曲威（天津市华淼给排水研究设计院有限公司，天津300190）

浅谈水利工程堤坝防渗加固技术

曲威
（天津市华淼给排水研究设计院有限公司，天津300190）

随着经济的发展，我国修建了大量的沿海闸岸、土坝堤防及平原水库等水利构筑物。这些工程大多建在江河沿岸及靠海地区，这些地区的土质大多为含水率高、承载力差、抗剪能力不足的软土地基及容易被扰动的高灵敏性不良地质。有的工程在使用过程中由于防渗工程的缺陷或地基扰动，出现了变形稳定和渗漏稳定方面的问题，这是影响水利工程正常运行的主要安全因素，论文通过对几种防渗漏加固技术的特点及适用条件的介绍，为堤坝病险处理提供参考。

水利工程；不良地质；堤坝；防渗加固

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.168

1 几种不良地质的特征及其在水利工程中可能引起的问题

1.1 淤泥、淤泥质土

淤泥、淤泥质土是指在净水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成的黏性土。这种黏性土含有较多的有机质，天然含水率大于液限；孔隙比e＞1.5时，称淤泥；1.0＜e＜1.5时，称淤土。按沉积环境可以分为河滩沉积、湖泊沉积、滨海沉积、沼泽沉积等4类淤泥或淤泥质土。

1.2 灵敏性软土

当呈流塑态的淤泥或淤泥质土静置一段时间后，土中的胶粒会成为凝胶体，具有一定的承载能力。如果在施工中受到扰动，就会流动液化，失去胶结力，使承载能力降低，甚至完全丧失承载力，这种现象即为触变。土的灵敏度St可以表示土体触变性的强弱程度，如表1所示。

表1 土体触变性等级划分

其中，中灵敏性土在进行打桩、钻孔，混凝土防渗墙造槽，振冲置换等施工时会发生触变；高灵敏性土在强震、爆破，重型车辆通过时会发生触变；极灵敏性土在中等地震，爆破，机械振动，车辆通过时会发生触变。

1.3 饱和粉细砂

饱和粉细砂属于非塑性土，抗剪强度较高，压缩系数较小。在地震的反复震动作用下会产生液化现象，粉细砂被加密时孔隙减小，孔隙水压上升，有效应力降低。当孔隙水压等于该处粉细砂的上覆土层压力时，就会发生喷砂，使土体抗剪强度完全丧失，这种现象叫做液化。对于土石坝，若其地基为饱和粉砂层且发生液化现象，粉砂会从堤坝趾部喷出，导致堤坝塌陷裂缝。

2 堤坝防渗加固技术分析

2.1 堤坝主要病险种类

沿海软土地基上的土石坝主要的病险种类包括地基深层滑动失稳，渗透破坏，开裂破坏，其中，渗透破坏又分为集中渗漏、管涌、流土，接触冲刷、接触流土。

2.2 发生渗透破坏的主要原因

1）堤身物质组成不均匀，填筑密实度不均匀；

2）由于施工时未清基，堤身与地基基础面上夹带大量杂质；

3）堤基土层为砂质地基，砂质流失导致防洪墙、堤坝决口；

4）软土地基施工时未按堤脚水平位移和沉降限值控制填筑速度而导致的塌滑。

2.3 堤坝防渗加固技术

2.3.1 劈裂帷幕灌浆技术

劈裂帷幕灌浆技术主要用于加固堤身，劈裂式灌浆与填充式灌浆有本质的区别。坝体劈裂灌浆是从产生坝体隐患的原因入手，根据土坝的几何形状和应力分布规律，利用坝体小主应力的分布规律进行布孔，并施加一定的灌浆压力，有计划有控制地劈裂坝体，灌注适宜的防渗压力泥浆，通过浆坝互压和坝体的湿陷固结等作用，使所有与浆脉联通的裂隙、洞穴、水平疏松层等隐患得到充填挤压密实，形成竖直连续的浆体防渗帷幕，从而改善坝体内部的应力状态，解决坝体的渗透稳定问题[1]。

1）适用范围

劈裂灌浆技术适用于处理结构性较强的粉细砂及土砂层透水地基，以及有裂隙、洞穴、水平夹砂层等隐患的土坝。对于结构性较差的粗砂及卵砾石坝基不适合采用此技术。

2）设计中主要指标控制

（1）钻孔设计。灌浆孔的位置应根据坝体隐患部位、性质和坝体内部的应力分布情况来布置。一般分为河槽段和岸坡段；钻孔深一般大于隐患深度2～3m；孔距的确定：河槽段孔深大于15m时，以10m左右孔距为佳；孔深小于15m，可采用5m孔距。

（2）灌浆压力。灌浆压力是保证防渗帷幕施工效果的重要指标之一。灌浆压力通过3个指标来控制：起始劈裂压力、单孔最大压力、和屈服压力。

a.起始劈裂压力

式中，P为灌浆压力，kPa；P1为坝体劈裂力，kPa；ΔP为孔口压力表读数，kPa；γ为浆液容重；h为注浆管深度，m；Ph为泥浆流动时产生的摩阻力；σ3为坝体小主应力，kPa；σt为土体单轴抗拉强度，kPa。

令P=P1则：

当ΔP＞σ3+σt-γh+Ph时，坝体劈裂。

b.单孔最大压力

单孔最大压力建议按1.5P控制。

（3）屈服压力P'

