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水利水电工程防渗施工技术浅论

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  • 更新时间2022-01-14
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【摘要】水利水电工程的建设不仅可以满足供电需求,给国家带来巨大的经济和社会效益,还能提升水资源的利用效率,满足节能环保的要求。在水利水电工程建设过程中,渗水是比较常见且影响较大的一项问题,如果没有采取有效的防渗措施,工程质量将受到影响,进而出现各类安全隐患。因此,必须根据水利水电工程的实际情况,采取合理的防渗施工技术,文章就此进行了相关的阐述和分析。


【关键词】水利水电工程;防渗;施工技术


水利水电工程的建设可以促进社会的发展和进步,不仅可以带来巨大的经济效益,还能带来良好的社会效益和环境效益,可以改善自然生态。人们越来越重视水资源的利用和水利水电工程的建设,随着水利水电建设脚步的加快,环境受到的影响逐渐增多。在新时代背景下,应该坚持可持续发展的原则,坚持节水节电等建设理念。为了提升水利水电工程的质量和建设效益,必须做好防渗施工,全面提升堤坝工程的防渗性能。从而减少水资源的浪费,也能保障工程建设和运营的安全。


1水利水电工程中出现渗漏的原因


1.1管道


在水利水电工程建设过程中,要保障工程建设的质量,就必须做好防渗施工。在各种渗漏问题中,管道渗水是比较常见的一种渗漏问题。一些管道在长时间使用后,会受到腐蚀、冲刷,进而出现老化、损坏的情况,影响管道密封性,导致管道渗漏,尤其是管道连接的部位,最容易出现渗漏问题[1]。造成该部位出现渗漏问题的原因有两方面:一方面,在焊接施工时,没有严格按照技术规范、施工要求进行施工,造成焊接质量低下,无法保障管道的密封性和耐久性;另一方面,管道中长期有水流动,经过长时间的侵蚀、冲刷,管道会被腐蚀,进而生锈,影响管道密度,最终出现渗水的情况。


1.2原材料


水利水电工程的施工环节较多,涉及很多工艺步骤,需要使用的施工材料数量和种类也比较多。施工材料是构成工程的基础,所以材料的质量会直接影响工程的质量。如果在水利水电工程中采用劣质材料或材料的规格不符合施工要求,则很容易出现渗漏问题。例如,施工中使用低质量水泥,则水泥会快速硬化,造成强度较低,不符合标准要求。或者在水泥混凝土施工中,混凝土的配比设计不合理,造成混凝土质量低下,也很容易出现渗漏问题。钢筋也是重要的施工材料之一,如果没有做好钢筋的防腐处理,很容易出现氧化、锈蚀等情况,进而导致钢筋性能下降,影响结构稳定。


1.3施工缝


水利水电工程的规模较大,需要较长的施工周期,而且投入的资金也比较多。在实际施工过程中,通常会根据施工顺序、施工要求将工程划分为多个单元,然后按照设计规范进行施工,确保各个环节可以顺利落实和相互衔接,从而在规定周期内完成施工。在各个施工环节衔接的过程中,需要设置大量的施工缝。经过长期施工,施工缝会受到内部或外部因素的影响,如果没有经过有效的处理,很容易出现横向或纵向裂缝,进而导致工程渗漏。


2现有的水利水电工程防渗技术及应用范围


2.1现有防渗技术


在水利水电工程建设或运行过程中,可能会出现各种各样的病害问题,根据病害的种类、特点,可以采用不同的防渗加固技术。通常,在水利水电工程防渗施工中,要坚持“上堵下排”的原则。所谓“上堵”就是在上游尽可能不使用水渗入型堤坝体或堤坝基,对此类堤坝进行严格的控制;所谓“下排”就是将深入到堤坝的水由下游排出,但不能将堤坝中的土粒带走,不会对堤坝的形态、强度造成影响。根据加固机理、位置的差异,防渗技术可以分为三类,分别是:前水平防渗技术、垂直截渗技术、减压排渗技术。前水平防渗技术通常以水平铺盖的方式为主,将透水性较低的材料铺盖在堤坝上,通过防水材料的覆盖来降低冲积层的渗透坡降,使其在冲积层可渗透的范围内,确保地基渗透效果的稳定性[2]。采用该防渗技术就要将水库防控,长期蓄水之后,水库中会有大量淤积,会增加该技术的应用难度。所以,该技术方法的应用并不广泛,常用的防水材料为复合土工膜或弱透水黏性土。垂直防渗的主要原理就是将透水通道切断,从而对渗流量进行控制。通常,采用置换、填充等方式对区域进行加固,形成用于防渗的帷幕或防渗墙,具有截流阻水的效果。在工程施工的过程中,垂直防渗技术的应用比较广泛,该技术的应用效果明显,且不需要防控水库,技术比较简便,发展出多种类的垂直防渗技术,在各类工程中得到广泛应用。常用的垂直防渗技术包括劈裂、帷幕灌浆技术、冲抓套井黏土回填防渗墙技术、混凝土防渗墙技术等。减压排渗技术就是修筑减压排渗设施,将上游渗水排放出去,从而使浸润线和坝基水头降低。主要包括贴坡排水层、棱体排水层等形式。


