简析土质堤防工程的防渗施工与管理

简析土质堤防工程的防渗施工与管理摘要：建国以来，堤防工程为我国防洪事业作出了巨大贡献。堤防有很多种 类，如：土质、砂质、混凝土堤防等等。无论哪种堤防，防渗技术在工程建设过 程中都占据重要的地位。本文主要围绕土质堤防的防渗技术作一简要分析。关键词：土质堤防；渗透破坏；防渗随着水利科技的发展，人们越来越重视土质堤防防渗工程。我国国土面积辽 阔，其中堤防工程所占的比重越来越大。近些年部分堤防工程在防渗上出现质量问题，究其原因，客观的分析，与建 设过程中相关工作人员的执行能力有一定关系。一、土质堤防渗透破坏的原因汛期，因为土质堤防的迎水面和背水面存在水头差,堤基、堤身就会有渗流 产生。随着迎水面水位的不断升高，堤身内外水头差不断加大，堤身内的浸润线 不断升高，堤身会出现渗流并沿土体内孔隙逐渐渗出堤内侧；如果渗流产生的渗 透比降比土体的临界比降大时，或者渗流的渗透力大于土的抗渗强度时，土体就 会产生渗透破坏，如管涌、流土等。在以下情况下，堤身内外水头差很小、持续时间很短时，堤基和堤身就提前 出现渗流，土质堤防防渗性能会明显下降，很容易出现渗透破坏。1. 使用劣质原材料原材料的质量直接影响土质堤防防渗效果。因此，在选材过程中应更加注重 多个厂商和品牌之间的横向比较，正所谓“货比三家”，比较原材料的质量，价 格，供货商信誉，售后服务，从多个角度综合考虑。当原材料采购人员倾向于谋 取个人利益，就会购回劣质原材料，严重降低防渗体抗渗性能，必然导致堤防出 现渗透破坏。2. 各种违法违规行为和监管不力时下，尽管国家在不断完善、规范工程建设领域的相关法律、规范和条例， 加强对工程建设领域各种违法违规行为的监管，在工程招投标及施工阶段，各种 违法违规行为还是屡见不鲜，在利益驱使下，外借、借用他人资质，围标、陪标 违法分包、层层转包，偷工减料、以次充好。如此种种，他们都在追求利益最大 化。有的工程经过多次转包，利润越来越小，为创造利润，就出现偷工减料、以 次充好。很多建筑公司主要依靠外借资质，赚取的管理费就是主要营业收入。而 借用他人资质的，很多都是小包头，无资质也无相关机械设备和人员，以赚钱为 主要目的。不少施工单位专业技术力量薄弱，而经过多次转包工程的专业技术力量更加 薄弱，导致工程建设施工现场专业技术人员能力不足或被不足；另外，监理单位 待在施工现场的，很多都是刚步入工作岗位、涉世不深又无施工监管经验的年轻 人，致使工程缺少监理单位的切实监管；相关人员责任心和是否好学、爱钻研业 务知识，对于工程建设很是重要，而时下这种情况显得尤其可贵。所有这些，最终导致工程质量不合格。3. 设计原因很多土质堤防出现渗透破坏，是由于设计上的不合理和欠缺造成。堤防结构 设计的合理与否，直接影响堤防的防渗能力。比如 70 年代到刚解放修建的不少 土质堤防。当时国家一穷二白，想多快好省地建设社会主义，导致设计缺乏专业 性和规范性。致使堤基及防渗处理等方面都不达标，最终导致出现渗漏、溃堤。4. 施工原因及专业技术能力不足70 年代前还无监理一说，那时修建的土质堤防，缺乏对质量的监控。那时都 是人海施工，按乡村来分施工班组，分段、接头搭接和新旧结合部处理不到位； 填料中杂质较多，很多土块没有进行粉碎，且填土层厚较大，夯实碾压设备又不 足，致使碾压质量难以达标，结构层面甚至存在分层的现象，导致防渗能力较差5. 地质方面的原因土质堤防在建设中因为时间和资金等缘故，地质勘测工作，有些只是走走形 式，甚至没有进行。因为针对不同的堤基断面地质构造，可以选择最合适的防渗 技术方案，从而确保土质堤防防渗安全性。二、水利工程施工中堤防防渗施工技术应用的必要性堤防是防御洪水泛滥、保护圩内居民和工农业生产等的主要措施。同时，人类的生活离不开水资源。保证水资源的安全对于维护人们的生命安 全具有极大的重要性。