浅谈水利工程中堤防防渗施工方案的选择

摘要:在水利工程的施工过程中,提防出险情况时有发生。本文就水利工程中堤防出险的种类进行了一系列探讨和研究,并根据具体情况确定相应的防渗施工方案。

所谓提防,就是指沿河、湖、行洪区、分洪区、围垦区边缘修筑的能起到挡水作用的建筑物,它是世界上最早使用并且使用范围最广的防洪工程。

摘要:本文主要是阐述了堤坝产生险情的原因,并提出了相应的防渗施工加固方法,最后对堤坝防渗加固技术进行了探讨。

关键词:水利工程 堤防 防渗施工 探讨 所谓提防,就是指沿河、湖、行洪区、分洪区、围垦区边缘修筑的能起到挡水作用的建筑物,它是世界上最早使用并且使用范围最广的防洪工程。 筑堤能有效地防御洪水,保护当地居民的生产生活。通过对河堤洪水的有效约束,洪水就能被限制在行洪道内,增加等量水深,大大增加行洪流速,从而实现快速泄洪排沙。修筑提防除了能快速泄洪之外,还能起到抵御风浪和海潮的作用。 按其修筑位置可将地方划分为江堤、湖堤、河堤、海堤以及水库、蓄滞洪区低洼地区的围堤等;按其功能可分为干堤、支堤、子堤、遥堤、隔堤、行洪堤、防洪堤、围堤、防浪堤等;按建筑材料可分为:土堤、石堤、土石混合堤和混凝土防洪墙等。 水利作为我国国民经济的基础产业,一直发挥着至关重要的作用。自改革开放以来,我国的水利工程建设进入了加速期,通过修建水利工程,有效地控制了水流,防止洪涝灾害,合理地调节和分配水量,满足了人民生活和生产的需求。我国的水利工程建设遍布全国,受地理位置的限制,水利工程在建设的过程中,必须要根据各地区水利工程建设的特点和性质,进行科学分析以便预测工程施工过程中可能面临的问题和风险。在制定堤坝防渗施工方案时,不能一概而论,要根据各地实际进行科学规划。一般地,堤身设计是水利工程建设的重中之重。在对堤身进行防渗施工时,施工人员多采用截渗墙、锥探灌浆和劈裂灌浆等防渗技术。 1 堤坝防渗处理原则 在堤防防渗除险工程中,水利工程技术人员在具体的工作实践中,逐步总结出一套有效处理堤坝防渗的方法及原则。在处理上游的堤坝渗漏时要遵循“铺、截、堵”的原则,处理下游时则遵循“导、减、排”的处理原则。实验结果表明,这套防渗处理原则能有效地避免施工时出现的渗漏情况,“铺、截、堵”原则是针对堤坝上游而言的,通过修建铺盖、设置防渗墙和进行帷幕灌浆等方法处理堤坝病害。“导、减、排”原则则通过修建导渗反滤体、减压井、排水沟等施工方法降低扬压力,从而起到防渗的作用。 2 堤坝防渗加固处理的方法 目前,堤坝防渗技术主要有两种施工技术方式,即灌浆法和防渗墙。下面将详细介绍这两种施工技术。 2.1 帷幕灌浆法。帷幕灌浆(curtain grouting)是一项使用广泛防渗效果极佳的堤坝防渗工程建设,它主要通过在闸坝的地基中进行灌浆施工并建造防渗帷幕的方式从而有效地抑制堤坝渗漏。在施工时,技术施工人员要将帷幕顶部与混凝土的闸底板或者坝体进行连接,通过底部深入不透水层达到一定深度以阻止地基地下水继续渗漏。帷幕灌浆技术还可以与下游排水系统共同作用,有效地降低渗透水流对闸坝的扬压力从而保护堤身。 帷幕灌浆是一种常见的堤坝防渗形式,自20世纪以来主要用于水利工程中建筑地基的防渗处理,有效地保证了水工建筑的安全运行。 当沙砾石地基透水层很深,防渗措施实施有困难时,技术施工人员就会采用帷幕灌浆法。简单来说,就是利用高速射流切割掺搅土层,改变原土层的结构和组成,同时灌入水泥浆或复合浆形成凝结体,以达到加固地基和防渗的目的。 采用帷幕灌浆法可以有效地加固堤身,灌浆技术除作为加固地基外,也适合堤防工程透水地基的防渗处理,构筑防渗帷幕。在施工时,要注意堤坝的曲直情况,使用浅孔轻便钻机等进行施工,用梅花布孔或直线布孔方式进行钻孔。