2.2技术应用范围


从上述内容可以看出,水平防渗技术的应用难度较大,需要将水库放空,不仅耗时耗力,且防渗效果也并不是十分理想,所以应用并不广泛;减压排渗技术通过修建设施的方式进行防渗,在工程建设的过程中就要将减压排渗设施修好,这会增加工程建设的成本,所以应用也不是十分广泛;最常用的防渗技术为垂直防渗技术[3]。以混凝土防渗墙来说,不仅施工比较简单,而且防渗效果较好,所以广泛应用在各类工程之中。该防渗技术适用于各类复杂的地质条件,墙的两端连接在岸坡或基岩上,根据要求将底部嵌入在基岩之中,具有明显的防渗效果。与其他技术相比,该防渗施工的效率较低,需要较高成本,所以应该综合分析多项要素选用。射水造孔浇筑混凝土防渗墙技术利用高速射流喷射出槽孔,而不是采用钻机钻孔的施工方式,可以促进施工效率的提升,同时也可以控制施工成本。但该技术的应用会受到一定的局限,普遍在均质土砂地基中应用。高压喷射灌浆技术在下地基覆盖层、接触带等位置使用,具有较强的实用性和良好的防渗效果,即使面对大块径、堆石体等地质,也可以采用该防渗墙技术。不同于混凝土防渗墙,该技术不需要挖孔,也可以保障建设深度,降低了地基加固成本,也减少了很多施工环节,可以提升施工效率。所以,在实际施工中,该技术方法的应用比较广泛。每种防渗技术的适用范围不同,以锯槽法建混凝土防渗墙来说,普遍在黏土、砂土、粉质黏土地质中应用,成墙厚度在150mm~400mm之间,成墙深度不超过20m;抓斗成墙法建混凝土防渗墙适用于任何地层,具有较大的施工深度,成墙厚度在300mm~400mm之间,成墙深度不超过40m;高压喷射灌浆技术通常在黏土、淤泥质土、砂土等地质中应用,成墙厚度在200mm~600mm之间,成墙深度不超过75m。除此之外,还有很多防渗技术,适用范围各不相同,需要根据实际施工需求和地质条件进行选择,从经济效益、施工工期、防渗效果等多个方面综合分析,选择性价比最高的防渗技术。


3水利水电工程防渗加固的新技术


3.1振动沉模技术


振动沉模技术通常在小型水库防渗施工中应用,采用振动桩设备进行施工,配合模板成墙工艺,具有一定的防渗效果。该技术构成的振动体系质量较高、速度较快,产生的冲击动量比较大。在实际作业中,体系向竖向产生往复振动,使空腹钢模板可以快速沉入地层之中,然后在空腹之中灌浆,在振动的同时拔模,槽孔中的浆液会形成单块板墙,连接这些板墙就可以形成连续防渗板墙帷幕,具有防渗的效果[4]。该施工技术可以在砂土、淤泥质土、黏性土等地质中应用,成墙深度约为20m,厚度约为200mm。该技术在堤坝基础建设中应用,具有明显的应用优势:①该技术建造的防渗墙具有垂直性、连续性的特点,墙面没有接缝、断板、开叉等缺陷,完整性较好,所以防渗效果也比较好,而且板墙厚度较小,墙体抗渗坡降比较大,所以较薄的墙体可以更好地进行防渗,而且更容易保障厚度的均匀性;②墙体具有较强的抗压能力,抗渗坡降也比较高,各项物理学指标都符合标准要求,可以满足工程防渗的需求,该防渗墙具有较高的施工效率,采用施工机械,单机每台造墙面积约为100m2;③板墙成本较低,虽然难以沉入卵石含量较大的地层之中,也不适合应用在基岩、大块石的地址之中,成墙深度要控制在20m以内,但综合性能较高,可以较好地满足防渗施工要求,所以应用比较广泛,对该技术的研究也十分深入。


