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堤防防渗施工技术研究

CSM工法·TRD工法 2023年2月24日 项敏 451


摘 要


摘要:具体探讨了堤防的主要核心防渗技术,并以对比分析以及案例分析等方式帮助准确判断水利工程堤防防渗技术的优势特征,最后针对水利工程堤防防渗施工技术发展提出建议,以期能为类似防渗工程施工提供合理参考。


关键词:水利工程;堤防防渗;施工技术


前 言


河道堤防在我国防洪工程系统中发挥着重要的作用,在我国各个主要河流以及核心支流中,堤防是抵御洪水的关键屏障。为防止堤防工程产生溃口风险,需要强化防渗处理,优化堤防质量。


1 堤防防渗的重要性


相关部门要按照标准化流程实施防渗施工,减少堤防中的渗漏问题,保证水利工程安全质量和防渗效果。就堤防的防渗施工来说,需要准备好各种基础设备材料,借助先进的设备仪器进一步降低防渗工程施工难度,确保堤防能够在预定的工期内完成,满足堤防的防渗要求。防渗是堤防工程中的一个关键项目,需要综合考虑多种因素,为此可以合理应用各种创新技术,基于各种先进技术支持下进一步控制水利工程堤防的防渗施工难度,借助信息技术创建三维立体图以及数据信息模拟,为相关部门提供有效信息参考,有序开展堤防的防渗施工。


2 堤防出险类型分析


堤防出险涵盖开裂、滑坡以及损伤等问题,而渗透属于其中的重要问题。渗透损坏可以从流土、管涌以及渗漏、接触流土、接触冲刷等现象体现出来。同时还可以把堤防渗漏进一步细分成三种类型,第一是堤坝自身问题导致的风险隐患,因为堤坝坝体可能并非均质材料且填筑物的密实度不够,导致产生渗漏问题。假如其中某些堤段的堤身材料属于粉细砂、沙壤土或堤身产生裂缝和孔洞等现象,可以从跌窝、漏洞、脱坡以及散浸等层面体现出来。第二是堤身与堤坝基础的接触面可能存在安全隐患,因在施工时未对该接触面清理彻底,导致堤防基础以及堤身接触带区域存在大量混杂物质问题。地基形成的险情通常是因为堤基存在较强透水性砂层以及砂壤土层所导致的。


3 堤防防渗施工技术


3.1 帷幕灌浆法

帷幕灌浆技术主要是按照标准配合比例把具备胶凝性和流动性浆液经过钻孔直接注入岩层裂隙当中,通过胶结硬化能够进一步优化岩基整体强度,优化岩基抗渗性和整体性。我国主要是以孔口封闭灌浆为主,在小浪底和二滩工程建设中,相继引入各种高效化施工方法,如纯压式灌浆以及GIN灌浆法等,推动了国内灌浆技术发展。在裂隙岩体灌浆处理中,如果裂隙较大,通常会注入大量泥浆,导致压力降低,如果裂隙较小,则灌入量相对较少,使得灌入压力提升。为此在不同灌浆环节中,需要把灌浆强度值设置成一种常数,便能够合理限制宽大敞开裂隙注入量,对于管柱性较差致密性区域需要适当提升灌浆压力。


选择帷幕灌浆法进行施工处理时,应该合理按照基础工序实施循环操作,在整个工程建设活动中依次应用灌浆、钻孔以及洗孔等操作,其中的最终工序便是封孔,将各个孔间距控制在1.5m左右,施工中还应该合理控制钻孔数量,把钻孔数量维持在120个以内。钻工放样工作需要在开始帷幕灌浆技术施工前实施相关操作,为此需要进一步核对相关设计图纸,根据图纸中的设计要求针对所用施工技术实施详细解析,同时准确测量帷幕灌浆施工中对应边线位置,并借助钢尺合理预留相应的灌浆孔,对钻孔高程进行准确测量。钻孔施工中,可以选择较为常见的作业效率较高的回转式钻孔机作为主要机械设备。在开始实施灌浆处理前,应该结合设计灌孔部位和孔位实施灌浆操作,灌浆中应该进行全面观察,提升灌浆部位稳定性,避免出现灌浆孔偏离问题。扩大冲洗水压,彻底冲洗孔内杂物,直到回水处于清澈状态,便可以停止冲洗工作。按工程特征合理设计冲洗压力,全面冲洗整个钻孔异物。


帷幕灌浆防渗属于水利工程堤防中典型处理技术,在实践应用中优化配浆质量,改善浆液流动性,确保相关指标满足具体要求。根据现实需求对浆液添加量进行合理选择,借助钻孔处理把浆液直接打入岩缝当中,处于材料作用下浆液会产生固结现象,形成完整的基岩结构,优化基岩强度,提升堤防抗渗性。灌浆技术同时可以分解成多种方式,包括纯压力灌浆、孔口封闭灌浆等方法,可视具体施工要求和工程条件进行科学选择,保证技术和钻孔操作协调性。


