土石壩防滲技術綜述

單良玉，劉巖松

(1.莊河市河道管理處，遼寧 莊河 116400；2.莊河市轉角樓水庫灌區管理局，遼寧 莊河 )

土石壩防滲技術綜述

單良玉1，劉巖松2

(1.莊河市河道管理處，遼寧 莊河 116400；2.莊河市轉角樓水庫灌區管理局，遼寧 莊河 )

滲漏嚴重是水庫土石壩主要病險問題之一，也是引發水庫失事的主要原因之一。因此，土石壩防滲技術尤為關鍵和重要。文章對土石壩的幾種防滲技術的特點和適用范圍進行闡述、歸納和總結，以供同類工程參考。

土石壩；滲漏；防滲技術

0 前 言

土石壩泛指由當地土料、石料或混合料，經過拋填、輾壓等方法堆筑成的擋水壩。土石壩歷史悠久，并具有造價低廉、結構簡單和施工方便等特點，因此在水利工程中得到廣泛的應用。

1 土石壩防滲技術

滲漏嚴重一直是水庫土石壩主要病險問題之一，主要表現為壩基滲漏、壩體滲漏和繞壩滲漏。到目前為止，土石壩防滲技術比較成熟，主要有混凝土防滲墻、高壓噴射灌漿、劈裂灌漿、帷幕灌漿、套井回填黏土和土工膜防滲等形式。

1.1 混凝土防滲墻

混凝土防滲墻是利用專門的造孔機械在松散、透水地基中連續造孔，以泥漿固壁，在泥漿下往孔內灌注混凝土，使之成為一整道直立連續的墻形防滲建筑物，用以攔截壩體或壩基的滲漏。該施工技術起源于20世紀50年代的意大利，1958年我國開始研究出一整套混凝土防滲墻施工技術與工藝。隨著時代的發展，該技術日趨成熟，在砂層、淤泥層等各類復雜地層中都有成功的工程實例。保雪飛等(2012)研究表明，將灌漿防滲技術與混凝土防滲墻技術結合起來，可以在解決大壩壩基和壩體滲漏問題的同時，還可改善壩體穩定性，且技術安全可行，施工方便。紀少應(2013)以牛角沖水庫除險加固工程為例，采用塑性混凝土防滲墻作為大壩防滲方案，防滲墻采用液壓抓斗設備“三抓成槽法”施工，具有防滲效果良好、開挖小、施工方便、和造價低等特點。武艷芳(2013)以米茂水庫大壩除險加固工程為例，采用塑性混凝土防滲墻作為大壩防滲方案，壩體下游面滲漏潮濕面積明顯減少，具有彈性模量低能很好地適應地形的變化、抗壓強度不高但防滲效果較好、水泥用量少能降低工程造價、拌和物和易性較好等特點。付海華(2014)研究表明，對比國內通常使用的水泥土攪拌樁截滲墻、高噴灌漿防滲墻、振動插板沉模防滲墻以及剛性、塑性混凝土和鋼筋防滲墻等防滲措施，混凝土防滲墻適應各種地質條件能力相對較強。盛斌育等(2015)研究表明，水庫大壩的破壞主要分為管涌、流土、接觸流土和接觸沖刷四類，表現形式主要為滲透破壞和變形破壞?；炷练罎B墻能夠適應不同材質的壩體、復雜的工程地質條件和水文條件，但對開裂嚴重的壩體，采取鉆孔管注漿加固措施能夠有效增強壩體和壩基的穩固性。綜上，混凝土防滲墻可適用于各類復雜地層的基礎防滲，也可以用于土石壩的壩身防滲，并具有工藝先進、施工速度快、成墻效果直觀、適應范圍廣、防滲效果好和造價相對節省等特點，但在施工中必須嚴格保證接縫質量。