堤防工程不仅可以实现对水资源的季节性调节，还可以改 变我们的生态环境，为社会的发展以及人们的生活提供巨大的帮助。因此，需要加强对土质堤防防渗施工技术的研究，提高堤防的防渗稳定性， 以充分发挥堤防工程经济效益。三、土质堤防防渗施工技术简述土质堤防防渗施工应该从两方面避免或降低渗透破坏：一是提高堤身和堤基 本身抵抗渗透破坏的能力，二是降低渗流对堤基和堤身产生的渗透破坏能力。好的渗流控制应该是防渗与排渗相结合。1.堤身和堤基本身防渗施工在临水侧采用防渗铺盖、前戗、防渗斜墙、帷幕灌浆、垂直防渗墙和铺设土 工膜等，在堤身中采用黏土心墙、黏土灌浆、劈裂灌浆、铺设土工膜、混凝土截 渗墙和高压喷射灌浆等。（1）帷幕灌浆堤防帷幕灌浆就是在堤防迎水侧堤基打孔，用压力将浆液灌入堤基中岩体或 土层的裂缝、孔隙中，形成连续的阻水帷幕，堵塞渗漏通道，从而减小渗流量和 降低渗透压力的灌浆工程。帷幕灌浆法一般适用透水层较浅的堤基，常用于闸坝 的岩石或者砂砾石的地基中。可以将帷幕的顶部与混凝土闸底板或坝体连接，使 底部深入到相对不透水层的一定深度，进而阻止或减少地基中地下水的渗透。可与下游的排水系统共同作用，降低渗透水流对闸坝的扬压力，提高闸坝的 抗渗稳定性。帷幕灌浆是土质堤防穿堤水工建筑物地基防渗处理的主要手段。按是否深入相对不透水层分为封闭式和悬挂式帷幕。按灌浆孔排数分为两排 孔和多排孔帷幕。施工时，大都先钻灌下游排，再钻灌上游排，最后钻灌中间排 同一排孔多按 3个次序钻灌，按设计排定的顺序，逐渐加密。采用全孔分段灌浆 法。岩石帷幕灌浆压力，表层不宜小于1 1.5倍水头，底部宜为23倍水头。 砂砾石层帷幕灌浆压力尽可能大些，以不引起地面抬动或虽有抬动但不超过允许 值为限。一般情况，灌浆孔下部比上部的压力大，后序孔比前序孔压力大,中排 孔比边排孔压力大,以保证幕体灌注密实。灌浆开始后，一般采用一次升压法， 即将压力尽快升到设计压力值。当地基透水性较大，灌入浆量很多时，为限制浆 液扩散范围，可采用由低到高的分级升压法。在幕体中钻设检查孔进行压水试验是检查帷幕灌浆质量的主要手段，质量不 合格的孔段要进行补灌，直至达到设计的防渗标准。（2）劈裂灌浆防渗技术劈裂灌浆防渗主要是利用浆液一定的压力使堤防沿着轴线方向劈裂，将合适 质量的浆液灌注到裂缝，并利用浆堤互压，泥浆析水固结和堤身湿陷密实等作用 使所有与浆脉连通的裂缝、洞穴、砂层等隐患得到充填挤压密实，形成一个连续 纵向垂直型的防渗帷幕。劈裂灌浆沿堤身轴线最小主应力面布钻孔，考虑到经济和稳定性方面，劈裂 灌浆的孔距一般设置在10厘米左右，如在堤防弯曲部位，孔距应适当缩小。先 在堤防轴线上布置好孔，用压力泥浆劈开的灌浆通道可能将堤防内的各种隐患如 裂缝、孔隙和洞穴等联通起来，灌浆后达到处理隐患、充填坝体和构造防渗帷幕 的目的。充填与劈裂同时进行，随灌随劈随填充，达到缝开浆到料满，大大提高 土质堤防的防渗能力。由于沙性较重的堤身没有足够弹性，劈裂灌浆法一般不适用。对于松堆土坝，堤身浸润线过高，堤防外部、内部有裂缝或大面积的弱应力 区，分期施工堤防的分层和接头处有软弱带和透水层，堤防内有较多生物洞穴等 情况下，才考虑采用劈裂灌浆。由于劈裂灌浆是在原有堤防上直接改造施工，所以比其他的防渗方法更简单 成本更小，效率更高，而且施工效果良好。对劈裂灌浆的施工要求：堤防分段区别对待；单排布孔，分序钻灌；孔底注 浆，全孔灌注；综合控制，少灌多复。（3）天然黏土材料防渗黏土由于其低渗透性而常被用作土石坝中的黏土心墙材料。粘土防渗方案大 多使用较好的梯度粘性土壤。铺设防渗透材料，砾石垫层，砂浆层和石头作为保 护层，以增强防渗透效果。施工前，先清除水底淤泥、杂草和树根等，分层填充 粘土，每层为35-50 cm,压实度控制在93%左右。非常适合在附近有优质粘土 的地区。（4）堤身锥探灌浆。