浅议水利施工中防渗新技术的应用

戴晓平

宁夏长城水务有限责任公司，宁夏银川 750011

在过去40年里，我国水利水电事业取得了飞速发展，1978年，全国水电装机容量接近1900万kW；2017年，全国水电装机容量超过3.4亿kW左右，已建成9.8万余座水库大坝。现在，我国已成为世界水电第一大国，我国水库大坝数量也高居世界第一[1]。目前，我国拥有20座200m以上的高坝，数量超过了其他任何国家。由于水电属于无污染的清洁能源，符合可持续发展理念，在十三五期间，水利水电工程还将获得进一步的发展。

但由于我国近半数水坝兴建于20世纪50～70年代，限于当时的技术条件，施工质量不高，建成后又超期服役，造成水坝病害严重。据统计，全国超过4万座水坝、水库存在着渗水、裂缝等问题，已经严重下游人民生活安全[2]。我们必须认真研究水利工程渗漏的原因，探索应用新防渗技术，做好水坝防渗工作。

1 水利工程渗漏的原因

1.1 施工原材料造成的渗漏

混凝土、钢筋等施工原材料质量直接关系到水利工程落成后是否会出现渗漏。若水泥水化速度快，后期强度低、凝结时间慢，或混凝土中水泥用量过高，或细骨料中砂、石含泥量超过1%，砂含量超过2%；都会降低混凝土的强度，最终导致水利工程出现渗漏。若钢筋表面氧化膜被破坏，钢筋中的铁与水发生锈蚀，会产生膨胀应力，导致保护层开裂，最后在水利工程表面出现沿钢筋的纵向裂缝。此外，由于历史的原因，20世纪50～70年代，国内主要选用土石作水利工程建筑材料，它们的强度远不能与钢筋混凝土相比，在水流数十年冲击、侵蚀下也会出现渗漏。

1.2 施工方法造成的渗漏

水利施工对于施工工艺的要求非常严格。当前在水利施工中存在着一些施工企业盲目抢进度、不注意施工质量、不讲究施工工艺的情况。如施工企业没有及时清除管件表面的锈蚀，致使管道与混凝土无法紧密粘结，产生缝隙，出现结构性渗水。还有施工人员浇捣混凝土前，没有清除止水带附近的杂物，或振捣不严密，不均匀，致使粗骨料窝集、架空，形成蜂窝、孔洞。或在现浇混凝土凝结时没有控制好过大的内外温差（混凝土凝结时，水泥颗粒、石灰、氧化钙与水化合，会在混凝土内部产生超过110℃的水化热，产生拉应力，若过早拆模，以致外层混凝土迅速降温，内外温差超过25℃，就会撕裂混凝土。或在分层浇筑时没有做好通水冷却，或在混凝土终凝前没有进行二次振捣，甚至出现漏振，或振捣时间不足，插入深度不到位。以上种种情况，都会造成水利工程建成后出现裂缝，最终出现渗漏。

1.3 施工设计造成的渗漏

在水利工程设计阶段，设计人员经验不足，能力有限，设计水平不高，没有根据水利工程施工现场的实际情况作出最佳的方案设计，导致工程设计标准不符合相关规定，因此，水利工程落成后难以避免出现渗漏。还有的设计人员没有根据实际情况或防渗要求设计止水材料尺寸，或变形缝隙的尺寸设计不符合防洪要求，导致密封止水材料伸缩率过小，最后让水透过接缝处渗进混凝土结构内部，滴水穿石，造成渗漏。

2 在水利施工中应用防渗新技术

2.1 防渗墙技术

防渗墙是当前普遍采用的防渗技术，它的成本较低，墙体较薄、持久耐用、渗漏指数低。进行防渗墙施工，要先在地基中造孔，然后向孔内灌注混凝土形成地下墙体，起到防渗效果。在使用防渗墙技术时，必须具体情况具体分析，结合水利工程施工现场的实际情况，选择适宜的施工工艺。

2.1.1 铣削成槽

对大块岩石与弱风化硬岩层先进行孔内聚能爆破，再进行重缓冲砸破碎，最后用德国宝峨液压双轮铣清孔。采用这种工艺对堰体回填层、全风化层与淤积层进行施工，效率高，施工速度可达100m2/d；但这种工艺不适用于块石、砂卵石漏浆地层与弱风化层（施工速度会降至6m2/d，甚至4m2/d，而且施工成本也会上升）。铣削成槽工艺缺点是难以进行槽孔纠偏，当防渗墙墙体深度超过40m时，难以保证墙体的搭接厚度。

2.1.2 两钻一抓成槽

先用冲击钻钻出主孔，再用抓斗进行副孔施工，这种施工工艺造孔精度较高，但在施工过程中遇到块石（花岗石块石、砂石块石）和硬岩层仍要进行爆破作业，或用冲击钻施工。两钻一抓成槽工艺的施工速度大约为10～15m2/d。

2.1.3 上抓下钻成槽

现场地层复杂，上部为堰体回填层、淤积层，下部为弱风化硬岩层。对于上部堰体回填层、淤积层用抓斗（也可用液压铣）施工，对于下部弱风化硬岩层，进行冲击钻施工。上抓下钻成槽工艺的施工速度大约在10～20m2/d之间。若地层中块石较少，工效会较高，但欠缺造孔精度。

