水利工程中水库堤坝防渗施工技术及防治方法

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​杨婕

​内蒙古鄂尔多斯市东胜区罕台镇人民政府 内蒙古鄂尔多斯017000

摘要

我国拥有众多水库堤坝,遍布各地,总数居世界前列。这些水库依据所在地理位置的不同,面临着各异的水文环境地质条件。从东北的寒冷冻土区到南方的湿润岩溶区,再到西部的复杂山地与高原,水文特征多变,地质条件复杂,对水库堤坝的安全运行提出了严峻挑战。因此,加强水库堤坝的安全监测与科学管理,适应不同地理环境下的水文地质条件,至关重要。水利工程中水库堤坝的防渗施工技术及防治方法一直是水利工程施工的重要课题。本文首先概述了水库堤坝防渗施工的重要性,随后详细介绍了当前常用的防渗施工技术,包括劈裂灌浆技术、混凝土防渗墙施工技术、高压喷射灌浆技术等,并分析了每种技术的优缺点。接着,文章探讨了水库堤坝渗漏的成因及加固防治措施,提出了背水侧压渗盖重、垂直防渗处理地基等有效方法。最后,通过实际案例分析,总结了防渗施工技术的实际应用效果,为水利工程中水库堤坝的防渗工作提供了参考。


关键词

水利工程;水库堤坝;防渗施工技术;防治方法

正文


水利工程作为国民经济基础产业在防洪,抗旱,灌溉,发电以及生活用水中都起着无可取代的重要作用。水库堤坝是水利工程中的一个重要环节,水库堤坝的安全和稳定直接影响着下游居民生命财产安全和水资源高效利用。但是水库堤坝经过长时间的运行后,往往会因为多种因素而造成渗漏问题的出现,极大地影响了水库堤坝的正常功能发挥和使用寿命。所以加强对水库堤坝防渗施工技术与防治方法的研究对确保水利工程安全运行有着十分重要的作用。

一、水利工程水库堤坝防渗施工技术的应用价值

水利工程水库堤坝防渗施工技术具有重要意义,其直接影响着水利工程整体的安全性、稳定性以及运行效率,同时也是国家经济安全的保证、人民群众生命财产安全和生态环境可持续发展是基石[1]

一是水库堤坝是水利工程中最核心的部分,水库堤坝防渗性能的好坏直接关系着水利工程基本功能的发挥。堤坝以拦截水流、调节水位、蓄洪排涝及提供水资源利用为主要功能,其正常运行均取决于堤坝是否完整防渗。堤坝一旦出现渗漏不仅减弱了它对水流的拦截能力,而且有可能造成洪水泛滥,水库蓄水量下降等一系列严重事故,对下游地区造成无法估量的危害。

二是科学运用防渗施工技术对增强堤坝整体稳定性至关重要。堤坝的稳定性除了受地质条件,水文环境等自然因素影响外,也受施工质量、选材、防渗技术等人为因素限制。例如翁闹水库位于惠水县长安乡,所在河流为珠江流域红水河水系涟江河支流。水源发源于长顺县代化乡岩脚寨,河源高程975.00m,坝址以上集水面积查原设计资料为2.5km²,集水面积为2.5km²,水库主河道长2.3 km,加权平均坡降21%。防渗施工技术选择得当并严格执行,可有效降低堤坝由于渗漏造成渗透压力,避免土体颗粒损失及结构损伤,进而提高堤坝整体稳定性及耐久性。对延长堤坝使用寿命降低维护成本有着十分重要的意义。

三是防渗施工技术在保护生态环境和促进水资源的可持续利用等方面也起着至关重要的作用。水利工程在施工与运行过程中常常会给周围生态环境造成一定的影响,渗漏问题更容易造成水质污染、土壤盐碱化以及其他环境问题。利用先进防渗施工技术可有效预防堤坝渗漏破坏周围生态环境,维护水资源洁净与生态平衡。与此同时,堤坝防渗性能提升也能够降低水资源浪费与流失,提升水资源利用效率,从而为经济与社会可持续发展提供强有力支持。

