浅析水利工程施工中防渗灌浆技术的应用

现代水利水电枢纽工程除险加固,多可以采用防渗、灌浆的方法得到有效处理。针对不同型水利水电枢纽工程的不同特点,采取不同的方法。防渗技术具有占地少、设备简单、灌浆工效高、造价低、对建筑物影响小的特点,所以得到了应用较广。

一、我国水利工程存在的问题

我国的小型水利水电枢纽工程为数众多,它们分布广,坝型多样,发挥着防洪减灾的重要作用,同时为农业灌溉生产和人民生活用水以及工业用水提供水源。然而,由于它们多属于特殊历史时期的产物,而且经过多年的运行,其中许多工程都不同程度存在一些病险问题,属于水利行业的重点关注对象。这些工程的主要病险有：

(一)防洪标准偏低,达不到现行有关规范,标准要求。

(二)坝体、坝基多有渗漏、渗透破坏等。

(三)工程建筑物老化失修。这些病险不仅造成水利水电枢纽工程不能正常运行,不能充分发挥其效益,而且还严重威胁到下游人民生命财产的安全,因此急需进行除险加固处理。

病险水利水电枢纽工程最主要的病征是渗透问题,有地基(包括坝肩)渗透和坝体渗透。根据不同的坝型、坝基和病因情况,应采取不同的处理方法。常用的是防渗墙和灌浆。

二、水利工程防渗的处理技术

(一)防渗墙类型及其特点

防渗墙一般要求墙体厚度小、渗透系数低、柔性强、耐久性好及单位面积造价低。防渗墙施工有多头深层搅拌水泥土、锯槽法、链斗法、薄型抓斗、射水法和倒挂井法等成墙工艺。

1、多头深层搅拌水泥土成墙工艺多头深层搅拌桩机一次多头钻进,把水泥浆喷入土体并搅拌,使土体与水泥浆液混合固结成一组水泥土桩,桩与桩搭接形成水泥土防渗墙,目前最大成墙深度为22m,水泥土渗透系数<10cm>0.3MPa。实践证明,多头深层搅拌水泥土防渗墙防渗效果明显,在地下防渗工程中质量可靠,投资最经济、最有效,具有一定发展前景。

2、锯槽法成墙工艺

在先导孔中,锯槽机的刀杆以一定的倾角一边作上下往复切割运动,一边以0.8~1.5m/h的速度(根据地层状况)向前移动开槽;被锯切割下来的土体可由反循环或正循环方式的排渣系统排出槽外,并采用泥浆护壁。浇筑塑性混凝土,形成宽度为0.2~0.3m的防渗墙体。锯槽机由行走底盘、动力及传动系统、刀杆及支架加压系统、排渣系统、起重设施及电气控制系统组成;传动方式有机械式与液压式2种。以不同规格的刀杆进行组合,开槽宽度可达0.2~0.5m、深度达到40m.

3、链斗法成墙工艺

由链斗式开槽机排桩上的旋转链斗取土,同时将斜放的排桩下放到成墙深度,开槽机前进开挖沟槽,并采用泥浆护壁,其浇筑混凝土方法类似锯槽法。链斗式开槽机的开槽宽度为16-50cm,深度可达10-15m。适应于粘土、砂土和粒径小于槽厚的、含量小于30%的砂砾石地层。

4、薄型抓斗成墙工艺

采用斗宽为0.3m的薄型抓斗挖土开槽,泥浆护壁,浇筑塑性混凝土或用自凝灰浆形成薄壁防渗墙,最大成墙深度可达40m。适用于粘土、砂土及卵石和砂砾的含量与粒径在一定范围内的土层。

5、射水法成墙工艺

射水法成墙设备主要由造孔机、混凝土搅拌机和浇筑机组成。成墙厚度为0.22-0.45m,深度可达30m.成墙垂直精度可达1/300,适应于粘土、砂土和粒径小于100mm的砂砾石地层.

