防渗截渗技术在水利工程堤防加固处理中的应用

罗 操，白雪彬，何孝龙

（温州宏源建设集团有限公司，浙江 温州 325000）

在水利工程堤防工程中渗漏水问题比较常见，一旦发生渗漏水现象就会影响水利工程的安全与稳固，影响堤坝中的软弱地基，也会造成堤防工程周围岩土断裂等各种问题。所以这就要求相关单位全面了解水利工程堤防工程渗漏原因，探究防渗截渗技术在水利工程堤防加固处理中的应用要点。由此可见，对于防渗截渗技术在水利工程堤防加固处理中的应用进行研究，具有重要的理论意义与实践价值。

某大型水库位于我国北方某城市，水库总库容为17 亿m3，工程等级与提防等级均为1 级。堤防加固工程将砌块式防洪墙设置在迎水面，墙顶高程为27.24 m，两处缺口设置在沿线，属于过堤通道，顶宽为5 m。堤后较近处存在6 个大小不规则的深塘，塘底与堤顶相差为18.4 m。为对堤防进行加固处理，要求采取防渗截渗技术，确保水利工程堤防的安全性与可靠性。

在本项目中水利工程堤防发生渗漏的原因如下：通过勘查分析发现大坝在遇到洪水后，存在洪水倒灌情况，有直接渗水、管涌现象发生。在洪水发生后大坝堤坝后路面高程与洪水位比较，洪水位相对较高，这时就有冒水现象发生[1]。堤内墙根处与空箱结构底板处等位置会发现管涌现象，冒水严重时会有颗粒状砂堆出现。当为直接渗水时，会发现堤后路面与洪水水位的高程基本一致，如果降水依然继续，就会有多个部位出现降水堆积情况，这样就会有渗漏现象发生。在初期渗漏水问题表现为少量渗水，到后期洪水水位上涨后，渗漏量会增加，从而发生冒水等更为严重的渗漏现象。

3.1 出险种类

滑坡、渗透破坏等都是比较常见的堤坝出险，表现出来的特征是流土、管涌等，对坝体安全影响较大。渗透破坏可以按照其特征分为3 种：①堤身险情，指堤坝自身存在一些安全隐患，比如组成不够均匀、填筑密实度不够等，这些问题都会造成堤身出现裂缝、漏洞等情况；
②堤基同堤身有险情，指在筑堤前对基地清理不够彻底，导致大量杂质存在于接触带中；
③堤基险情，指沙壤土层与砂层存在于堤基，也会出现堤基险情。

3.2 防渗加固方案设计

在防渗加固方案选择过程中，要结合自身实际情况选择合适的方案，要从安全性、经济性、便捷性等多个方面出发，项目选择高压喷射注浆方案。这种方式适合淤泥、流塑等地质。在施工过程中按照实际情况可采用单管法、双管法与三管法。在旋喷桩的直径确定中，要分别针对不同的土层，合理确定其直径。喷射注浆方案要考虑地基承载力、地基变形等相关参数，确保高压喷射注浆的可靠性与合理性。

4.1 施工参数确定

在粗砂夹卵石层中进行高喷，可以在堤坝南岸采取该方法进行加固处理。在施工前要采取围井试验，使用5 孔摆喷的方式围成1 个井，围墙需在28 d后开挖，并采取抽水试验。通过围井试验的数据分析，可以确定堤基施工参数。使用425 号普通硅酸盐水泥作为固化剂，在纯水泥浆液比重需合理确定，确定浆压、供浆量及旋喷提升速度分别为≥35 MPa、75～80 L/min、≤8 cm/min；
确定孔立偏差＜2 cm；
气压与供气量分别为≥0.7 MPa 及0.8～1.5m3/min[2]；
旋转提升喷射过程中提升速度、旋转速度分别为0.05～0.25 m/min、1～20 r/min。相邻桩之间可通过相互搭接的形式形成整体，要对垂直度误差予以考虑，要求桩径相互搭接需控制在300 mm 以上。