二、水利工程水库堤坝防渗的施工技术

(一)劈裂灌浆技术 

劈裂灌浆技术作为水利工程水库堤坝防渗的重要施工方法,特殊的施工方式以及显著的防渗效果使这一技术被广泛运用于水库堤坝的加固及养护。其原理是通过灌浆压力使堤坝轴线上产生劈裂缝,然后再向裂缝内灌注专用浆液,使浆液固化后产生连续防渗帷幕,以达到封堵渗流和加固堤坝之目的[2]。具体实现时,劈裂灌浆技术要求对灌浆压力、浆液配比和灌浆速度等关键参数进行准确的控制。一般情况下,灌浆压力选取需要结合堤坝材料、结构强度以及地质条件来进行考虑,一般为0.2~0.6MPa。浆液通常是由水泥浆或粘土水泥浆组成,其配比需要根据工程需求进行调整,以确保浆液具有良好的流动性和凝固性。另外,控制灌浆速度也很关键,速度太快或者太慢都会影响灌浆效果。根据实际工程案例的统计数据,使用劈裂灌浆技术进行加固的水库堤坝,其防渗性能可以提高30%~50%,有效地减少了渗流量,从而增强了堤坝的整体稳定性。

(二)混凝土防渗墙的施工工艺

混凝土防渗墙是水库大堤防渗施工的又一关键技术,其原理是在大堤内构筑连续混凝土墙体形成可靠的防渗屏障来封堵渗流路径和保护大堤安全。该项技术防渗效果良好,耐久性高,适用范围广,是应对复杂地质条件及水文环境堤坝防渗的一种有效方法[3]。混凝土防渗墙施工期需要对墙体厚度、强度、垂直度等主要指标进行严格控制,通常情况下,墙体的厚度需要综合考虑堤坝的防渗需求、地质状况以及施工环境等多个因素来确定,厚度一般落在0.61.2m的范围内,为了确保墙体能够抵御渗流压力和水流冲刷等不利条件的冲击,其强度必须达到设计的标准。另外,墙体垂直度是防渗效果中最重要的一个因素,需要经过准确的测控才能保证墙体垂直的准确性。根据国内外工程实践证明,利用混凝土防渗墙技术对水库堤坝进行加固处理,防渗效果能够达到乃至超过设计要求。以某大型水库的堤坝防渗加固工程为例,通过构建一道0.8m厚、30m深的混凝土防渗墙,成功地将堤坝的渗透系数降低到了1×10-7 cm/s以下,从而实现了显著的防渗效果。与此同时,该项技术具有施工机械化程度较高,质量容易控制的优势,有助于提升施工效率与工程质量。

(三)高压喷射灌浆技术

高压喷射灌浆是用高压设备向堤坝内喷射浆液,并通过浆液扩散渗透作用而形成防渗层。该项技术施工效率高,应用范围广,防渗效果良好,尤其是在治理堤坝表面裂缝、孔洞、松散层渗漏方面。高压喷射灌浆施工期需要对喷射压力、浆液浓度、喷射速度等主要参数进行严格控制,喷射压力选取需视堤坝材料,结构强度和渗漏情况而定,一般为20~40MPa。根据工程的具体需求,需要调整浆液的浓度,以确保浆液能够有效地扩散并渗透到堤坝内部,形成一个防渗层[4]。根据试验研究及工程实践证明:高压喷射灌浆技术能有效地提高堤坝防渗性能。以某小型水库堤坝防渗加固工程为例,采用高压喷射灌浆技术对堤坝表面裂缝、孔洞进行治理,成功地使堤坝渗透系数减小到原渗透系数的十分之一,防渗效果明显。