(二)灌浆类型及其特点

土石坝坝体、坝基防渗处理中灌浆方法主要有均质土坝及宽心墙坝的坝体劈裂灌浆、高压喷射灌浆、坝基卵砾石层防渗帷幕灌浆等.

1、土坝坝体劈裂灌浆

土坝坝体劈裂式灌浆是运用坝体应力分布规律,用一定的灌浆压力,将坝体沿坝轴线方向劈裂,同时灌注合适的泥浆,形成铅直连续的防渗泥墙,从而堵塞漏洞、裂缝或切断软弱层,提高坝体的防渗能力,并通过浆、坝互压和湿陷,使坝体内部应力重分布,提高坝体变形稳定性。

2、高压喷射灌浆

高压喷射灌浆防渗是借助于高压水泥浆液射流冲击破坏被灌地层结构,使水泥浆液与被灌地层土颗粒掺混,形成壁状固结体而起防渗作用。根据被灌地层结构和防渗要求不同,又分为定喷、摆喷和旋喷.

3、卵砾石层防渗帷幕灌浆

卵砾石层的防渗帷幕灌浆大都采用粘土为主加少量水泥的混合浆液进行灌注,不同于在岩石中灌浆。卵砾石层灌浆难以形成自立的钻孔,故常采用套阀式灌浆、循环钻灌阀跟管灌浆、打管灌浆的方法。因受地质条件的限制,不能有效控制浆液的填充范围,为达到相对较高的防渗标准,常需采用3排以上的灌浆孔.

4、控制性灌浆

控制性灌浆是近年来提出的一种改进型灌浆工艺,是对传统灌浆工艺的一种调整,通过控制浆液压力和流量,在保证质量和效果的前提下,有效控制灌浆范围,节约时间和投资。

三、水利工程防渗防水材料的分类

国内外经常使用的防水材料主要分为两大类：柔性防水材料和刚性防水材料。

(一)柔性防水材料

柔性防水材料又分为卷材和防水涂料两类

1、卷材

常用的卷材有沥青质和高聚物改性沥青质卷材，三元乙丙橡胶类卷材、氯化聚乙烯类、氯丁橡胶类、聚氯乙烯类、氯磺化聚乙烯类卷材等。其中以沥青质卷材应用最多，它的原料来源丰富，价格低廉，但易老化，高温易流淌，低温易脆裂，热施工污染环境，在形状复杂部位不易施工，操作困难。新发展的防水卷材，如三乙丙橡胶类卷材，防水不成问题，但用于粘贴的胶粘剂耐水性、耐久性不佳，若基面比较潮湿，卷材就会与建筑物基体脱开，造成空鼓。

2、防水涂料

以低档的沥青质涂料为主，使用较多的有聚氨酯煤焦油涂料，氯丁胶沥青防水涂料，再生胶沥青防水涂料等。防水涂料虽适用于形状复杂部位施工，但很多产品质量不稳定，耐久性差，在低温下不易施工。而且产品毒性较大，污染环境，危害人们身体健康，应用上受到一定程度的限制。

(二)刚性防水材料

刚性防水材料无毒无味，有利于环境保护，施工操作较简便。主要技术措施是在混凝土中掺入各种外加剂，如防水剂、减水剂、膨胀剂等。掺入防水剂、减水剂这两类外加剂可以显著降低混凝土水灰比，增加混凝土密实性，减少毛细孔数量或者使混凝土憎水，生成凝胶类产物堵塞毛细孔，因而可以改善混凝土的抗渗性和吸水性，从而达到防水之目的。但这两类外加剂都没有解决混凝土收缩开裂这一要害。但是，膨胀剂大多限用在地下工程，主要是因为地下工程温度变化小，湿度大，混凝土干燥收缩和热胀冷缩小，因此防水效果较好，而用于地上则效果不甚理想。

建筑物渗漏是水利工程的一大难题，被称为建筑顽症。而造成建筑物渗漏的原因很多，涉及到材料、设计、施工、运用等各个方面，其中防水材料性能不佳以及防水技术不高是导致渗漏的最主要的原因。因此加快建筑防渗、防水材料的研发和技术的提高十分重要。