具体做法是:沿堤坝轴线在堤顶至堤肩1.5m处钻孔,将孔距统一设为3m,孔深视堤身情况而定,一般以穿过堤身钻入基础1-2m为佳。技术施工人员在施工时,习惯采用自下而上,少量多次;水泥浆比重先稀后稠,循序渐进;压力先小后大,灵活控制的施工方式,这样处理可以有效掌控泥浆的方向,形成一道帷幕,增强防渗效果。 压力注浆法是另一种堤坝防渗处理方法,它利用液压过气压把能凝固的浆液均匀地注入填料地层中,浆液以填充、渗透和挤密等方式,驱走土颗粒间的水分和空气后填充其位置,经过一定的时间后,浆液将原来松散的土粒胶结成一个整体,从而使土基得到加固,减少工后沉降。在注浆施工时,技术施工人员需要根据工程的地质条件、工程性质等选择具体的施工方案。在选择注浆材料时,要根据注浆的目的和受注体地质条件来确定。另外还要注意注浆压力,在保证注浆质量的前提下,控制注浆压力,避免出现因压力过大而出现底层破环或上部构造物破坏等情况。 2.2 防渗墙。所谓防渗墙是指通过专用机具钻凿圆孔或开挖槽孔,再将孔内浇灌混凝土、回填黏土或者其他防渗材料以及安装预制混凝土构件等方式形成连续的地下墙体。另外,也可以通过搭接板桩、灌注桩、定喷桩以及旋喷桩的方式建成防渗墙。当透水地基较浅时,可以采用黏土截水槽,在下游设置反滤层;当透水地基较深时,可以采用槽孔型和桩柱体防渗墙。 高压喷射防渗墙适用于水利工程水工建筑物防渗结构,在施工时,高压喷射防渗墙的施工场地必须保证平整、稳固。若施工时,施工场地出现低洼、表土松散、紧临边坡等情况时,应采用回填、夯实、加固和边坡坡脚保护措施;在施工前,技术施工人员应按施工图纸及有关规范进行施工机械设备试运行;施工场地布置应进行全面规划,开挖排浆沟和集浆池,作好冒浆排放措施和环境保护措施。高压喷射防渗墙的施工原理是借助高压射流产生的巨大冲击力扰动坝基覆盖层,与此同时将水泥浆灌入,使浆液和被灌底层的土颗粒充分掺混至一起,从而形成防渗墙。 自凝灰浆防渗墙在充分吸收和借鉴塑性混凝土墙的基础上,通过将水泥、膨润土、少量凝缓混合的方式制成自凝灰浆。在灰浆凝固前可作为造孔的固壁凝浆使用,它会在施工完成后自行凝固,形成一道防渗墙,能有效地起到防渗作用。 自凝灰浆防渗墙主要应用于一些大型水利枢纽建设。在施工时,主要采用国内施工队伍自行设计施工的方式,这是国内水电基础处理领域的首创,不仅填补了国内水电设施建设的空白,还创造性的提高了水利工程建设的水平。自凝灰浆防渗墙与传统的防渗墙施工工艺相比,具有施工功效更高、防渗效果好、工程造价低等优势,主要用于临时性的围堰,既降低了施工成本又便于拆卸。 自凝灰浆防渗墙在国内施工中取得了首次突破,它突破了传统的工艺模式,达到了20m,孔深26.1m,有效地减少 了施工时自凝灰浆防渗墙体材料的浪费,减少了环境污染。 3 小结 水利同能源、交通、通信、重要原材料等基础工业一样,是国民经济和社会发展的基础产业。水利工程建设既是我国全面建设小康社会的需要,也是改善生态环境和实现河流防洪安全的需要。在水电站大坝的运行过程中,常会因为自然或人为因素的影响而出现一些损害,出现渗漏情况。为进一步监测和控制堤坝渗漏面积的进一步扩大,必须及时采取措施进行堤坝防渗加固处理,根据实际情况选择施工技术,确保堤坝防渗加固的工程效果。 参考文献: [1]宫爱华,张广贞,于方明,周心映.土工合成材料防渗、反滤和排水工程技术浅析[J].山东水利,2002. [2]杜新.刍议水利工程渠道防渗的意义及防渗技术措施[J].价值工程,2013. [3]张方.水利工程施工中强化防渗施工的作用分析[J].科技创新导报,2013. [4]赵婧.探讨水利工程防渗施工处理技术应用[J].才智,2011. [5]赵彦晨.浅析水利工程中的防渗施工技术[J].中国建筑金属结构,2013. [6]殷荣军.论水利工程防渗施工处理措施[J].中国新技术新产品,2012.