4.2 布孔方式

项目中采用单排孔，采取折线搭接方式处理防渗墙，将其在基岩中嵌入。固定桩设置在轴线拐角处，控制桩布设间隔距离为25 m 左右。每个高喷孔孔位需按照设计孔距放出，将木桩编号人工打出。布桩要以基础面积与应力分布情况等为依据，采用矩形或者梅花形布排方式。布置桩数时可以按照公式（1）计算：

式中：F—工程结构荷载；

G—承台与承台上土体的自重；

R—单桩承载力标准值；

n—需要的桩数。

在确定桩数后就可以计算出所需布设的钻孔。

4.3 注浆量计算

在对注浆量进行计算时可采用的方法为体积法与喷量法，计算结果较大的可作为设计喷射注浆量。运用体积法时可以使用公式（2）进行计算。

式中：Q—浆液用量，m3；

De—设计固结体直径，m；

K—填充率；

h—旋喷长度；

α—折减系数；

β—损失系数。

采用喷量法进行计算时，可使用公式（3）：

式中：Q—浆液用量，m3；

H—旋喷高度，m；

v—提升速度，m/min；

q—单位时间喷浆量，m3/min；

β—损失系数。

4.3 施工设备

钻孔采用XY-4 型钻机，使用高喷台车、高压泥浆泵及空压机等作为高喷设备[3]。主要施工设备见表1。

表1 施工主要设备

4.4 施工材料

选择普通硅酸盐水泥，要求水泥品质符合要求，没有结块，方孔筛余量要在5%以内，在使用水泥之前，要对水泥质量进行检查，避免将喷嘴堵塞；
在水泥浆搅拌过程中，要求水符合要求；
采用两管法进行高喷，浆液比重需控制在1.41～1.38，通过随配随用的方式制作浆液，浆液温度需合理控制，不宜低于5℃，不宜超过40℃，一次浆液使用时间要控制在4 h 以内。

4.5 钻孔

对施工桩号与木桩在现场进行确定，钻机就位后就可以钻孔。在钻孔前要将斜孔位偏差控制好，确保孔位偏差≤5 cm，钻孔深度需按照设计标准控制。针对地层情况选择钻机，松软的浅孔可选择回转式钻机，在块石层可以选择启动冲击回转钻。为保证钻孔工作的有效进行，当钻孔较深，且黏土层厚度较大时，可以适当增加钻孔孔径，钻孔孔径要大于喷管外径40 mm。

4.6 搅拌

结石强度会受到水泥搅拌时长的直接影响，搅拌时长为1 h 时，结石强度最高；
搅拌时长为2 h 以上时，结石强度开始下降；
当搅拌时长在4 h 以上时，结石强度下降迅速，甚至会出现不凝固的情况。所以搅拌时间需合理控制，不宜过长。

4.7 喷射注浆

（1）对入岩深度进行合理确定，旋喷灌浆需按照设计要求进行确定。

（2）采用泥浆循环固壁钻孔，由于在钻孔过程中钻进位置存在砂砾石，要求泥浆要保持浓稠，避免发生塌孔现象，施工过程中钻孔偏差不宜超过1～2 cm，在钻进过程中为控制孔斜率，要求钻进5 m就使用测斜仪测量一次。

（3）终孔测斜合格之后，要求高喷台车就位，喷射管长度要按照孔深量取，在孔外需使用水气试喷，在没有堵管情况下开始下管。喷射管在高喷台车就位后，要对其垂直进度进行检查，确保垂直度符合要求[4]。

（4）沿轴线开挖导流槽，要求导流槽宽度、深度分别为1 m 及2～3 m。在导槽内排入废水，避免出现乱排废水现象发生，减少对环境造成的污染。

（5）下喷管之后，水泥浆液、压缩气体等要按照设计要求输入，在开始喷射时需提升高喷管，提升的基本条件为旋转和提升速度，旋喷浆需自下而上到基岩上，摆喷作业需按照摆喷参数进行操作。