1.2 高壓噴射灌漿防滲

高壓噴射灌漿通過鉆探機鉆孔，將裝有特制合金噴嘴的注漿管下到預定位置，然后利用高壓泵噴射漿液，沖擊破壞土體，使土粒與漿液攪拌混合，形成一定形狀的固結體，固結體相互交接，構成連續防滲帷幕，攔截滲漏，達到防滲目的。高壓噴射灌漿技術源于20世紀60年代的日本，現今該技術已廣泛用于國內外防滲工程施工中，大多數都是針對軟基加固，而在全風化花崗巖地層的防滲工程應用則較少。Ryzhevskiy等(2011)通過對高壓噴射灌漿技術的研究表明，高壓噴射流能夠將土壤和水泥懸浮漿液形成性能很好的固結體，防滲效果較好。該技術在我國雖然起步較晚，但發展較快，應用較廣。近些年來，該技術在我國得到了廣泛應用和長足的發展，并有一些成功的工程實例。孫開暢等(2006)簡述了三峽工程一期土石圍堰中采用了高壓噴射灌漿防滲技術，施工采用測定孔位、鉆孔、下噴射管、制漿和“四管法”噴射灌漿等方法，取得了良好的防滲效果，質量優良。同時，該工程實踐為我國在全風化花崗巖中應用高壓噴射防滲技術提供了成功的切實可行的典型范例。祁孝珍等(2006)通過對石佛寺水庫壩基防滲的施工過程及檢測結果進行研究得出，高壓噴射混凝土防滲墻能顯著提高地基土的抗剪能力，質量有保證，防滲效果好，施工快捷，造價適中，對地下水和環境不會造成污染。張海旭(2011)通過質量檢查、有限單元法分析和對壩體進行灌漿后防滲復核表明，南田水庫大壩防滲采用高壓噴射灌漿防滲技術，防滲效果良好，達到了預期要求，消除了工程隱患。郭曉萌等(2015)針對羽山水庫防滲加固幾種方案比較分析研究結果表明，高壓噴射灌漿防滲措施具有施工程序簡單、施工速度快、施工過程不受庫水位影響、防滲性能較好和造價適中等特點；混凝土防滲措施具有工藝先進、施工速度快、成墻效果直觀和造價相對節省等特點。綜上，高壓噴射灌漿防滲可廣泛適用于淤泥、軟弱黏性土、砂土和最大顆粒小于5cm的砂卵石等多種土質，灌漿最大深度不超過50m，具有施工速度較快，防滲效果好、質量可靠性高、施工過程不受庫水位影響和造價較低等特點。

1.3 劈裂灌漿防滲

劈裂灌漿采用高壓灌漿，將漿液注入土層，改善土層性質，使土體發生剪切裂縫，而漿液則沿著裂縫從土體強度低的地方向強度高的地方劈裂，劈入土體中的漿液固結而成為與壩體牢固結合的防滲墻體，攔截滲漏。劈裂灌漿防滲技術是近20年來我國發展起來的一項土石壩防滲加固新技術，并得到廣泛的應用和推廣。宋天文等(2010)以工農水庫為例，對劈裂灌漿的劈裂孔布置、灌漿壓力、灌漿漿液物理力學性能及灌漿時壩坡穩定驗算進行了具體分析，得出劈裂灌漿技術能夠在不釋放原壩體應力的條件下構造豎直連續的漿體防滲帷幕，同時大壩壩體的防滲能力得到恢復或提高。在處理相同問題的情況下，劈裂灌漿技術具有明顯的優勢。曾斌(2010)以放牛洞水庫土壩壩體防滲為例，通過對比灌漿前后的一系列檢測資料表明，劈裂灌漿后壩體的滲漏量顯著減少，并適合于放牛洞水庫均質土壩壩體填土疏松、滲透性強的特點。陳坤(2015)以大坑水庫除險加固工程為例，通過對劈裂灌漿防滲技術和混凝土防滲墻技術的比較得出，劈裂灌漿防滲技術施工便捷、設備簡單、工程造價便宜和防滲效果顯著。綜上，劈裂灌漿技術多用于顆粒漿材無法滲入的粉細砂及黏土層中，具有就地取材、施工簡單、造價便宜和防滲效果好等特點。