2.1.4 多头深层搅拌水泥土成墙工艺

水泥深层搅拌法起源于美国，后在日本发展成熟。发达国家在水利施工中应用水泥深层搅拌法，创造出多头深层搅拌水泥土成墙工艺。这种施工工艺需要多头小直径深层搅拌机（国内已有一机六头的深层搅拌机，而国外则有一机八头的深层搅拌机）。将多头小直径深层搅拌机在现场安装到位后，同时进行多头平行钻进，直至钻头推进到设计深度，提升搅拌到孔口，在钻进与提升的同时，通过高压输浆管喷射水泥浆，待水泥浆固结形成水泥桩；再纵向移动多头小直径深层搅拌机，在每个水泥桩之间重复进行上述操作，最后将设置成一道完整防渗墙。采用这种工艺进行成墙，最大深度可达22m，抗压强度超过0.3MPa，而且施工便捷，所需资金较少，适用于黏土和砂砾直径小于5cm的砂砾层。

采用多头深层搅拌水泥土成墙工艺，在施工前必须将主机调平，用经纬仪检查桩架垂直度，确保主机机架处于铅垂状态，还要检查支腿是否存在下陷；输浆时必须保证输浆均匀，总输浆量不能低于设计要求；输浆压力不能过大，也不能过小，要保持在0.3～1MPa之间；钻进速度不能超过0.8m/min，若土层较硬，钻进速度也不应超过0.6m/min，这样可以提高钻孔的精度。

2.2 高压喷射灌浆技术

高压喷射灌浆技术是由日本创造出来的施工方法，目前已在发达国家水利施工中获得广泛应用。高压喷射灌浆技术指利用高压射流的冲击力破坏土体，使浆液与土粒掺搅凝结，最终形成墙体。

采用这种工艺，要在设计的预定位置钻孔，然后放入高压注浆管，喷射高压浆液，冲切搅拌土体。压缩气体在高压射束周围形成气幕，浆液与土粒搅拌混合，形成沸腾状浆液。在喷射结束一段时间后，注入水泥浆液，充填挤压土体中的空腔，让水泥浆液向土体孔隙中渗透，形成凝结体。一个凝结体成型后，再逐孔连续进行上述操作，最后连接成一道墙体帷幕。

高压喷射灌浆可进行单管施工、双管施工、三管施工。单管施工适用于淤泥质地层，浆液压力可达10～25MPa，排量为70～250L/min，形成的凝结体较小，桩径在0.4～0.9m之间。双管施工用气幕保护水泥浆液，使压缩气体与浆液同轴同向喷射，浆液压力仍在10～25MPa之间，排量则上升到600～1200L/min，凝结体直径可以增加1倍。三管施工适用于土粒粒径较大、土质较硬的复杂地层，同轴同向喷射高压水与压缩气体，用气幕保护高压水射束，同时输送浆液，高压水排量可达到800～1500L/min，浆液输送量可达到80～160L/min。

据统计，国内存在病害的水坝超过4万座。使用高压喷射灌浆技术可以在不开挖、不破坏地基的情况下对水坝基座进行加固，冲击切割原有的凝结体，再用浆液充填胶结，形成牢固的连接，重建新的防渗墙。

2.3 控制性灌浆技术

这种防渗技术适用于大孔隙、大溶隙、大裂隙的覆盖层强渗失地层、岩溶地层、断层破碎带。

2.3.1 水泥-水玻璃浆液灌浆

按规定的配合比例，将水泥浆与水玻璃浆投放进搅拌机充分混合搅拌，再进行地下灌注，数十分钟后便可凝胶；亦可将水泥浆与水玻璃浆分别经不同的灌浆管在钻孔内同时喷射而出，在十几秒内迅速形成凝胶，从而起到封闭孔隙的作用。

2.3.2 膏状浆液灌浆

膏状浆液是在水泥浆中掺加辅助材料，再搅拌而成的塑性屈服强度超过50MPa的超稳定性浆液，同水泥浆相比，膏状浆液具有更高的黏度与更大的保水度。可选用水泥、粉煤灰、膨润土、抗分散剂、速凝剂做辅助材料。

进行膏状浆液灌浆，必须对灌浆过程进行控制，以免造成材料浪费。

（1）分级升压。在膏状浆液灌浆过程中，分2次或3次分级进行升压，而不要一次性把压力升高到最大值，这样可以使膏状浆液逐层填充地层内的大空隙、中空隙、小空隙，同时控制浆液扩散距离。

（2）间隙式灌浆。若地层中存在特大空隙，应进行间隙式灌浆。每间隔5～10min进行一次灌浆，每次灌浆后逐渐升高压力，可以慢慢地填满空隙。

3 结语

渗漏是水利工程中的常见病害，但危害极大。我们必须铭记“千里之堤，溃于蚁穴”，认真研究、分析水利工程中出现渗漏的具体原因，同时在水利施工中积极应用防渗新技术，保证水利工程安全运行。