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基于防渗技术的水利工程堤防加固施工技术

发表时间：2020/10/29 来源：《基层建设》2020年第21期作者：常胜顾鸿

[导读] 摘要：投入运行的水利工程需要定期巡查渗漏程度与裂缝发生程度，实施相应的加固措施提高堤防的防渗质量。

        江苏省水利建设工程有限公司江苏扬州 225002
        摘要：投入运行的水利工程需要定期巡查渗漏程度与裂缝发生程度，实施相应的加固措施提高堤防的防渗质量。为此以防渗技术为核心设计一套全面的水利工程堤防加固施工方案。防渗墙构筑阶段：基于平行钻进法完成防渗墙成槽，在防渗墙顶端位置嵌入钢筋结构防止形变损坏；堤防渗漏检测阶段：基于探地雷达技术检测堤坝与防渗墙的渗漏情况；渗漏修补阶段：基于SK单组分聚脲材料修补渗漏裂缝，解决低温等恶劣环境下的水利堤防防渗加固问题。此方案在改善水利工程堤防防渗性能、缓解水利工程渗漏老化问题中发挥积极效用。
        关键词：防渗技术；水利工程；探地雷达；堤防；加固
        1 引言
        水利工程是国民经济建设中水资源运输的重要枢纽，工程质量建设与后期维护始终是社会各界普遍关注的民生问题。水利工程具有全天候、长期性输送水资源的工作性质，经过水体侵蚀与压力冲击必然发生不同程度的裂缝等损伤，长此以往削弱了水利工程的防渗性能，严重者终将导致决堤灾害[1]。风险型以及老化型水利工程通常需要加固施工提高其防渗性能，所以，周期性巡查与加固措施是维护国家水利工程设施可持续使用的根本性要求。防渗墙技术是典型且应用广泛的水利工程防渗技术，经过长期的工程实践取得了经济节约与加固堤防的双重效益，本文将对防渗技术在水利工程加固中的应用展开深入探究。
        2水利工程加固中的防渗墙技术应用方案
        2.1水利工程加固中防渗墙构建方法
        （1）防渗墙成槽施工方法。防渗墙抵御渗漏的效果很大程度上取决于成槽效果的优劣，防渗墙槽孔孔壁受综合性地质因素的影响偶尔发生塌陷事故，为加强槽孔周围孔壁的牢固程度本文使用了泥浆加固方法[2]。失水量与泥浆密度配置是泥浆加固法发挥作用的核心要素：第一，失水量应确定为较小的数值，呈现的泥浆层细腻且单薄，这类泥浆可起到稳固孔壁的作用，属于高品质泥浆。第二，泥浆密度不能过低，否则影响粘度；因此泥浆密度要适当的增加且低于一定的密度值，这样才能确保泥浆粘性大、槽孔孔壁渗漏性小，稳固槽孔空间。
        平行钻进成槽法具有紧实地层、加固槽孔的功能，因此使用平行钻进法解决防渗墙构造的快速成槽问题。遵循上述泥浆护壁规则的前提下基于平行钻进法成槽的步骤如图1所示。