筑堤能有效地防御洪水,保护当地居民的生产生活。通过对河堤洪水的有效约束,洪水就能被限制在行洪道内,增加等量水深,大大增加行洪流速,从而实现快速泄洪排沙。修筑提防除了能快速泄洪之外,还能起到抵御风浪和海潮的作用。

关键词:水利工程;堤坝防渗;加固技术 一、堤坝工程出险种类及施工方案 1.1 水利工程堤防出险的主要种类 严格来讲,可以将水利工程堤防出险分为三种:第一种,就是堤自身产生的险情,其根本原因是堤自身结构建筑所导致的堤身结构密实度不均匀。例如,堤身结构土壤存在很大的裂缝,或者有墙体脱皮,漏洞的现象。第二种,堤身和堤基之间不稳定性所产生的险情,其主要表现在堤身与堤基之间衔接的地方有大量的杂质,使得两者之间不能很好的融为一起。最后一种险情是堤基自身产生的,主要原因是在修筑堤基时,使用的材料或者施工技术不合格,没有按照相应的标准进行修筑。因堤基是堤坝工程最主要的一部分,所以防水性必须做到最好,只有合格的建筑施工才能保证险情的不被发生。 1.2 水利工程中堤防防渗施工方案的选择 针对三种险情,我们可以采取三种不同的施工方案进行解决。第一,就是针对堤身本身可以采取截渗墙、锥探灌浆和劈裂灌浆等防渗体。简单来说,可以将堤身翻新,重新修筑。第二,可以选取物美价廉的材料来对堤坝设置堤防截渗墙。这样做的好处不但可以降低工程成本还可以有效的预防堤防渗水。目前常用的开槽法、深沉法、挤压法造墙均可达到这一要求,其中深沉法造价最低,在墙深小于20m时最具竞争力高喷法造墙价格相对较高,但在一些施工场地狭窄、地下降碍物较多时,有较好的适应性。第三,针对堤身粒径比较粗的地质,可以选择开糟式将其进行修筑,这样不仅仅大大提高堤防工程自身的特点,同样还可以采用排水减压的方式进行处理保护。 二、堤坝工程防渗加固技术分析 2.1 堤坝防渗处理 随着堤防技术的不断发展,一种新的合成材料正在被广泛的应用于堤防建设之中,大大提高了土体的稳定性能。这种合成材料所使用的就是土工膜或复合土工膜防渗和用加筋材料有效的结合。堤坝防渗主要采用的方法就是灌浆或者防渗墙。这种处理方式不仅仅简单,而且稳定性比较优良。相对于滑坡的处理,这种可以有效的降低坝体的侵润线,提高土体的强度。对坝基渗漏的处理一般依据上游“铺、截、堵”,下游“导、减、排”的原则所谓“铺、截、堵”就是修建铺盖、防渗墙和帷幕灌浆等以减小渗漏量;“导、减、排”是修建导渗反滤体、减压井、排水沟等以降低扬压力。 2.2 堤坝灌浆防渗的几种方法 2.2.1 劈裂式帷幕灌浆法 这种方法主要是针对加固堤身,防止堤身渗漏。因为坝体的曲直不同,所以钻机采用的形式也是不同的,一般有两种:一种是浅孔钻机,它所采用的是梅花形布孔的方式,沿着堤坝直线进行由顶向外1.5米出钻孔,孔距一般是3米。可以根据工程的实际情况进行有效的调节,上下浮动1~2米。一种是更简单的钻具,这种采用的是直线的布孔方式。灌浆方式是由下而上进行,循循渐进的一点点注浆,这样做的好处就是可以缓解压力,防止灌浆过程中有冒浆,漏浆,滑坡现象的出现。两种方法都是为了更好的改善堤身质量、提高坚固度和防止渗漏的目的。 2.2.2 低压速凝式灌浆法 这种方法主要是应用于出现高危水位的情况下进行的抢险。可以根据管涌的实际情况选择30或者50型钻孔。可以先向孔内进行侵水待膨胀后可以选择小于49kPa的压力进行水泥浆灌溉。注入膨胀物质是为了加大管涌内阻力,减慢管涌内水流速度,防止水泥浆随水流出;加入速凝剂,水泥浆能很快凝固而堵塞管涌。 2.2.3 高压填充式灌浆法 这种方法是针对于堤基本身而言的一种灌浆方法。