堤防工程抗渗加固研究

堤防工程抗渗加固研究

石宝锁

浙江钱塘江水利建筑工程有限公司  浙江省杭州市  310000

摘要：现阶段在堤防与大坝项目工程中应对渗透破坏的相对普遍的技术方案有灌浆、防渗墙、深度搅拌法、喷射注浆以及排水固结方法等。本文结合工程实例，试对应用防渗墙灌浆、高压喷射注浆技术进行堤防、大坝抗渗加固进行探讨，供同行参考。

1概述

堤防和大坝是我国防洪工程体系的重要组成部分，往往是防御洪水的最后屏障。但长期以来，洪涝灾害是我国危害最大、造成损失最严重的自然灾害。有研究表明，渗透破坏是我国堤防、大坝工程中非常普遍存在的问题，除漫溢险情外，溃口险情几乎全部是渗透破坏所致。为保证堤防、大坝安全，工程界对渗透破坏问题实行了广泛研究并提出若干种行之有效的技术方法，下文将进行论述。

2灌浆法的主要原理及其工程应用的实例

2.1灌浆法的主要作用原理

灌浆法是利用压力将有固结功能的浆液通过钻孔灌入岩土或构筑物的孔隙和裂隙中，使其在孔隙和裂隙中固结，从而使堤防、大坝的物理力学性能获得改善的防渗方法。目前灌浆法采用的材料主要有：水泥浆、粘土浆、水泥粘土浆、水泥水玻璃浆、水泥砂浆、水玻璃浆等。其中水泥粘土浆是将水泥和粘土按比例混合所形成的浆液，利用二种材料相互弥补缺点而构成性能较好的灌浆液，具有比单纯的水泥浆成本低，流动性、抗渗性好、结石率高等优点。因此目前对采用砂砾石基础的堤坝工程进行防渗帷幕灌浆加固时，几乎都采用水泥粘土浆液。

2.2某工程简述

某堤防段背河堤脚处发生渗水情况，经过工程技术人员的分析和论证，决定采用垂直类型的截渗技术对该段堤防部分实施抗渗透的加固处理，墙深的设计尺寸为25m，深入相对不透水的第四层黏土层部位1.0m~2.0m左右，墙体本身的厚度为0.5m~0.65m，墙体修筑的时候使用C50水泥，其渗透系数取值为10cm/s~7cm/s，并设置测压管以及渗压计共计3组。

工程经施工过程中相关单位认真组织作业，监理单位同步做好工程品质的监控工作，获得了良好的效果，项目完工后经市水利主管部门进行的质量方面的检测，表明成墙效果优良，通过实地取样进行试验：得到墙体抗压强度均能保证在5.0MPa之上，平均的抗压强度为5.85MPa，平均的渗透系数取值为k=2.58×10-7cm/s，满足相关的设计需要。经过对于3组渗压计的跟踪统计，发现墙后部位的地下水位发生显著的降低，堤防的背河堤脚部位的附近没有发现渗水以及积水的问题，实现了预期的目标。

3高压喷射方法的主要原理及其实际应用

3.1高压喷射方法的主要原理

高压喷射的方法指的是应用工程钻机事先实施钻孔操作，达到设计需求的深度数值以后，提升钻具以后换上钻杆（也就是喷杆），杆端配备有特殊类型喷嘴的机具并且沉送到孔底部位，随后利用高压泥浆泵把浆液推动到高压管道、钻杆导向装置，直到孔底的特殊类型喷嘴处，通过喷嘴向周围岩土体实施高压喷射固化浆液（通常是水泥浆液），与此同时，钻杆（也就是喷杆）以特定的速度一边旋转一边向上提升，高压射流可以令沿钻孔周边的范围内的土体受到破坏，而且受到破坏的岩土体碎屑将会作为粗骨料和固化浆液进行混合，它们在经过一定时间凝固后便能在土体中生成具有特定性能以及形状的固结体，可以发挥出加固以及防渗、抗渗的功能。固结体的形状与高压喷射流的运动方向有密切的联系，通常可以分成旋转类型喷射、定向类型喷射以及摆动类型喷射。旋喷类型成桩一般用在地基的加固，提升地基部位的抗剪强度方面，提升地基部位土体的承载能力。定喷类型的固结体呈现壁状，摆喷类型则生成厚度比较大的扇形固结体，两者一般用在地基的防渗，改进地基位置土体的水力条件以及边坡的稳定程度等方面。高压喷射方法根据喷射介质和管路数量，分成单管法、二管法以及三管法，浆液材料以水泥为主，常用的水灰比例为1：1。