3.2 复合土工膜技术

在传统的防渗施工技术体系中,常用的土工膜施工技术中所用的土工膜主要以无纺布、塑料布为主,而现阶段,开始使用复合土工膜进行防渗施工,并利用这种新型材料所具备的防渗、延展性强、轻量方面的优势,让防渗施工取得更好效果。一般来说,大部分复合土工膜结构中都含有高分子材料,同时,在生产时也会向其中加入防老化剂,使得复合土工膜技术可以在高温环境下操作。


在施工技术操作中,施工者需要先用烘箱对膜的双侧或单侧,进行远红外加热,再用导辊将膜与土工布,压到一起,构筑成为复合土工膜,同时,将土工布作为膜的保护层,由此施工者在运用复合土工膜来构件防渗层时,土工布就会成为保护层,避免防渗层受损,而且也能减少紫外线对膜带来的老化损伤。在防渗层的施工中,首先,要用粘土、沙土,进行基层的找平。其次,在其上铺设土工膜,但要注意膜两侧埋入土中的部分,应当处于波纹状。最后,再在土工膜上铺设10cm粘土、细砂,构筑一层过渡结构,然后,在这层过渡结构上,砌筑厚25cm左右的块石,由此完成防冲保护层的建设,形成一个防渗结构,以解决渗水问题。此外,在施工技术操作中,应当注意,需尽量防止石块等重物直接砸在膜上,而且土工膜连接的部分,也要涂好乳化沥青,以保证技术的操作效果,提升防渗施工水平。


3.3 混凝土防渗墙

混凝土防渗墙处理技术属于一种早期发展起来的垂直型防渗技术,发展到目前为止也进一步转化成一种粒状地层重要防渗方法。其不但能够有效应用在地基防渗当中,发挥出持久防渗效果,适用于存在一定危险以及处于漏水过程的堤坝实施防渗处理,同时还可以应用到基坑以及施工围堰等部位的防渗处理当中。其核心优势为可以对墙体厚度实施合理控制,提高墙段间可靠性、安全性,促进墙体结构密切结合。


垂防渗墙技术尚未形成统一定义。但目前垂直防渗技术开始在工程实践中大量应用,借助冻结、置换、填充以及挤密等技术,借助化学作用,在存在岩层和土层的位置,逐渐形成一种垂直性防渗墙,合理截断流水对于堤防的冲击和影响。垂直防渗墙相关厚度设计主要计算方法为率先对堤防内部以及外部水头实施合理测量,准确分析两者作用力。垂直防渗墙相关施工方法有注浆法和置换法两种,所用辅助方法包括注浆法以及置换法、深层搅拌法、土工膜技术、迟滞高喷防渗和板桩墙防渗技术。


其中置换法需要结合原有地基状态,利用各种设备机械将土层彻底挖除,并灌入各种防渗材料,构成防渗土墙。选择置换法处理中需要联系岩土工程以及水土工程中的渗透状况实施综合处理。注浆法具体操作步骤为先钻孔,把浆液注入孔内,构成土墙。联系注浆方式差异,注浆方法包括化学注浆、粘土注浆以及水泥注浆。大部分条件下不建议应用化学注浆,在施工中注重环境保护工作。深层搅拌施工法,主要是利用特制多头和单头低直径工具实施搅拌,搅拌过程中将水泥浆液注入土体内,构成水泥土,发挥出水泥土凝聚功能促进土体固结。第二道施工环节中,合理制作水泥土防渗墙。在施工实践中,联系搅拌装置性能进行考虑,由于拌头差异,对应搅拌设备的搅拌方法也各不相同,可以分为三头、双头和单头搅拌模式。


随着时代发展,相关防渗墙技术也得到了长足发展,诞生了各种全新的造孔和造墙技术。从墙体材料角度分析,包括固化灰浆、塑性混凝土、一般混凝土以及钢筋混凝土等材料。从深度层面分析,当前全世界范围内的混凝土防渗墙对应深度最高已经达到131m,即加拿大马尼夸根的三号堤坝对应混凝土防渗墙的施工深度为131m,而我国三峡水库中的二期围堰混凝土防渗墙深度最高是73.5m,小浪底堤坝对应混凝土防渗墙深度最高值是81.9m。目前,浅薄防渗墙对应墙体深度普遍维持在0.1~0.2m左右,深度最高值小于30m,对应厚度如果在0.1~0.25m之间,则最高值小于0.3m。该种类型防渗墙除了能够应用到坝基厚度低于0.3m以及水头较小土石坝中实施防渗处理以外,还可以应用到江河堤防领域当中。一般深厚型的防渗墙普遍适用于墙体深度超出30m以及承受水头大于20m的大坝以及各种危险地段堤防工程当中。如果墙体再厚,如0.6~0.8m之间,则墙体最高为1.30m。为了进一步优化墙段底部的连接效果,通常情况下,随着墙体加深,则厚度越高。墙体材料普遍是塑性混凝土以及一般混凝土,视工程防渗要求和地层防渗性能而定。通常情况下,随着承受水头扩大,墙体透水性相继提升,对于防渗性能要求更高,墙体刚性更强。