可以有效的对堤身漏洞之处进行填充。在灌浆时,要使用50米的工程钻进行从上而的钻入,孔距在1.5~2.0米之间,孔深在穿过砂石2米左右的时候要停止钻具。因为此时也是最佳的深度。灌浆时压力一般为127.40~166.60kPa,套管在下入底层时要保证堤身是干燥的,不是潮湿的。将砂砾层灌入水泥浆,然后再慢慢提升。最后在封口的时候以黄泥浆进行封口。这种做法主要是为了防止灌注浆因治理不良而导致出现的问题。用于填充蚁穴、溶洞时,灌浆用30型钻机先在蚁穴或溶洞周围布孔灌入泥浆,形成包围圈,然后进行填充,则填满为止。 2.2.4 灌浆加固法 此方法适用于浆砌石重力坝。这样做的目的就是为了加固坝上油面的灌浆,防止漏洞和裂缝的加大,稳固坝体和提高坝体的防渗性能。使其最终可以有效的承载大的重力。坝体的不稳固很容易造成严重的后果。如果下游不是很牢固的话,那么很容易造成斜孔或者水平孔。很容易在灌溉时堵塞漏水管道和坝体空间,为了避免这种现象的发生,可以采用反向灌注的方法,有效的稳定了坝面和提高了抗冲刷的能力。此种方法非常适合拱坝和支墩坝工程。在对重力坝进行灌注时,首先要清楚的知道排水孔内坝前是否有排水。在无压力的状态下进行有效施工,坝面可以重新的进行浇筑。用质量好的灌注材料作为防水材料同时并配置高标号的水泥砂浆进行勾缝。这样做的好处不仅仅可以提高防渗漏现象的发生,而且能提高其整体的稳定性,整体性和抗冻融风沙等能力的冲击。此方法即“前堵、中截、后追踪”灌浆治漏加固法。 2.3 混凝土防渗墙技术 2.3.1 高压喷射防渗墙。高压喷射防渗墙是借助于高压射流冲击扰动坝基覆盖层,同时灌入水泥浆,使浆液与被灌地层土颗粒掺混,形成防渗墙。 2.3.2 自凝灰浆防渗墙。自凝灰浆防渗墙是在塑性混凝土墙的基础上发展而来的。使用水泥、膨润土并掺入少量缓凝剂制成自凝灰浆,在凝固前可作为造孔中的固壁泥浆,完工后自行凝固,形成墙体起防渗补强作用。 2.3.3 垂直铺塑。垂直铺塑是利用链斗式挖槽机,通过链条及链斗连续挖掘出渣,形成连续的槽孔,并用泥浆固壁,成槽后随即辅设防渗薄膜,回填粘土。挖槽深度一般≤15m,槽宽为15~30cm。适用于砂壤土层,工效较高。 2.3.4 水泥土搅拌桩防渗墙。运用深层搅拌桩机把水泥浆喷入土体并搅拌,使水泥与土体混合,经水泥的水解、水化和离子交换等一系列反应,硬结成墙2002年长江堤防防渗工程中被广泛应用,共造墙98×104m2,占总成墙面积的69%。其优点是造价低,设备轻便,墙厚为25~30cm时,在深15m范围内墙体完整性较好。适用于细粒料的土砂层及含少量砾石的砂砾石层。 2.3.5 帷幕灌浆。这种灌浆方法可以有效的改善岩基的整体抗渗性。是按照一定的配合比将混合好的浆液融入到裂缝之处,待凝结固话后可以增强岩基的强度。这种方法在我国越来越被广泛的使用。特别是孔口封闭灌浆法。然国际上却采用了一种新的灌注方法,即GIN灌浆法。这种方法采用的是自下而上纯压式灌浆法。随着技术的不断更新,为了促进了我国灌浆技术的发展。我们同样将此技术方法引进了我国。GIN法的基本概念是,对任意孔段的灌浆,其能量消耗均为一个定值,这个能量消耗的数值近似等于该孔段最终灌浆压力P与灌入浆液体积V的乘积PV,PV就叫作灌浆强度值,GIN法灌浆自动考虑了岩体地质条件的实际不规则性,使得沿帷幕体的总注入浆量合理分布。 结语 总之,我国有许多水利堤坝需要进行防渗处理,堤坝防渗加固尤为重要。因此,提高水利工程堤坝防渗加固技术,对我国水利工程意义重大。