（4）帷幕厚度。设计帷幕厚度应考虑防渗要求和变形稳定性两方面同时满足要求。若帷幕太厚，固结时间会较长，坝体变形也会随之增大，如果太薄，则可能满足不了防渗要求。因此，在帷幕厚度的设计过程中应首先保证防渗要求，其次保证坝体变形稳定要求，最后考虑浆体的固结时间。依据这3项指标选择既满足设计要求又经济合理的帷幕厚度。

（5）浆液物理指标选择

a.坝体灌浆中，一般采用泥浆的密度为1.3～1.6g/cm3；

b.土水比λ=0.3～1.45；

c.泥浆的流动性一般用黏度表示，控制在20～100s之间；

d.泥浆的稳定性c为下部泥浆密度与上部泥浆密度之差，一般在0.05～0.1g/cm3为宜。

2.3.2 GIN灌浆法

GIN灌浆法是根据需灌浆处理的土层各项物理指标分析土层的可灌性，通过控制灌浆压力与单位长度灌浆量的乘积（即灌浆强度值GIN=PV，为一定值）的一种灌浆技术。这样做的目的是为了在对带有宽大裂隙的土质进行注浆时可以控制其注浆量；对可灌性差的灌段可以通过提高注浆压力使各灌段有一个相同的浆液扩散半径[2]。

2.3.3 混凝土防渗墙技术

1）高压喷射灌浆防渗墙技术

（1）概念。高压喷射灌浆是利用钻孔机械造孔，用灌浆管以高压把浆液或水喷射出来，形成射流切割土层，使浆液和被灌土层颗粒掺合，改变原地层的结构和组成，共同混合形成凝结体，从而达到防渗和加固地基的作用。

（2）分类。高压喷射灌浆的基本种类有:单管法（CCP法）、二管法（JSG法）、三管法（CJP法）、多管法（SSS-MAN法）。其中单管法、二管法、三管法均属于半指环法，多管法属于全置换法。

2）高压喷射灌浆防渗墙的优势及适用范围

（1）可灌性好。高压喷射管浆属于强制破坏土层的结构的注浆方法，只要是高压射流可以破坏的土层（黏性土、砂性土）均可使用此方法，不存在可灌性问题。（2）灵活性。可按设计要求采用不同方向不同喷射形式，形成大底、半圆台、葫芦形的凝结体，也可以对数十米以下的砂砾层、隐患进行处理，还可在水上对水下隐患进行处理[3]。（3）连接可靠。高压喷射灌浆墙体自身与原有建（构）筑物的连接可靠，通过新喷射流的高强压力将连接表面冲涮干净并与其共同形成新的凝结体。（4）可通过调整浆液指标对混凝土板墙的物理力学指标进行控制。（5）施工要求不高，不需要对土层进行开挖。（6）适用性广泛，可用于软土堤基加固。

2.3.4 垂直铺塑

1）概念

垂直铺塑是指在有防渗要求的土体中使用链斗式挖槽机，通过链条及链斗连续挖掘出渣，形成连续的槽孔，并用泥浆稳固槽壁，将与槽深相当的土工膜下入槽内，倒转轴卷，使土工膜展开，然后按要求进行膜两侧的填土。

2）适用范围

垂直铺塑防渗技术的应用应具备以下条件：（1）透水层深度一般在12m以内，或通过努力，开槽深度可以达到16m；（2）透水层中大于5cm的土粒含量不超过10%（以质量计），其少量大石块的最大粒径不超过15cm，或不超过开槽设备允许尺寸；（3）透水层中的水位能满足泥浆护壁的要求；（4）透水层底为符合防渗要求的岩石层或不透水层；（5）透水层中流砂夹层或纯中粗砂段所占比例很少，不影响泥浆护壁。

3 结语

通过对几种堤坝防渗技术的特点和使用范围的了解，我们不难发现，劈裂式灌浆防渗技术不仅可以对坝身病险进行处理，而且可以作为坝基防渗加固的有效方法，但对土质有一定的要求；高压喷射灌浆技术对土质要求局限性很小，适用性更为广泛，施工要求相对较低，还可以满足水下施工的要求。因此，我们在设计施工时可以综合考虑地质水文条件和各种防渗加固技术的特性，通过经济比较，选择最佳方案。

【1】白永年.中国堤坝防渗加固新技术[M].北京：中国水利水电出版社，2001.

【2】颜宏亮.水利工程施工[M].西安:西安交通大学出版社，2015.

【3】马国彦常振华.岩体灌浆排水锚固理论与实践[M].北京:中国水利水电出版社，2003.

Seepage Reinforcement Technology of Hydraulic Engineering

QU Wei
(Tianjin Hua Miao Research&Design Institute of Water and Waste Water Co.Ltd.,Tianjin 300190,China)

Along with the economic development, our country builds a large number of coastal sluice dam embankment and plain reservoirsand other water conservancy structures.These projects are mostly built inthe river along the coast and near the sea area, the soil in these are a mostlyare unfavorable geological with highly moisture content, lower bearing capacity and shear capacity. Some engineering comes to deformationstability and permeative stability problems because of imperfection of anti-seepage engineering and the foundation was disturbed, and it was themainly safety reason affecting the hydraulic engineering normal operation. This paper introduces the characteristic and application addition ofseepage reinforcement technology,in order to provide a reference to dangerous dam.

water conservancy project；unfavorable geological；dam；seepage reinforcement

TV871

A

1007-9467（2016）12-0163-03

2016-10-23

曲威（1982～），女，天津人，高级工程师，从事水利工程及市政工程的结构设计与研究。