浅谈水利工程堤防防渗施工技术.pdf

Intelligent Building and Construction Machinery智能建筑与工程机械2024年 2月Feb.2024第6卷 第2期Vol.6 No.20 引言堤防作为水库、河流和其他水体的挡水建筑体，其稳定性和防渗功能对于确保水资源的安全与有效利用至关重要。防渗施工技术的主要目的是减少水通过堤防渗漏的现象，防止堤体失稳避免水土流失，从而确保堤防的安全与使用寿命。传统的防渗方法如土壤混凝土、粘土层等仍在使用。但随着技术的进步，更加高效和环保的材料和方法，如 HDPE 土工膜、土工布、注浆材料等，越来越多地被采纳。这些现代化的技术和材料不仅提高了施工效率，减少了工程成本，还显著提高了堤防的防渗能力和使用寿命，对水利工程发展产生了深远的影响，保障了水库、河流和其他水体的水资源安全，大大降低了因堤防渗漏造成的水土流失和相关的环境问题。通过提高堤防的稳定性和使用寿命，大大减少了维护和修复的频率和成本，使得水利工程更加经济高效。1水利堤防工程渗水的原因1.1 设计问题在进行水利工程项目的设计和规划时，目前设计中的不足包括选材不当、结构瑕疵和施工技术使用不合理等问题。例如，当设计没有考虑到当地的土壤性质和地下水位时，使用的材料可能不能有效阻止水分透过。某些材料在长时间的浸泡下可能失去其阻水性，但在设计中没有考虑到这一点。设计中未能考虑到水流的压力变化，会让堤防结构中出现裂缝或空隙，这些裂缝在高水位或洪水期间会变得更加明显。如果设计未能指导正确的施工方法，施工人员还会采用不当的方法，或忽略重收稿日期：2023-10-30作者简介：段仁辉（1972），男，安徽淮南人，工程师，研究方向：水利工程。浅谈水利工程堤防防渗施工技术段仁辉（安徽省淮南市寿县水利局安丰塘灌区管理所，安徽 淮南 232200）摘 要：水利工程是重要的基建工程，不同的水利项目具有防洪、节水灌溉或发电等功能。如果工程中存在渗透问题，会对工程质量造成难以预料的负面影响，给周边居民人身财产造成威胁。基于此，对水利堤防工程的渗水原因进行了分析，并且按照测定位置及深度、选择钻机以及施工过程的控制等方式对施工流程进行了阐述，详细讨论了主要的防渗施工技术，希望能够给相关从业者带来一些启发。关键词：水利工程；堤防；防渗中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：2096-6903(2024)02-0103-03要的施工细节，进一步增大堤防渗水的风险。1.2 原料品质缺陷 水利堤防工程的渗水问题，很大程度上与原料品质缺陷有关。堤防建设施工时，如果原材料的品质没有到严格把关，则会在结构中带入砂粒过大或者过细的材料，让堤身的均匀性不足，那么水利设施投入使用后在某些区域会形成微小的裂缝。这些裂缝在水流冲击下会逐渐扩大，成为渗水的通道。如果材料的抗渗性未达到标准要求，也会使水分逐渐渗透在堤体中，时间久了这种局部的微渗会导致堤防结构的整体稳定性发生变化，甚至可能引发堤防垮塌的风险1。1.3 施工问题 施工阶段如果操作不当或管理疏忽，容易在堤防结构中留下隐患。例如，施工中的接缝处理不当，则接口处就会有缝隙，成为水分入侵的薄弱环节。不规范的施工流程，比如在不适合的气候条件下施工，也会对堤防的抗渗性能产生不利影响。加强施工质量管理，严格施工操作，是确保堤防工程稳定、避免渗水的关键所在。1.4 时间结构变化 随着时间的流逝，水利堤防工程的使用性能也在逐渐发生变化，其防渗漏和牢固等各种性能都会逐渐减弱，长时间的自然环境影响，如风化、冻融和雨水冲刷，都可能导致堤防结构出现变形或裂缝现象。堤防内部的材料，在经过多年的物理和化学作用后，也会出现老化、腐蚀或其他性质的改变，使其抗渗能力下降。这些由于时间推移引起的结构性变化，都会产生渗水问题，对堤防的稳定性和使用寿命产生威胁。2水利工程堤防防渗施工技术操作要点2.1 测定位置及深度利用全站仪来设定防渗帷幕的中心线和关键参考生态工程与绿色建筑智能建筑与工程机械 104 第6卷点，每个标定点都要与设计图纸上的参数相符，误差要严格控制在允许的范围内。采用水准仪来测量并标定当前的高度，确保其基准面要与设计方案相吻合。针对每个预定的灌浆孔或防渗结构，都要用卷尺来确定其具体的位置，防止偏离预定的位置。根据设计要求，用水准仪测量每个孔的开口实际高度，并使用科学的方法计算其深度2。