按其修筑位置可将地方划分为江堤、湖堤、河堤、海堤以及水库、蓄滞洪区低洼地区的围堤等;按其功能可分为干堤、支堤、子堤、遥堤、隔堤、行洪堤、防洪堤、围堤、防浪堤等;按建筑材料可分为:土堤、石堤、土石混合堤和混凝土防洪墙等。

水利作为我国国民经济的基础产业,一直发挥着至关重要的作用。自改革开放以来,我国的水利工程建设进入了加速期,通过修建水利工程,有效地控制了水流,防止洪涝灾害,合理地调节和分配水量,满足了人民生活和生产的需求。我国的水利工程建设遍布全国,受地理位置的限制,水利工程在建设的过程中,必须要根据各地区水利工程建设的特点和性质,进行科学分析以便预测工程施工过程中可能面临的问题和风险。在制定堤坝防渗施工方案时,不能一概而论,要根据各地实际进行科学规划。一般地,堤身设计是水利工程建设的重中之重。在对堤身进行防渗施工时,施工人员多采用截渗墙、锥探灌浆和劈裂灌浆等防渗技术。

1 堤坝防渗处理原则

在堤防防渗除险工程中,水利工程技术人员在具体的工作实践中,逐步总结出一套有效处理堤坝防渗的方法及原则。在处理上游的堤坝渗漏时要遵循“铺、截、堵”的原则,处理下游时则遵循“导、减、排”的处理原则。实验结果表明,这套防渗处理原则能有效地避免施工时出现的渗漏情况,“铺、截、堵”原则是针对堤坝上游而言的,通过修建铺盖、设置防渗墙和进行帷幕灌浆等方法处理堤坝病害。“导、减、排”原则则通过修建导渗反滤体、减压井、排水沟等施工方法降低扬压力,从而起到防渗的作用。

2 堤坝防渗加固处理的方法

目前,堤坝防渗技术主要有两种施工技术方式,即灌浆法和防渗墙。下面将详细介绍这两种施工技术。

2.1 帷幕灌浆法。帷幕灌浆(curtain grouting)是一项使用广泛防渗效果极佳的堤坝防渗工程建设,它主要通过在闸坝的地基中进行灌浆施工并建造防渗帷幕的方式从而有效地抑制堤坝渗漏。在施工时,技术施工人员要将帷幕顶部与混凝土的闸底板或者坝体进行连接,通过底部深入不透水层达到一定深度以阻止地基地下水继续渗漏。帷幕灌浆技术还可以与下游排水系统共同作用,有效地降低渗透水流对闸坝的扬压力从而保护堤身。

帷幕灌浆是一种常见的堤坝防渗形式,自20世纪以来主要用于水利工程中建筑地基的防渗处理,有效地保证了水工建筑的安全运行。

当沙砾石地基透水层很深,防渗措施实施有困难时,技术施工人员就会采用帷幕灌浆法。简单来说,就是利用高速射流切割掺搅土层,改变原土层的结构和组成,同时灌入水泥浆或复合浆形成凝结体,以达到加固地基和防渗的目的。