土质堤防的锥探灌浆，是用锥探机械作用于带勺型钻 头的钻杆上，挤压土质坝体成孔。再用掺加灭蚁药的浆液对土质堤防内部缺陷进 行微压灌注，对土质堤防防渗加固及白蚁除治有良好的效果。浆液材料一般为黏性土或砂壤土，视需要也可掺用少量水泥，搅拌成泥浆。 钻孔的布置根据堤身隐患部位而确定，多为梅花形布置。孔深应大于隐患深度。 灌浆压力可在现场试验确定。锥探灌浆主要应用于土坝、河流堤防上。并且施工工艺简单、成本低、效率 高、效果良好。（5）垂直防渗墙法这种方法是利用专用机具在堤基中建造槽孔，并且用泥浆固壁，然后在槽孔中填充相关的混合物，从而形成连续的防渗体，成墙深度可达30m。适合堤基透 水层较浅时。墙体有不同的结构形式，其中槽孔型防渗墙使用很广泛。墙体可据不同情况 采用普通混凝土、钢筋混凝土、黏土混凝土、塑性混凝土、灰浆等材料，可采用 钻挖、射水、链斗、锯槽、高压灌浆、多头小直径深层搅拌桩和振动切槽等方法 成槽。垂直防渗墙有悬挂式、半封闭式和全封闭式，全封闭式防渗墙的底部一般穿 过相对强透水层,深入到透水性较弱的基岩或深厚的黏土层中，且下层无相对强 透水层，所以防渗效果最好。在长江重要堤防工程中得到了比较广泛的应用。控制垂直防渗墙质量，主要是对整个施工过程的严格把关，包括施工平台填 筑及路轨铺设、导墙质量、轴线、泥浆质量、设备就位、成槽施工、水下混凝土 浇筑等方面，任何一个中间环节控制不好，都影响到成墙的质量。对泥浆主要检 验它的密度、漏斗粘度、含砂量指标。对成槽，主要控制泵压和垂直度。必须控制好这些方面:保持路轨平实、造槽设备导向的高精度；精心操 作；良好固壁；经常检查程成槽机的垂直度，防止异常导致偏斜；出现偏 斜，及时纠正。2. 降低渗流对堤基和堤身产生的渗透破坏压力在堤防背水侧采用后戗、盖重、压渗、导渗沟、减压沟和减压井等措施。（1）堤身背水侧后戗。在堤身背水侧加大堤身断面，控制浸润线不在堤坡 上出逸。要求后戗填筑的土料透水性比原堤身大。（2）盖重这种方法是在背水侧增加盖重，目的是削减背水面出流水,防止堤基渗 流对表层土产生渗透破坏，进而增加背水侧土体的抗浮稳定性,此外还可减小出 逸比降。可以通过机械就近运送砂性土等到堤身背水侧填筑，也可以用吸泥船、 泥浆泵等机械设备，吸取江河泥沙，输送到堤身背水侧沉淤。当堤基覆盖层较厚 且下卧强透水层较深时；表层透水层较厚的双层地基；当堤基覆盖层较薄，透水 层埋藏深且厚度大时；透水堤基或堤基透水层较浅时。可以采用背水侧压实填筑 压渗盖重法增加盖重。需要注意的是：盖重使用土料的透水性即渗透系数应比原 覆盖层土料的大。太长的重盖应与减压井或减压沟联合使用。(3) 减压井、减压沟工程实践表明，减压井、减压沟的最大问题是易淤堵，排水量往往随着时间 推移，逐渐减少，减压效果也越来越差。这时需要进行有效地洗井清淤维护。应 用时要避免地基透水层为非粉细砂。当堤基覆盖层较薄，透水层埋藏深且厚度大时，当堤基覆盖层较厚且下卧强 透水层较深时，可以在背水堤脚外适当位置设置减压沟、井的方法，达到减小扬 压力和除险的目的。同时也可以考虑盖重和排水减压沟、井联合使用的形式，以 达到根治地基渗透破坏的目的。若临水侧有稳定滩地，可在临水侧加设铺盖进行 防渗处理。参考资料：1甄新娟水利工程堤防防渗施工技术探微J 信息化建设，2016(1):387-388. 2王艳芳水利工程堤防防渗滲施工技术探究J.门窗,2016(3):119-120. 3任悦萍，金建明水利工程堤防防渗施工技术探讨J 低 碳世界，2016(16):25-26.4 王永明，任金明，陈永红，蔡建国.基于混凝土多轴强度的高土石围堰防渗墙安全性研究J.岩石力学与工程学报,2014,33(S1):2662-2669.5 杨 志塑性混凝土防渗墙在深基坑防水中的应用探讨J/OL.建筑知 识,2017,(05):(2017-09-22).