蓋層，同時(shí)灌入水泥漿，使?jié){液與被灌地層土顆粒摻混，形成防滲墻。

　　2.3.2 自凝灰漿防滲墻。自凝灰漿防滲墻是在塑性混凝土墻的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。使用水泥、膨潤(rùn)土并摻入少量緩凝劑制成“自凝灰漿，在凝固前可作為造孔中的固壁泥漿，完工后自行凝固，形成墻體起防滲補(bǔ)強(qiáng)作用。該技術(shù)在美國(guó)、法國(guó)等國(guó)家均已使用，我國(guó)尚處于起步階段。

　　2.3.3 垂直鋪塑。垂直鋪塑是利用鏈斗式挖槽機(jī)，通過(guò)鏈條及鏈斗連續(xù)挖掘出渣，形成連續(xù)的槽孔，并用泥漿固壁，成槽后隨即輔設(shè)防滲薄膜，回填粘土。挖槽深度一般≤15m，槽寬為15～30cm。適用于砂壤土層，工效較高。

　　2.3.4 水泥土攪拌樁防滲墻。運(yùn)用深層攪拌樁機(jī)把水泥漿噴入土體并攪拌，使水泥與土體混合，經(jīng)水泥的水解、水化和離子交換等一系列反應(yīng)，硬結(jié)成墻2002年長(zhǎng)江堤防防滲工程中被廣泛應(yīng)用，共造墻98×104m2，占總成墻面積的69%。其優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低（90～130元/平方米），設(shè)備輕便，墻厚為25～30cm時(shí)，在深15m范圍內(nèi)墻體完整性較好。適用于細(xì)粒料的土砂層及含少量礫石的砂礫石層。

　　2.3.5 帷幕灌漿。帷幕灌漿是把一定配合比的具有流動(dòng)性和膠凝性的漿液，通過(guò)鉆孔壓入巖層裂隙中，經(jīng)膠結(jié)硬化后提高巖基的強(qiáng)度，改善巖基的整體性和抗?jié)B性。我國(guó)常采用孔口封閉灌漿法，隨著二灘、小浪底工程的建設(shè)，國(guó)際上一些高效率的施工方法，如GIN灌漿法自下而上純壓式灌漿法等引進(jìn)我國(guó)，促進(jìn)了我國(guó)灌漿技術(shù)的發(fā)展GIN法是前國(guó)際大壩會(huì)議主席、瑞土學(xué)者隆巴迪首先提出的。中國(guó)水利水電基礎(chǔ)工程局夏可風(fēng)在《地基處理新技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用》一文中指出：GIN法的基本概念是，對(duì)任意孔段的灌漿，其能量消耗均為一個(gè)定值，這個(gè)能量消耗的數(shù)值近似等于該孔段最終灌漿壓力P與灌入漿液體積V的乘積PV，PV就叫作灌漿強(qiáng)度值，即GIN由于裂隙巖體灌漿時(shí)，大裂隙常常注入量大而使用壓力小，細(xì)裂隙常常注入量小而使用壓力高因此，如果在各個(gè)灌漿段的全部灌漿過(guò)程中，都控制GIN為一常數(shù)，就可以自動(dòng)地對(duì)開敞的寬大裂隙限制其注入量，對(duì)可灌性差的致密地段提高灌漿壓力。GIN法灌漿自動(dòng)考慮了巖體地質(zhì)條件的實(shí)際不規(guī)則性，使得沿帷幕體的總注入漿量合理分布。GIN法在歐美一些國(guó)家的工程中應(yīng)用，取得了較好的效果。

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