浅析水利工程防渗墙与防渗技术

摘要：随着建筑工程施工技术的不断进步，防渗技术在水利工程中得到了广泛的应用，2015赣江冬汛基本已暴露防渗在水利工程上的重要性，防渗在处理水利工程中普遍应用于除险加固方面，进而保障了工程的顺利进展。
关键词：水利工程；防渗技术；防渗墙
一、渗水形成原因
1.施工缝
为了在施工方便，在施工面积比较大的时候，将混凝土人工分成几个小的单元，而这些单元之间的缝隙是渗水的易发地区。此外，施工过程中，模板支撑不牢固，造成跑浆，出现蜂窝麻面，引起缝隙渗水。
2.变形缝
止水带没有固定牢故，偏离中心，混凝土灌注时振捣不密实，出现较大孔洞或者蜂窝麻面导致变形缝渗水。
3.穿墙管
在散滩电站水下工程有各种管（风、水、电）与主体工程联结，如止水环焊接不密实，在混凝土浇筑过程中，在施工困难处，混凝土振捣不密实，出现空洞或者蜂窝麻面，就往往出现渗水。
4.大面积渗水
水工建筑物底板出现大面积渗水的几率比较大，主要是因为基面四周基坑施工没有达到相应的标准，排水能力低下，遭遇强降水天气时，一旦机械出现故障或者停电，基坑存水无法及时排出，水面上涨，容易淹没垫层，造成底板大面积透水。此外，在工程建设施工过程中，用搅拌不均的混凝土进行灌注，这样由于存在较大的空隙，从而导致大面积渗水的发生。
二、水利工程防渗墙的类型和特点
各类型的水利工程对防渗墙都有一定的要求，习惯于墙体厚度小、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.多头深层搅拌成墙技术
多头深层搅拌成墙技术即是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<1.0*10^-6cm/s，抗压强度>0.3MPa。多头深层搅拌成墙技术的优点在于施工简便、无泥浆污染、造价较低，适用于粘土、砂土、淤泥和砂砾层（砂砾直径小于5cm）。从许多水利工程应用这种多头深层搅拌成墙技术效果得知，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.锯槽法成墙技术
锯槽法成墙技术即是在先导孔中，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。锯槽法的优点是连续成槽、工效高、墙体连续、质量好，并且成墙深，适应于粘土、砂土和卵石粒径小于100mm的砂砾石地层；还可以采用自凝灰浆、固化灰浆形成不同强度和抗渗指标的防渗墙。
3.链斗法成墙技术
链斗法成墙技术即是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.薄型抓斗成墙技术
薄型抓斗成墙技术即是：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.射水法成墙技术
射水法成墙技术的设备主要由造孔机、混凝土搅拌机和浇筑机组成。其技术即是利用造孔机成型器内的喷嘴，射出高速水流来切割土层，成型器上下运动切割修整孔壁，采用泥浆护壁，正循环或反循环出渣。槽孔形成后，浇筑水下混凝土或塑性混凝土，形成薄壁防渗墙。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。
三、灌浆防渗技术类型及其特点
经调查显示，对于土石坝坝基、坝体的防渗施工中，所采用的灌浆方法通常有宽心墙坝的坝体劈裂灌浆、低压速凝式灌浆法、坝基卵砾石层防渗帷幕灌浆以及均质土坝及高压喷射灌浆等。
1.高压喷射灌浆
通过高压水泥浆液射流来冲击并破坏被灌地层结构的高压喷射灌浆防渗技术，是依靠被灌地层土颗粒与水泥浆液掺混在一起，而形成壁状固结体并达到防渗效果。同时，根据防渗要求和被灌地层结构的不同，我们又可以将高压喷射灌浆分为摆喷、定喷和旋喷这三类。此外高压喷射灌浆防渗技术具有以下几方面的优点：工效高、设备简单、造价低、料源广以及搭接防渗的效果良好。但不足之处在于其所需机具多并且难以控制，同时对地质条件的要求也比较高。因而在一定程度上限制了它的推广与运用。
2.土坝坝体劈裂灌浆
土坝坝体劈裂式灌浆主要是根据坝体应力分布的规律，施以一定压力进行灌浆，从而使坝体沿坝轴线方向劈裂，向其里面灌注人一定量的泥浆，最终形成铅直连续的防渗泥墙。通过土坝坝体劈裂灌浆后，有效实现漏洞堵塞，避免裂缝或切断软弱层，从而提高土坝坝体的整体防渗能力土坝坝体变形稳定性。对于裂缝的局部灌浆，在可能有裂缝的区域，均匀布置类似固结灌浆的灌浆孔群，同时，对于坝体施工条件比较差，或者在施工中有上下游贯通横缝出现的，都应该进行全线的劈裂灌浆。例如，据报道，土坝坝体劈裂灌浆技术在我国广东省宝树水库解决土坝坝体的渗漏问题中得到很好的利用，通过该灌浆技术可以有效地提高坝体的密实度，降低渗透系数以及减少坝体渗流量等，从而确保水利防渗施工工程的质量。
3.低压速凝式灌浆
这种灌浆方法一般用于高危水位下抢险堵塞管涌，它可根据管涌所处位置的地质情况（即粘土层或砂砾层）分别采用30型钻机或50型钻机钻孔，然后先向孔内注入浸水后即膨胀的物质（如黄豆、大米），再以小于49kPa的压力徐徐向孑L内灌人加进速凝剂水玻璃的水泥浆。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。
4.卵砾石层防渗帷幕灌浆
卵砾石层的防渗帷幕灌浆技术，通常是采用粘土为主并且加少量水泥的混合浆液进行灌注。与在岩石中的灌浆不同，在卵砾石层灌浆往往很难形成自立的钻孔，所以一般采用循环钻灌阀跟管灌浆、套阀式灌浆以及打管灌浆的方法。同时，由于受施工现场地质条件各种因素的限制，难以做到有效控制浆液的填充范围。因此，必须采用三排以上的灌浆孔，才能使该灌浆技术符合相对较高的防渗标准，保证水利工程防渗质量合格。
5.通过灌浆加固，形成防渗体。
此方法适用于浆砌石重力坝。坝上游面固结灌浆，堵塞漏洞和缝隙，加固补强坝体和提高防渗性能，以进一步提高坝体的承载能力和完整性。坝下游面追踪固结灌浆，在下游坝面有漏水或溶蚀物出逸的地方，造成水平孔或斜孔，埋注浆管进行灌浆，以堵塞漏水通道和坝体空洞、裂缝，加固坝体，增加坝面稳定性和抗冲刷能力。这种反向灌浆工艺，非常适合拱坝和支墩坝工程，对重力坝工程只有搞清扬压力并设排水孔也可采用采用这种方法时最好是坝前无水。坝面重新剔勾缝，剔缝后，用高标号水泥砂浆、干硬性预缩水泥砂浆或用防水材料配制高标号水泥砂浆勾缝，提高坝面防渗漏能力及坝体稳定性、整体性和抗冻融、抗风浪淘刷能力。此方法即“前堵、中截、后追踪”灌浆治漏加固法。