3.2往复式高压喷射灌浆技术


往复式高压喷射灌浆技术主要利用高压喷射灌浆技术,采用搅拌桩设备,结合高压喷射的原理,将高压喷射嘴安装在钻喷一体机上。在由上至下钻进施工的过程中,可以利用高压液体旋喷的方式扰动地层,钻喷到设计深度之后,将喷嘴提升,然后依旧采用自上而下的喷射方式,二次喷射高压液体或高压气体,从而简称防渗帷幕,具有一定的防渗效果[5]。与传统的喷射灌浆技术相比,该技术的应用优势更加明显:一方面,该技术简化了施工环节,采用往复式高喷台,不仅可以完成钻孔施工,也可以同时进行高喷灌浆,具有一机两用的效果,同时完成两道工序,避免了两台设备共同施工造成相互干扰的问题,节省了很多施工时间。防渗效果也有了明显的提升,相较于常规的高喷技术,该技术增加了喷射次数,使高喷效果更加明显。而且在钻井的过程中,一次旋喷与二次摆喷相互重叠,第一次旋喷可以加强喷嘴周围的薄弱墙体,为后续施工奠定技术。另一方面,该技术适用于更加广泛的地层中。钻孔、喷浆可以一次完成,不会出现常规高喷中出现的地层成孔问题,技术在砂砾石、淤泥等地层中施工,也具有较好的施工效果。而且相较于常规施工技术,该技术的造价成本较低,工效较高。可以采用钻喷一体机完成钻进、高喷灌浆两道工序,避免工序之间的交叉干扰,所以可以促进施工效率的提升[6]。但该技术也存在一定的应用问题,如果在密度较高,同时厚度在15m以上的漂卵石层、块石层中施工,则很难造孔。该技术可以在护坡、水库等水利水电工程中应用,在构建锤石防渗墙T程、路基加固、基坑止水等防渗施工中都有较高的应用效果。主要在砂性土、砂砾石层等地质中应用,防渗加固的效果较为明显,深度可以超过45m。


3.3水泥土防渗墙技术


水泥土防渗墙通常在平原湖区域的工程防渗、加固施工中应用,近几年广泛应用在各类水利水电工程中,具有较好的防渗效果。采用灌浆设备进行施工,结合深层搅拌桩成墙技术。在施工的过程中,采用搅拌桩施工设备钻入地层,在钻进的同时喷水泥浆,将其与土壤混合,构成防渗墙体,连接各个防渗墙体,构成连续防渗板墙帷幕。该技术可以在粉土、粘性土、砂土等地层中应用,成墙深度约为20m,厚度约为300cm。在水利水电工程建设的过程中应用该防渗施工技术,可以保障工程防渗效果,其具有以下应用优势:第一,该防渗板墙具有垂直连续的特点,没有接缝且比较平整,防渗效果较好。同时墙板比较薄,抗渗坡降较大,所以可以更好地进行防渗,而且建造厚度均匀。各项物理力学指标都符合要求没包括抗压强度、渗透系数等等。第二,施工效率比较高,单机每台班可以建造600m2的墙体。钻进、喷浆和搅拌都可以采用同一个设备完成,避免出现交叉作业干扰的情况,在钻进的过程中完成一次旋喷,可以提升二次旋喷的效率,从而整体施工效率得到提升。第三,工程造价较低,相较于复式高喷、常规高喷,该技术可以更进一步降低工程施工的成本。但是,该施工技术也有一定的应用缺陷,即难以在高密度、高厚度(15m以上)的漂卵石、块石地层中施工造孔。由于设备会占据较大空间,所以对空中的高压线、光缆线等线路有很大的设置要求,如果线路较多,则会影响设备的使用和正常施工。


4结语


综上所述,在水利水电工程建设的过程中,加强防渗施工尤为重要。根据工程建设的实际情况采取合理的防渗技术,综合考虑施工条件、施工要求、施工成本等多项要素,确保防渗施工技术的有效性。可以采用振动沉模技术、往复式高压喷射灌浆技术、水泥土防渗墙技术,具体根据需求进行选择。


参考文献


[1]杜翔龙.水利水电工程防渗施工技术探讨[J].居舍,2020(12):25.


[2]杨光宇.水利水电工程防渗施工技术探讨[J].科技创新与应用,2020(08):133-134.


[3]郭俊利.水利水电建筑工程防渗堵漏的施工要点及施工技术探讨[J].工程技术研究,2020,S(03):273-274.


[4]谢江琴.水利水电工程防渗施工技术的要点[J].居舍.2019(19):56.


[5]顶顶峰,杨薇.水利水电工程中防渗处理与灌浆施工技术[J].科技风,2011(05):110.


[6]何瑞江.水利工程堤防防渗施工技术研究[J].治淮,2019(03):38-39.


作者:王东林 单位:中国安能集团第三工程局有限公司成都分公司