        图1 基于平行钻进法的防渗墙成槽步骤示意
        其中，正式钻进期间，需要持续钻孔10m长，然后暂停向其内部回填粘土，随即钻进8m长的副孔，钻进小墙4m左右。据此方法循环操作，直到全部防渗墙成槽工作完毕。
        （2）防渗墙上端钢筋布局方法研究。实践证明，水利工程防渗墙使用一定时期后容易产生顶端形变，形变长期积累将导致墙体位移、拉裂以及倒塌问题。为此，在水利工程防渗墙施工设计期间可在顶端位置嵌入适当的钢筋结构，阻止防渗墙提前拉裂问题[3]。国内水利防渗工程中内嵌钢筋结构的防渗墙应用案例较为丰富，例如，堤坝最高高度为47.6m的拉萨河直孔电站中，厚度为80cm的防渗墙在明浇段采用了钢筋结构。
        2.2基于探地雷达的防渗墙渗漏探测
        防渗墙在使用过程中需要周期性关注其渗透性能变化，对发生渗漏严重区域实施修补施工，延长防渗墙在水利工程中的使用寿命以及增加水利工程的使用价值。探地雷达技术、钻孔流速测定技术、自然电位法是使用频率较高的几种防渗墙渗透检测技术。本文考虑到探地雷达的无损检测以及混凝土检测的高性能优势，选取探地雷达技术作为主要渗透性探查方法，其应用原理如下：雷达发射的高频电磁脉冲波遇到检测目标后将分为两路，一路以直达波的形式检测地下物体；另外一路到达防渗墙的内部呈现出差异性的反射波，这是因为它们遇见的介质不同，介质对应的导电率和介电常数有所差异，由此根据反射波状态区别防渗墙内部的渗透状况。
        基于探地雷达技术辨别防渗墙渗漏情况的方法如下：对于砂砾石、混凝土、黏土等物质构成的水利工程堤坝而言，如果防渗墙墙体紧实、内部构成均匀，此时墙体反射回的高频电磁脉冲波逐渐减弱且呈现平稳性降低趋势，此时证明墙体内部没有渗漏隐患[4]；反之，如果防渗墙呈现饱和性状态则说明墙体进入水体，已经发生了渗漏现象，此时雷达输出的高频电磁脉冲波的反射波将是断裂、小范围连续状态，需及时加固。
        2.3 基于SK单组分聚脲的防渗修补
        诸多水利工程实践研究证明了SK单组分聚脲在混凝土水工建筑中的加固与修补作用。SK单组分聚脲根据功能差异可分为耐冲磨型与防渗漏型两种，本文选取后者作为水利工程堤坝与防渗墙修补的材料[5]。SK单组分聚脲属于多官能团高分子液态混合物，集高强度、防渗性、延伸性强、耐冲磨等优点，且与混凝土类材料结合产生了良好的粘性，适用于水利工程堤坝与防渗墙修补工作。综合查阅SK单组分聚脲相关使用资料，总结了其物理性质参数，如表1所示。
        表1 防渗漏型SK单组分聚脲材料的物理性质参数

        SK单组分聚脲材料用于混凝土坝体以及防渗墙裂缝防渗修补的方法如下：其一，约在深度为0.2cm的位置打磨混凝土裂缝，当所经水流较高时需要为裂缝边缘进行倒角，洗净备用；其二，为干爽的裂缝表面涂刷界面剂，需选用潮湿型；其三，为裂缝处刮涂SK单组分聚脲材料的前提是界面剂达到柔软但是不能拉丝的状态，刮涂的面积需超过裂缝打磨的范围，将0.1m宽度的胎基布粘接到上面，随着施加3次左右的材料刮涂，覆盖全部胎基布的前提是材料刮涂厚度不低于0.3cm。上述方法适用于尚未渗水的裂缝，已经出现渗漏现象的裂缝修补之前需要施加灌浆填充。
        SK单组分聚脲材料修补技术本质上是将裂缝表面进行柔性封闭处理，避免裂缝长期发展成为水体流通通道侵蚀水利工程坝体，降低堤坝的危险系数，变向提升水利工程堤坝服役年限，提升水资源运输的经济效益[6]。SK单组分聚脲材料由于具有优异的低温柔性特征，对于一些遭受低温冻害侵蚀、温差变化悬殊、环境恶劣的堤坝而言，展现了较好的防护补充性能，发挥了理想的防渗透功效。
        3结论
        本文提出的水利工程地方防渗加固方案，从构筑防渗墙、发现裂缝、修补裂缝三个角度全方位解决了运行中水利工程易渗透问题，运用了较为先进的防渗施工技术，优势主要展现在以下方面：（1）将易携带、易实现的探地雷达技术应用在渗漏裂缝检测中，在短时间内无需钻取堤坝芯样即可获得水利工程渗漏情况，无损检测更加符合当前水利工程发展需求；（2）引用防渗强、耐冲磨的SK单组分聚脲作为混凝土裂缝修补材料，防渗加固性能优，并且使用区域基本不受限制，低温地带防渗效果突出。
        参考文献：
        [1]龙保成.水利堤防加固工程中防渗墙施工技术分析[J].山西水利，2019，35（03）：36-37.
        [2]高春陆.水利工程采空区注浆加固效果检测方法的探究[J].黑龙江水利科技，2019，047（011）：138-140.
        [3]徐燕，李江，黄涛，等.深厚覆盖层上超深防渗墙细部设计问题探讨[J].水利水电技术，2019，050（012）：151-156.
        [4]冯琳.探地雷达在水利工程质量检测中的应用[J].建筑工程技术与设计，2016，000（020）：2098-2098.
        [5]王冰伟，孙志恒.SK单组分刮涂聚脲及其工程应用[J].中国水利水电科学研究院学报，2015，13（2）：106-110.
        [6]买买提•艾海提，马宇，桑亮.SK单组分聚脲在水利水电工程中的应用进展[J].水利水电技术，2019，050（012）：184-190.