1.4 帷幕灌漿防滲

帷幕灌漿是在一定壓力作用下，把漿液壓入壩身或壩基內，使漿液充填土體中的空隙，改變原土層的結構和組成，并膠結而成連續的防滲帷幕，用以攔截壩身和壩基的滲漏。20世紀以來，帷幕灌漿作為水工建筑物地基防滲處理的主要手段，對保證水工建筑物的安全運行起著重要作用。A.Uromeihy等(2007)等對阿巴德大壩地基工程地質性能研究表明，選擇帷幕灌漿作為大壩防滲方案為最優方案，并對帷幕灌漿技術施工提出建議。趙振等(2003)通過對灌漿過程中的各種數據和灌漿前后壩體透水情況對比分析表明，帷幕灌漿解決板石溝水庫壩體滲漏是成功的，防滲達到預期效果。許曼(2010)以鯉魚沖水庫壩體防滲為例，采用帷幕灌漿對壩基進行防滲處理，具有設備簡單、工藝經濟適用、施工速度快和工程造價較高等特點。綜上，帷幕灌漿適用于透水性微弱，局部透水性較強的巖基防滲，具有防滲效果好、施工簡單和工程造價較高等特點。

1.5 套井回填黏土防滲

套井回填是利用沖抓機造孔，取出壩體滲漏的土料，然后回填黏土，并用夯實錘夯實，形成一道新的黏土防滲墻。套井回填技術由我國水利從業人員首創，開始于20世紀70年代初期，適用于險堤險壩防滲處理，效果顯著。庹進朗等(2007)以迎豐橋水庫大壩防滲為例，采用沖抓套井回填黏土防滲墻防滲，與黏土防滲斜墻和倒掛井混凝土防滲墻相比，具有施工便捷、設備簡單、工效高、造價低及防滲效果教好等優點，但是在土質松散和浸水地段施工，必須加強安全保障措施，確保人身安全。肖穆光(2014)通過對潭水坪水庫主壩防滲的研究，沖抓套井回填黏土具有施工方便、設備簡單、投資省和方便檢查等優點，工程實施后防滲效果良好，但局限于壩高較小的水庫壩體防滲。謝地(2015)通過對粵北山區土石壩滲漏的原因進行分析，并針對該地區某水庫大壩壩體防滲進行研究，發現沖抓套井回填黏土防滲最適合該地區土石壩的滲漏除險加固。綜上，沖抓套井回填黏土防滲適用于壩高較小的均質壩和寬心墻壩，具有設備簡單、施工便捷、料源廣、工效高、投資省和防滲效果好等特點。

1.6 土工膜防滲

土工膜防滲是用鏈條開槽機開槽，垂直鋪設土工膜防滲。材料一般以塑料類為主，主要為聚氯乙烯膜(PVC)和聚乙烯膜(PE)。開槽寬度0.17-0.3m，最大開槽深度12m。我國水庫大壩土工膜防滲工程自20世紀80年代以來逐漸增多，工程規模逐漸增大，與黏土、混凝土、鋼材等水利工程傳統建材相比，土工膜作為大壩的防滲構件有較大的發展空間和優勢。賴翼峰等(2005)以五二水庫除險加固工程為例，應用復合土工膜防滲技術施工，具有造價低、設備少、施工速度快、防滲性能好且能適應壩體變形等優點，具有推廣價值，但必須根據工程的具體情況，科學設計，嚴把材料質量關，精心施工，才能取得較理想的防滲效果。何世海等(2009)以泰安抽水蓄能電站上水庫HDPE土工膜防滲為例，采用HDPE膜和聚酯短絲針刺無紡土工布組合防滲層施工方案，具有造價低、工期短和防滲效果好等特點。綜上，土工膜防滲適用于砂性土地基，具有優質、經濟、可靠、施工方便、適應變形能力強和較好的不透水性。

2 結 語

隨著科技的不斷進步， 新技術、新工藝、新材料的不斷涌現，土石壩防滲技術也在不斷地改進，這些技術的發展與應用使得水庫工程能夠更好地發揮其防洪與興利的雙重功效，促進水利事業蓬勃發展，更好地服務于國民經濟建設。

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2017-09-22

單良玉(1985-)，男，遼寧寬甸人，工程師，從事水利工程設計、建設管理工作；劉巖松(1982-)，男，遼寧莊河人，助理工程師，從事水利工程管理工作。