（6）监理与工程师需对整个高喷过程进行监控，确保高喷全过程符合要求，且在发现问题后能及时进行处理。

（7）完成喷射作业后，需清洗干净注浆管等机具，保持管内与机内的干净，避免有水泥浆残留在里面。使用自来水清洗，等管道内的水为清水后停止。

（8）在完成高喷之后，孔洞需使用浓水泥浆封闭，对喷车进行移动，开始下一孔的高喷作业。

喷射注浆时要求做好钻机定位，保证钻机的倾斜度控制在5%以内。采用胆管法施工，要求在施工过程中一边提升一边进行喷射。喷射过程中要确保喷射压力与喷浆量符合要求，在孔口有浆液冒出后开始慢慢提升喷射管。为避免堵塞喷射管，要在拔出后及时清洗。在深层长喷桩喷射施工过程中，需要对地层在垂向上的差异、地下水分布的影响进行综合考虑。在全深度喷射作业期间，使用同一工艺参数可能会在不同深度形成的桩体直径差异较大，影响防渗墙的防渗效果。因此深层长桩喷射过程中，要了解地下水资料，按照具体情况确定喷射参数，保证长桩的密实性。

4.8 复喷

在完成喷射灌浆作业后，会存在浆液与混凝土混合后，在凝固期间受到浆液析水作用的影响，会发生收缩问题，让固结体的顶部开始出现凹陷，影响地基的加固和防渗堵水。所以需采取二次注浆的方式予以处理。

4.9 冒浆不止

冒浆量超出20%或者完全不冒浆情况需及时处理，在对这种情况进行处理时，可以采取下面的方式进行处理：空隙在地层中较大引起不冒浆时，需停止提升，将浆压降低，同时也要降低气压，浆液要加浓，并将速凝剂加入，注浆量需增大，将空隙填满，然后在孔口返浆后继续摆喷作业；
冒浆量过大要将喷射压力适当提高，喷嘴孔径需适当缩小，摆动速度加快；
当发现高喷灌浆中断后，要做好停浆深度记录，在停喷点以下位置设置高喷管，高喷浆恢复后确保正常作业[5]。停机时间在1 h 以上时，要清洗泵体与泵管；
停机时间在24 h 以上的，在灌浆轴线上要避开此孔，然后在灌浆轴线上，连接上一个与下一个孔。

4.10 质量测试与试验

（1）冒浆试块。在每种主要地层，每个水泥批号需做3 组，一组有3 件，试块规格为70.7 cm×70.7 cm，在养护28 d 之后做抗压强度试验。

（2）开挖检查。开槽检查需每隔500 m 进行一处，开挖的长度与深度分别为35 m 及2.5～4 m，通过检查要求其厚度等符合要求。

（3）采取钻孔取芯方法进行检查。将检查孔布置在防渗墙轴线上，间隔距离为300 m，钻孔深度需合理设置，要求能比防渗墙深度小1～2 m，在钻孔过程中不使用泥浆，芯样需在检查孔的中部与底部取样。

在施工完成后，检查孔布置数量为总孔数的5%，然后进行钻孔取芯与压水实验，但受到各种因素干扰，最后取芯检查孔数量确定为4 个，其中高压注浆防渗板墙、混凝土防渗墙体分别为3 个、1 个。取上来的岩芯为水泥浆与砂卵砾石胶结完整的结石。压水实验要在墙体上钻孔作为静水柱，每孔为3 段，每段长度为5 m。通过实验，墙体具有较好的连续性，且密实性良好，各项指标符合标准与要求。

防渗截渗技术在水利工程堤防加固处理中的应用，能有效提升堤防的安全性与稳固性，避免发生渗漏现象。水利工程的安全与质量直接影响农业发展以及人民群众的安全，所以必须关注水利工程堤防的渗漏情况，并结合实际情况采取科学合理的加固处理措施。防渗截渗技术的应用具有良好的防渗效果，且对堤坝的质量提升作用较为明显，值得推广与实践。

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