2.2 钻机选型常见的钻机有回转式、回转冲击式和冲击式 3 大类，这些钻机各有特点，能够满足不同工程条件和需求，比如回转式钻机因其稳定性和高效率在许多项目中得到应用。选择正确的钻机不仅能保证施工进度和质量，还能减少由于设备不匹配导致的潜在问题。尤其在堤防防渗施工中，钻机的性能和准确性直接影响到防渗效果和工程安全。2.3 施工过程控制灌浆孔孔底与射浆管的间隔必须严格控制在 50 cm以内，并始终按照自上而下的方式进行操作。遇到复杂地质条件时，完成灌浆操作后需要进行适当的凝固等待。钻孔时也要按照从顶部到底部的顺序分段进行。为确保工程质量，利用先导孔的透水特性来绘制渗透剖面图，从而进行帷幕底部设计的复核。在确认灌浆管口与孔底的距离不超过规定的 50 cm 的前提下，将灌浆管插入灌浆段的最底部。整个工程施工应按照清晰的步骤进行，包括先钻孔、然后清洗、接着注水、最后进行灌浆。在这一系列操作中，每一步骤都必须准确无误，避免出现任何可能导致工程安全和质量受损的失误3。2.4 开展灌浆压水试验在灌浆开始前先对灌浆孔裂缝采用单孔冲洗法进行压水冲洗，设定压力为灌浆压力的 80%，当回水清澈即可停止冲洗。然后，按从上至下的顺序，对先导孔进行分段压水实验。这个实验的压力是最大灌浆压力的80%，并持续约 20 min，期间每隔 5 min 就需要记录一次流量数据。开展压水实验不仅可以评估基岩的透水性，还有助于为后续灌浆工作提供有价值的参考。2.5 控制浆液配比需要对灌浆液进行试验，以此为基础来明确合适的浆液比例，浓度的调整遵循一个基本原则，即从较低浓度逐渐提高到所需的浓度。具体的配比要根据工程实际的透水情况来确定，当工程在灌浆前的透水率低于 5 Lu 时，通常选择的水灰比为 5。如果透水率高于 5 Lu，为了确保更好的灌浆效果，会选择水灰比为3，这是一个较浓的比例。在实际的施工中，根据现场透水率的变化，还可能需要对这个比例进行相应的调整，确保灌浆液的性质能够满足施工的需求，达到最佳的防渗效果。2.6 控制灌浆流程在整个施工过程中，自上而下进行每个段落的灌浆，要严格按照预定的最大压力标准执行。为确保浆液在每个阶段均匀分布，浆液注入量控制在 1 L/min 以下，当浆液连续注入达到 60 min 并且满足各项工艺要求，可以认为该段的灌浆工作已经完成。3水利工程堤防防渗施工技术分析3.1 帷幕灌浆技术 该技术主要针对工程中的土层或岩体结构，通过精确注入的施工方式，将浆液充分填充到土壤或岩石的孔隙或裂缝中。灌浆后的土壤或岩石将具有更强的阻水性，从而达到优良的防渗效果4。这不仅可以减少渗漏的风险，还能确保水利工程的长期稳定和安全运行。此外，将帷幕灌浆技术与其他工程结构，如内部排水系统相结合，还能进一步增强其防渗性能。3.2 高压喷射灌浆技术 该技术主要利用高压泵对浆液进行高压喷射，使浆液在裂缝或孔隙中扩散，达到封堵和加固的效果。高压喷射灌浆技术需要先对堤防的裂缝、孔隙进行详细的勘查，确定灌浆的深度和范围，选择适当的浆液配方。根据实际的工程条件和需求，可以选择水泥浆、化学浆或其他特殊浆液。在灌浆过程中要确保浆液均匀分布在裂缝或孔隙中，要设置合理的喷射压力，避免浆液的浪费或堆积。完成灌浆后，需要对灌浆效果进行检测，确保其达到预期的防渗效果。高压喷射灌浆技术不仅能有效地解决堤防的渗透问题，还能提高堤防的整体稳定性。但需要注意的是，此技术操作要求较高，需要专业的施工团队和设备来确保施工的质量和安全。3.3 劈裂灌浆技术 劈裂灌浆技术是在预先设定的压力下，使浆液进入土体的微小裂隙中，通过浆液的扩散和凝固，达到封堵裂隙和加强土体的双重目的。施工前需对堤防裂隙和土体的性质进行深入了解，只有充分了解土体的特性，才能更好地确定灌浆的压力、深度和浆液的配方。在灌浆过程中，控制灌浆压力至关重要，压力过大可能导致新的裂隙产生，压力过小则达不到预期的灌浆效果。随着浆液在土体中的扩散，原有的裂隙会逐渐被浆液填充，土体的整体强度也会得到相应的提高。劈裂灌浆技术还可以根据土体的实际情况，灵活调整施工参数，如浆液的流量、灌浆时间等，确保灌浆效果的最大化。完成灌浆后，需进行效果检测，确保裂隙已被完全2024年 第2期 105 封堵，达到预期的防渗和加固效果。3.4 混凝土防渗墙技术 混凝土防渗墙是一种垂直于土体的结构，其主要作用是截断渗流通道降低渗透系数。