采用帷幕灌浆法可以有效地加固堤身,灌浆技术除作为加固地基外,也适合堤防工程透水地基的防渗处理,构筑防渗帷幕。在施工时,要注意堤坝的曲直情况,使用浅孔轻便钻机等进行施工,用梅花布孔或直线布孔方式进行钻孔。具体做法是:沿堤坝轴线在堤顶至堤肩1.5m处钻孔,将孔距统一设为3m,孔深视堤身情况而定,一般以穿过堤身钻入基础1-2m为佳。技术施工人员在施工时,习惯采用自下而上,少量多次;水泥浆比重先稀后稠,循序渐进;压力先小后大,灵活控制的施工方式,这样处理可以有效掌控泥浆的方向,形成一道帷幕,增强防渗效果。

压力注浆法是另一种堤坝防渗处理方法,它利用液压过气压把能凝固的浆液均匀地注入填料地层中,浆液以填充、渗透和挤密等方式,驱走土颗粒间的水分和空气后填充其位置,经过一定的时间后,浆液将原来松散的土粒胶结成一个整体,从而使土基得到加固,减少工后沉降。在注浆施工时,技术施工人员需要根据工程的地质条件、工程性质等选择具体的施工方案。在选择注浆材料时,要根据注浆的目的和受注体地质条件来确定。另外还要注意注浆压力,在保证注浆质量的前提下,控制注浆压力,避免出现因压力过大而出现底层破环或上部构造物破坏等情况。

2.2 防渗墙。所谓防渗墙是指通过专用机具钻凿圆孔或开挖槽孔,再将孔内浇灌混凝土、回填黏土或者其他防渗材料以及安装预制混凝土构件等方式形成连续的地下墙体。另外,也可以通过搭接板桩、灌注桩、定喷桩以及旋喷桩的方式建成防渗墙。当透水地基较浅时,可以采用黏土截水槽,在下游设置反滤层;当透水地基较深时,可以采用槽孔型和桩柱体防渗墙。

高压喷射防渗墙适用于水利工程水工建筑物防渗结构,在施工时,高压喷射防渗墙的施工场地必须保证平整、稳固。若施工时,施工场地出现低洼、表土松散、紧临边坡等情况时,应采用回填、夯实、加固和边坡坡脚保护措施;在施工前,技术施工人员应按施工图纸及有关规范进行施工机械设备试运行;施工场地布置应进行全面规划,开挖排浆沟和集浆池,作好冒浆排放措施和环境保护措施。高压喷射防渗墙的施工原理是借助高压射流产生的巨大冲击力扰动坝基覆盖层,与此同时将水泥浆灌入,使浆液和被灌底层的土颗粒充分掺混至一起,从而形成防渗墙。

自凝灰浆防渗墙在充分吸收和借鉴塑性混凝土墙的基础上,通过将水泥、膨润土、少量凝缓混合的方式制成自凝灰浆。在灰浆凝固前可作为造孔的固壁凝浆使用,它会在施工完成后自行凝固,形成一道防渗墙,能有效地起到防渗作用。

自凝灰浆防渗墙主要应用于一些大型水利枢纽建设。在施工时,主要采用国内施工队伍自行设计施工的方式,这是国内水电基础处理领域的首创,不仅填补了国内水电设施建设的空白,还创造性的提高了水利工程建设的水平。自凝灰浆防渗墙与传统的防渗墙施工工艺相比,具有施工功效更高、防渗效果好、工程造价低等优势,主要用于临时性的围堰,既降低了施工成本又便于拆卸。

自凝灰浆防渗墙在国内施工中取得了首次突破,它突破了传统的工艺模式,达到了20m,孔深26.1m,有效地减少

了施工时自凝灰浆防渗墙体材料的浪费,减少了环境污染。

水利同能源、交通、通信、重要原材料等基础工业一样,是国民经济和社会发展的基础产业。水利工程建设既是我国全面建设小康社会的需要,也是改善生态环境和实现河流防洪安全的需要。在水电站大坝的运行过程中,常会因为自然或人为因素的影响而出现一些损害,出现渗漏情况。为进一步监测和控制堤坝渗漏面积的进一步扩大,必须及时采取措施进行堤坝防渗加固处理,根据实际情况选择施工技术,确保堤坝防渗加固的工程效果。

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