摘要:结合水利堤防工程的功能性特点,指出我国大量堤防工程存在的共性问题,以此证明防渗加固技术在水利堤防工程中的重要性;从前堵型防渗、中截型防渗、后排型防渗三大类型,对主要的防渗加固技术措施进行阐述;最后,结合堤防工程实际情况,提出水利堤防工程防渗加固技术选择的要点。
关键词:水利施工;防渗加固;堤防工程
水资源是一种极为珍贵的资源,水利工程是实现水资源的高效调配、实现防汛抗旱的重要工程,在我国经济社会发展进入新时期的现实背景下,水利工程是一项极为重要的战略工程。新中国成立以来,我国在水利堤防工程方面开展了持续的探索,大量的新技术也应用到了工程建设中去,取得了较为突出的建设成就。但与此同时,不可忽略的是,堤防工程中仍然存在着一些突出的问题,使得堤防工程预期效能的发挥受到冲击,渗漏问题就是其中极具代表性的病害问题,这也凸显了防渗加固技术在水利堤防工程中的重要性。要想有效抑制这一病害问题,维护水利工程的稳定性与可靠性,水利工程施工单位就应当围绕水利工程的施工特点,持续探索防渗加固技术的有效应用。
1 防渗加固技术在水利堤防工程中的重要性
堤防是水利工程防洪体系的重要构成部分,也是水利工程最为重要的“屏障”。新中国成立以来,为了将水利灾害对经济社会造成的危害控制到最低,同时实现对水资源的有效利用,我国水利工程行业从未停止对堤防工程的探索,也建成了大量的堤防工程。随着工业化的持续推进,这些在历史发展中扮演着重要角色的堤防工程也开始暴露出一系列问题,防渗加固技术的应用正是为了有效克服这些问题,以保障水利堤防工程性能的发挥。具体来说,当前我国很多堤防工程存在着如下共性问题:
其一,建设标准相对较低。这一问题在一些年限较长的堤防工程中表现最为突出,也是由堤防工程建设的历史因素决定的。部分工程建设较早,受历史上技术条件的限制,其所采用的的标准与现代水利工程的标准相比存在较大的差距,因此很多工程在长期的应用过程中采用持续加建、加固的措施以提高标准。例如,上世纪五十年代以来,黄河下游堤防工程已经进行了三次全面的加固,其河道防护等工程更是经历了数次的改建。
其二,部分工程具有“三边”属性。上世纪六十年代,在加快推进工业化目标的引领下,我国堤防工程建设的速度明显加快,这也催生了大量的“三边”工程,即边勘测、边设计、边施工,这种施工方式虽然速度较快,但是却普遍存在着设计不周密、施工落实不到位的情况,在长期的使用过程中也存在着较多的病害隐患。
其三,部分工程虽然施工质量良好,但是在几十年的运转过程中也出现了一定的老化问题,结构磨损、泥沙淤积等情况较为突出,这也限制了堤防工程基本性能的发挥。
总体来看,在经济社会发展的新背景下,堤防工程作为水利工程的重要构成部分,牵动着社会生产生活的正常运转,改善堤防工程存在的质量病害问题已经刻不容缓。但是从现实因素考虑,如果大规模地对原有堤防工程进行拆除重修、或是改变堤线开展施工,都需要较大的经济投入,且其建设也是一个长期的过程,施工过程中原有堤防功能的缺失又会对经济社会带来一系列不便。因此,就必须合理应用防渗加固技术,以确保原有的堤防工程能够继续发挥设计作用。
2 堤防防渗加固措施
2.1前堵型防渗
前堵,即在临水侧设防渗铺盖、前戗、防渗斜墙及铺设土工膜等,但是对于多数水利工程来说,其临水侧往往同水流接触较为密切,因此极易受到河流水势变化的影响,这就在很大程度上限制了该种防渗加固措施的应用范围。铺盖防渗,当利用天然弱透水层作为防渗铺盖时,应验查天然弱透水层及下卧透水层的分布、颗粒级配、渗透系数和允许渗透坡降等,如果在验查后发现,某些部位依靠天然铺盖难以达到预期的防渗效果,应当在对应部位增设人工铺盖。
堤身临水侧前戗,在堤身临水侧填筑土平台,要求选择渗透系数小的土料,以降低背水侧出逸比降,使其既符合前堵的原则,又对堤身薄弱起到补强作用。在实践中可以发现,于工程迎水面铺设对应的土工膜具有较为突出的防渗效果,可以有效保证防渗加固的整体性,且由于这一施工方法应用范围较广,因此当前已经形成了成规格化的施工原料可供选择,便于后续的维护,这一技术的铺设过程相对简便,施工效率较高。
2.2 中截型防渗
中截,指在堤身中进行黏土灌浆、劈裂灌浆、铺设土工膜、混凝土截渗墙,以及高压喷射灌浆等。
堤身钻探、锥探、灌浆加固,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黏土截水槽,截水槽底部应达到相对不透水层或基岩,采用与堤身防渗体相同的土料填筑,其压实密度不应小于堤身的同类土料。
劈裂灌浆,沿堤身轴线最小主应力面布钻孔,用一定的压力灌注泥浆,人为劈开堤身,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,形成垂直连续的泥浆体防渗墙。
2.3后排型防渗
后排,主要指在堤防背水侧采取压渗、导渗沟、减压沟和减压井等措施。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,以符合后排原则。堤防淤背或吹填法,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,此为防止基础渗透破坏的有效措施之一。
减压井,该种防渗加固技术在各类渗透破坏堤基的病害中具有良好的适用性,但是必须注意的是,容易产生淤堵是减压井应用中较为突出的问题,且与此同时随着应用时间的增长,减压井本身的排水量也会逐渐下降,因此原有的防渗效果也会受到较大影响,这也要求施工单位要探讨相关技术的组合应用,以克服这一固有劣势。
3 水利堤防工程防渗加固技术的选择
在实际施工过程中,应当结合堤防工程的实际情况,合理选择相应的防渗加固技术。具体来说,要重点把握如下环节:
其一,对于部分不透水层埋藏较深、透水层厚度较大的堤基,如果发现其临水侧拥有稳定度较高的滩地,则此时应用铺盖防渗可以起到较好的施工效果。其二,如果工程堤基透水层深度不高,可以选择盖重方法加以防渗加固,也可以将盖重与减压井组合应用,克服减压井在长效性方面的固有缺陷,保证防渗加固的实际效果。其三,如果堤基的透水层埋藏较深,且覆盖层厚度不高的情况下,采用背水侧压实填筑压渗盖重法或吹填法增加盖重,或在背水堤脚外适当位置设减压沟、减压井。此外,如果该工程堤基临水侧有稳定滩地,则可以在该侧采用铺盖施工,以达到防渗加固的效果。其四,当堤基覆盖层较厚且下卧强透水层较深时,宜采用盖重措施进行处理,值得注意的是,在应用该技术的过程中,要确保覆盖层的渗透系数小于盖重渗透系数。其五,当多层地基且存在浅层弱透水层时,宜采用压渗盖重或结合减压措施进行除险,也可采用半封闭式垂直防渗措施,但须勘察并经渗流计算论证。其六,如果堤基为强风化基岩,且基岩或堤身发生渗透破坏时,可采用地基帷幕灌浆。如果在这种情况下该工程存在临水侧的外滩,铺盖技术同样适用,可结合实际施工条件决定是否在背水坡脚附近采取反滤保护措施,确保防渗加固的目标落实到位。
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