3.2堤防高喷防渗墙体施工研究

某堤段堤防的防洪等级很低，一些区域堤身薄弱及渗漏情况比较严重，根据相关试验数据得出，水利工程相关技术人员必须实施高压式喷射注浆防渗工艺，需要加固堤段的距离数值大约是2095.55m，预先钻孔的深度数值大约是7.15m~11.85m，总体钻孔尺寸数值大约是21500.55m。根据相关水利工程行业内的法规及标准证明必须实施高压式喷射堤段的地质区域（自顶向下）分别是：黏土层（堤体）为砂质粉质需要喷射的高度是6.55m、黏土层（顶层含有杂质填土）为粉质需要喷射的高度是2.55m、淤泥质黏土层与淤泥需要喷射的高度是4.55m、黏土层需要喷射的高度是2.55m、风化花岗岩需要喷射的高度大于等于4.55m，该水利工程的地质状况非常复杂，而且每个堤段的土层厚度也都不一样，因此施工难度较大。根据施工作业现场进行相关试验确保重要技术参数（1）喷射水泥混凝土浆液的密度数值范围大约是1.655g/cm3~1.855g/cm3；（2）水泥混凝土回浆的密度数值范围大约是1.255g/cm3~1.455g/cm3；（3）高压水的压力数值范围大约是28.55MPa~34.55MPa，高压水流量数值是75.55L/min；（4）压缩空气的压力数值是0.75MPa，压缩空气流量数值是6.55m3/min；（5）水泥混凝土浆液的压力数值是0.985MPa，水泥混凝土浆液流量数值是80.55L/min。

3.3施工作业操作工序研究

（1）钻孔。施工现场操作人员使用型号为650的地质钻机设备，钻头采用金刚石合金材质，孔间距数值是1.65m，垂直度数值小于等于0.55%并且防止出现塌孔现象。

（2）高压喷射式注浆的准备工作。施工现场操作人员使用密度仪将水泥砂浆的密度控制在1.655g/cm3~1.855g/cm3范围以内，并且同时进行摆动角的调整。

（3）高压喷射式注浆，水利工程相关技术人员必须将工程机械进行检查并且合理控制施工作业过程中的重要施工参数。本工程应用28.55MPa~34.55MPa的高压水。相关技术人员根据相关试验数据得出的结论是：风化基础岩层的合理施工参数是8.55cm/min，沙砾石层的合理施工参数是6.55cm/min，粉质粉土层的合理施工参数是12.55cm/min，淤泥质土层的合理施工参数是14.55cm/min。一旦出现漏浆与返浆不畅状况必须在第一时间查出原因并进行合理解决。

（4）将套管拔出。施工现场操作人员在结束高压喷射注浆作业以后，必须在第一时间将套管拔出。

（5）回灌处理。在喷射施工工艺结束以后，因为水泥混凝土砂浆凝固且快速收缩，使孔口产生下沉状况，施工现场操作人员必须针对已经结束喷浆的钻孔实施静压式注浆，一直持续至砂浆液面不再出现下沉才能停止注浆。

3结语

综上所述，水利工程中水土保持工作是一项复杂并系统的工程，有很长的长期性。堤防和大坝是我国防洪工程体系的重要组成部分，往往是防御洪水 的最后屏障。但长期以来，洪涝灾害是我国危害最大、造成损失最严重的 自然灾害。有研究表明，渗透破坏是我国堤防、大坝工程中非常普遍存在 的问题，除漫溢险情外，溃口险情几乎全部是渗透破坏所致。为保证堤 防、大坝安全，工程界对渗透破坏问题时行了广泛研究并提出若干种行 之有效的技术方法，本文结合工程实例，试对应用防渗墙灌浆、高压喷射 注浆技术进行堤防、大坝抗渗加固进行探讨，供同行参考。

参考文献

[1]王勇.堤防大坝工程抗渗加固研究[J].中国科技信息,2022(02):42-43.

[2]李健.水利堤防边坡稳定性分析与加固[J].中国新技术新产品,2018(19):113-114.DOI:10.13612/j.cnki.cntp.2018.19.070.

[3]贺志斌.堤防工程除险加固施工分析[J].珠江水运,2014(23):74-75.DOI:10.14125/j.cnki.zjsy.2014.23.037.

[4]曹云. 堤防风险分析及其在板桥河堤防中的应用[D].河海大学,2005.

[5]李锦辉. 基于随机有限元的堤防渗透失稳风险分析及除险加固策略研究[D].河海大学,2004.