施工前需对土层结构、渗透特性进行充分勘查，为防渗墙的深度、厚度、材料选择提供依据。在确定了防渗墙的设计参数后，采用特制的挖掘设备，如长臂挖掘机或钻孔设备，进行沟槽的挖掘。挖掘到预定深度后，采用预混合混凝土或现场搅拌的混凝土进行灌注，确保混凝土充分充填沟槽，与原土体形成紧密结合。一旦混凝土防渗墙建成，将形成一个有效的屏障，大大降低堤防的渗流量延长水利工程的使用寿命。对于那些地下水位高、土体渗透系数大的地区，混凝土防渗墙技术是必不可少的。3.5 卵砾石层防渗帷幕灌浆施工技术 卵砾石层由于其较大的空隙和不规则的结构，容易导致水分子的渗透，对此应用灌浆技术成为了一个有效的解决方案。在具体施工中，先对卵砾石层进行详细的勘测，获取其厚度、分布和物理特性。科学选择灌浆材料，通常包括黏土、泥浆以及其他添加剂。这些材料不仅可以充填卵砾石层的空隙，还可以与其形成牢固的结合。注浆的深度、密度和顺序都需要精确计算，以确保注浆效果的最佳化。在灌浆过程中通过专用的注浆机设备，将灌浆材料均匀、连续地注入卵砾石层中，直到达到预定的灌浆厚度和范围。灌浆后需要对其进行充分的固化，以确保灌浆材料与卵砾石层之间的紧密结合5。在注浆过程中要严格规定孔的数量和排列，通常设置为3 排或更多，让灌浆液能均匀分布充分填满孔隙，达到预期的防渗效果。3.6 复合土工膜施工技术 复合土工膜因其轻便、强度高和优越的防渗效果被广泛采用，这种材料不仅成本低、伸缩性好，还具备强大的应变能力。施工前要对待铺设区域进行勘测，确保地基平整没有尖锐物体。在正式铺设复合土工膜前，工作人员需进行预铺，检查有无瑕疵或损伤。选择宽幅复合土工膜可以有效降低接缝的数量，从而提高防渗性能。根据施工标准裁剪后，需要按照堤坝需求进行拼接，确保技术达标。拼接时考虑加入钢管以进一步增强其防渗功能。实际铺设时工作人员需对膜的铺设方向、拉伸度等因素进行精确控制，确保其与基层完美贴合减少后期对其造成影响。特别要注意，施工人员应穿软底鞋以避免对复合土工膜造成损伤。3.7 土工布防渗技术 土工布由合成聚合物材料制成，在堤防防渗应用中，可以有效地隔绝渗水途径，从而达到控制地下水位、降低渗流量的效果。施工时土工布应按设计要求平铺在预定位置，其上下应有一定厚度的土层，以确保土工布与土体紧密结合，防止因受力不均或物理破损导致的防渗失效。应确保接头部位无渗漏，且接头的稳定性要与土工布主体相当。此外，土工布的施工也要考虑与其他如排水系统等工程部分的配合，让整体的防渗效果都符合施工要求。长期运营中，还应定期检查土工布的状态，及时发现并修复可能的破损或老化问题3.8 深层搅拌防渗墙技术 深层搅拌防渗墙技术采用深层搅拌机械，将特定的水泥浆料与原土深度搅拌，形成具有一定强度和低渗透性的土水泥体。这种土水泥体既保持了土的固结性能，又具备了水泥的抗渗特点，从而为堤防提供了坚固的防渗屏障。根据设计要求确定搅拌深度和范围，然后使用搅拌机具在预定位置进行深层搅拌，搅拌过程中将特制的水泥浆料注入，确保与原土充分混合。搅拌完成后土水泥体需要一段时间来固化和成熟，其间应保持其湿润状态，防止裂纹的产生。随着固化过程的进行，水泥体的强度和防渗性能会逐渐增强，直至达到设计要求。深层搅拌防渗墙的施工质量直接决定了防渗效果，因此施工中应严格控制搅拌的均匀性、浆料的配比和质量、搅拌速度和时间等关键参数，确保土水泥体的质量稳定。对于施工后的土水泥体，也应定期进行检查和维护，及时发现和处理可能的问题，保证其长期的防渗性能。4结束语堤防的防渗能力对于确保水资源安全和避免洪水灾害尤为关键。随着技术的发展，现代化的防渗施工技术如 HDPE 土工膜、土工布等不仅提高了施工效率，还极大地增强了堤防的防渗效果。随着技术的持续进步，更多创新的方法和材料将应用于水利工程，为确保人们生命财产安全提供有力保障。参考文献1 徐丽娟.水利工程中堤防防渗施工技术分析与应用研究J.水利科学与寒区工程,2022,5(10):124-126.2 赵烨.水利堤防加固工程中防渗墙施工技术的应用J.建筑技术开发,2022,49(24):89-91.3 曾艳.试论水利水电堤防工程防渗施工与质量管理J.建筑与装饰,2022(21):64-66.4 张有义.防渗加固技术在水利堤防工程中的具体应用J.环球市场,2020(9):346.5 何建红.关于防渗加固技术在水利堤防工程中的具体应用J.建材与装饰,2020(9):282-283.段仁辉：浅谈水利工程堤防防渗施工技术