三、水利工程中水库堤坝防渗防治方法

(一)背水侧压渗盖

背水侧压渗盖重对水利工程水库堤坝防渗具有很好的预防和控制作用,这种方法适用于相对不透水层埋藏较深、透水层较厚的情况。通过在堤坝的背水侧(即面向水库下游的一侧)施加压力,利用压渗盖重(如砂砾层、黏土层等)来平衡地下水压,防止水流通过透水层进入堤坝内部。此方法能有效控制堤坝背水侧的渗透问题,适用于地质条件复杂、透水层深厚的区域。这种方法是通过在堤坝的背水侧铺设一定厚度的压渗盖重层,利用盖重材料的重量和渗透性,对堤坝背水侧可能产生的渗透水流进行压盖和疏导,从而实现防渗效果。具体实现时,背水侧压渗盖重厚度及材质的选取是重点,厚度需视堤坝渗透压力、水力梯度和盖重材料渗透系数共同决定,才能保证盖重层对渗透水流进行有效地压盖。通常情况下1~3米的厚度是盖重层最常见的厚度范围。在材质上,往往选择砂砾石、碎石、粘土等渗透性较好并有一定份量的物质。这些物质既可以有效地压盖渗透水流又可以一定程度改善堤坝背水侧稳定性。背水侧压渗盖具有显著的防渗效果,根据实际工程案例的统计数据,使用这种方法可以显著减少堤坝背水侧的渗流量,降幅可以达到50%~80%。以某中型水库的堤坝防渗加固工程为例,通过在背水侧铺设2米厚的砂砾石盖重层,成功地将背水侧的渗流量从加固前的0.5m3/h减少到加固后的0.1m3/h从而实现了显著的防渗效果。另外,这种方法施工方便造价低,对堤坝结构的影响也较小,不失为一种经济可行的防渗措施。

(二)地基垂直防渗处理

在水利工程中,对地基进行垂直防渗处理,是解决堤坝地基漏水的重要预防手段,地基垂直防渗处理常用于地基透水层较薄或隔水层较浅的情况,这种方法是在堤坝地基上修建垂直防渗帷幕或者防渗墙来截断或者减弱渗透水流流入堤坝的途径以实现防渗。垂直防渗帷幕或者防渗墙一般是由混凝土塑性混凝土和粘土建造而成,其防渗效果和耐久性较高。具体落实时,垂直防渗帷幕还是防渗墙需要结合地基地质条件渗透特性和防渗要求来决定。如在地质条件差渗透性强的基础上,可用混凝土防渗墙或者塑性混凝土防渗墙作为高强度防渗结构;但在地质条件比较好,渗透性比较弱的地基上,可以采取粘土防渗帷幕这样一种经济可行的防渗措施。

(三)劈裂灌浆技术

劈裂灌浆技术在水利工程中是对堤坝内部裂缝孔洞等渗漏现象进行有效预防和处理的手段。这一技术是通过灌浆压力使堤坝内产生劈裂缝,然后向裂缝内灌注特制浆液,浆液固化后就会产生连续防渗帷幕或者防渗体实现防渗,劈裂灌浆技术施工灵活,防渗效果良好,应用范围广。具体实施时,劈裂灌浆技术需要结合堤坝裂缝分布情况、裂缝宽度、裂缝深度和灌浆压力来决定。灌浆压力选取特别关键,需要结合堤坝材质,结构强度以及地质条件进行综合判定,才能保证劈裂缝形成时不会对堤坝整体结构造成损害。通常灌浆压力以0.2~0.6MPa为多见,浆液通常是由具有优良流动性和凝固性的材料,如水泥浆或粘土水泥浆等制成的。劈裂灌浆技术在防止渗漏方面表现出色,根据实际工程案例的统计数据,使用这种技术可以有效地解决堤坝内部的各种渗漏问题,如裂缝和孔洞,其防渗效果可以达到90%或更高。以某小型水库堤坝防渗加固工程为例,采用劈裂灌浆技术对堤坝内裂缝、孔洞进行治理,成功地使堤坝渗透系数减小到原渗透系数的十分之一,防渗效果明显。

结束语

水利工程水库堤坝防渗施工技术与防治方法,对确保水利工程安全运行至关重要。通过科学、合理的施工设计、严格的施工管理、采取有效的防渗施工技术及加固防治措施等,可明显提高堤坝防渗能力,延长堤坝使用寿命。所以,水利工程施工过程中,要对堤坝防渗工作予以高度关注,并不断提高防渗施工技术水平与应用效果

参考文献

[1]郭良有.农田水利工程中水库堤坝防渗施工技术研究[J].中国高新科技,2023,(01):140-142.

[2]植发龙.路下勒水库堤坝防渗加固研究[J].陕西水利,2022,(11):142-144.

[3]姜红斌.劈裂灌浆技术在水库堤坝防渗加固施工的应用[J].水利科学与寒区工程,2022,5(09):131-133.

[4]张乐.水库防渗技术应用及实施要点[J].四川建材,2022,48(02):232-233.

 


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