3.4 劈裂灌浆

劈裂灌浆在防渗技术处理中重点在于营造较为稳定的压力状态和施工环境,导致坝身出现裂缝问题,随后将适量优质浆液灌注其中,形成基础防渗帷幕,优化堤防整体抗水性能。在实施打孔设计中,还需要确保不同孔设置的科学性,具体如下图所示:

堤防防渗施工技术研究

灌浆布孔主要是在堤坝轴线中进行合理设计,借助灌浆压力作用将坝体直接劈裂,并实施注浆,形成完善的坝体结构。劈裂灌浆防渗的主要技术优势便是能够提升取材便利性,可以合理控制材料用量,降低施工难度,顺应新时期工程领域的环保、节能发展要求。除此之外,劈裂灌浆相关防渗处理技术拥有较为广泛的施工范围,也是以现有坝体为基础采取的有效改造措施,所以该种技术更加方便快捷,和其他的防渗技术相比拥有更高的综合效益。


3.5 自凝灰浆防渗墙

在应用自凝灰浆防渗技术中,相关施工材料涵盖膨润土、水泥等材料,应该将混凝剂添加到混合料内。该种类型施工技术无法进行单独利用,需要进一步融合其他施工技术,通过技术补充方法实施防渗处理,优化堤防工程综合防渗效果。针对泥浆护壁实施布孔设计中,护壁泥浆中的核心施工技术为自凝灰浆技术,凝固后可以构成一种完善的防渗层,优化堤坝结构综合防渗能力,优化水利工程综合施工质量。


4 防渗墙技术的质量控制


在应用混凝土防渗墙相关施工技术中,接头部位施工处理极其重要,其中的核心步骤便是和混凝土内各种构造物进行连接,随后连接地基和墙体部位,其中注意需要对接头管实施合理安装,同时竖直设置接头管,对接头管整体深入尺寸实施合理设计,方便在砂砾石地中对防渗墙厚度实施准确测量。紧接着通过灌浆以及高压喷射灌浆方法对混凝土等构筑物实施合理连接,在墙体连接中,施工建设人员应该注意合理控制槽段连接长度,合理控制连接次数,建议应用挖槽措施对接头管法、钻凿法、软接头法实施效果进行准确判断,该种措施主要为了优化各个部件连接质量。


工程施工建设中,还应该对优质泥浆进行合理选择。泥浆材料拥有较为广泛的用途,不但能够合理稳定悬浮岩渣以及槽壁,还能够促进钻具迅速冷却,提升钻具光滑性,应用泥浆实施固壁处理中,需要使其维持在最佳的物理状态,保持流动形态,维持良好化学作用,尤其是在地质环境十分复杂背景下,对于透水性较高砂砾石层,易渗透以及土质松散地层施工,应该选择具有较高黏度和应用性能较好泥浆。通过泥浆实施固壁处理中,考虑到浆液中的各种细砂颗粒会降低泥浆黏度,为此需视当地地质状况在泥浆中适当加入外加剂,如高质量的膨润土浆液。正常条件下,为了节约成本,可以重复利用泥浆,节约施工成本,提升环境保护效果。


5 堤防防渗技术发展建议


5.1 强化防渗管理

堤防工程的防渗漏技术,能在全面提升水利工程建设质量基础上,促进防渗漏施工过程全面优化,因此技术人员需要重点关注其中各个防渗漏施工环节,细致分配防渗漏处理任务,形成具体化施工责任,为提升防渗漏施工质量,优化防渗漏工程效果打好基础。


5.2 做好材料采购

对防渗漏施工中所用材料实施有效采购,并做好材料入场检查工作,针对采购人员实施专业教育培训,有效改善劣质材料入场问题,注重提高技术施工人员对于材料质量的分辨能力,通过思想教育提高技术人员责任意识,针对施工材料不同环节参与监督管理。做好工程规划准备,深入现场开展实地考察,对于材料设备做好充分准备,视现场环境选择适合材料,借助虚拟软件实施模拟设计,提前发现工程问题,形成有效解决措施,保障工程有序实施。结合水利工程堤防工程现场防渗漏处理状况,选择正确作业方法,对施工人员进行合理安排,保证技术人员的专业水平和技术水平满足工程要求。


5.3 进行渗漏水检查和修补

在堤防工程中经常产生渗漏水现象,通常是由某些细微缝隙所引发的,比如小点小孔以及细微缝隙等,各细微之处都不能放过,为此需要从渗漏源头入手,做好全面检查,及时发现问题所在,可以借助专门测量仪器检查渗漏部位,重点关注各个渗漏环节,从根本层面减少问题发生。在发现渗漏区域后需要做好修补,率先实施清洗处理,并结合问题类型采取针对性修补方案,结束漏洞处理后,实施表层加固,避免继续漏水。如出现较大漏洞甚至险情,无法实施合理补救,则需要针对裂纹部位填充砂浆,补充漏洞。


结 语

综上所述,采取有效措施进一步减少堤防渗漏问题出现,需要优化堤防防渗技术。同时在具体实践操作中,要按照标准规范要求开展防渗处理,优化整体防渗效果,发挥出防渗技术功能价值。


来源:《长江技术经济》

作者:仲凯

编辑整理:项敏

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