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摘要：本文结合工程实例，详细阐述分析了粘土充填灌浆在堤防防渗中的应用，并简单介绍了其他较为常见的堤防防渗技术，有一定参考价值。
关键词：水利工程；堤防防渗；粘土充填灌浆；施工技术
中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：
0引言：中国现有各类堤防达25万千米,多数堤防是经历代培修加固而成,年代久远,最早的堤防可追溯到公元前500多年,距今已有2 500多年的历史。堤防的修筑技术不断提高,日臻完善,特别是土堤修筑,在其堤基的渗控方面,有水平铺盖防渗、垂直防渗、背水侧压渗、背水坡的导渗和排渗等方法。此外堤防护岸工程除传统护岸形式,现已发展到钢板桩、预制钢筋混凝土桩、大孔径钢筑混凝土管桩等。由于中国堤防多系土堤,堤防隐患探测技术应快速有效,目前所用方法,如人工或机械锥探、电法探测等应相互补充完善。
1 工程概况
南京市浦口区滁河防洪治理2011年度工程建设范围包括孟骆圩堤防5.373km，堤防设计等级均为4级。由于历史条件限制, 施工设备简陋、资金不足等原因, 其质量较差, 经过多年的运行, 堤防产生窨潮、渗漏的现象日益严重。堤身隐患采用锥探灌浆处理。灌浆孔布置在堤顶中心线至外堤脚以上1/3堤高处，排距1m，同排孔距2m，采用梅花形布孔。锥孔深度为伸入堤基以下1.0m。灌浆选用粘土或重粉质壤土作为灌浆材料，要求粘粒含量30~50%，粉粒含量40~60%，砂粒含量小于10%，塑性指数10~20%.灌浆压力根据施工试验确定，初拟为0.06~0.15MPa。
2 充填灌浆的要求
2.1 成孔灌浆设备的要求
成孔设备为滚压式钻孔机, 最大成孔深度 25 m, 钻孔直径 50 mm。灌浆设备为 TBW- 200 / 40 型灌浆机,最远送浆距离为 200 m。
2.2 灌浆孔的布置
根据堤防隐患的部位、性质和堤防内部隐患的应力分布状况, 结合防渗漏效果和施工技术要求, 灌浆孔轴线在距迎水面堤顶 1 m 处, 布置 3 排孔, 孔距 2 m, 排距 1 m, 孔径 50 mm,按序呈梅花形排列, 如图 1 所示。
2.3 灌浆材料要求
1. 充填灌浆的土料要求是: 粘料不能太少, 充填防渗性能要好; 粘土要水性好, 容易制成泥浆; 泥浆的流动性好, 具有一定的稳定性, 并且泥浆固结后收缩性要小。物理性能指标大致为: 粘粒含量为 20~25%, 粉粒含量 40~70%, 砂粒含量要小于 10%, 塑性指数 10~25%, 土的有机含量要小于 2%, 可容盐含量要小于 8%。
2. 水泥质量符合施工设计要求。
2.4 浆液浓度
浆液浓度使用原则是先稀后浓,目的是把细小及距离较远的裂缝空隙先行封填, 然后再加大浓度, 使之充填较大空隙裂缝。使用浓稀浆比例, 应根据具体情况而定, 一般在水位以上堤防比较干燥, 应多灌稀浆,使堤防湿陷, 加速堤防自身压密。在水位以下堤防自身比较湿润, 则开始只灌少量稀浆, 以灌浓浆为主。实践证明: 浆液的配比为水泥∶粘土=3∶1。泥浆的比重控制在 1.4 g / cm3左右,并且在施工过程中确保浆液无沉淀、无杂物。并保证浆液连续均匀供应,所有泥浆均采用制浆机制浆。
2.5 成孔
选用滚压式钻孔机, 干式成孔,在成孔过程中, 不得向孔口附近注水。注水的危害是: 在鉆杆锤击下沉过程中, 孔壁必将产生众多毛细管裂缝, 若注水形成的泥浆堵塞毛细管裂缝, 将影响灌浆的吃浆量; 其次注水形成的孔隙水短期内将无法自行消散。
2.6 制浆
采用泥浆搅拌机制浆。在迎水坡坡肩处挖一个泥浆过滤池, 一个泥浆池。用 JBJ 型专用制浆机制备纯粘土浆及粘土水泥浆, 制成浆液经 2 mm网筛过滤后流入泥浆池。
2.7 灌浆
2.7.1 灌浆要求
选用 TBW- 200 / 40 型灌浆机,JBJ 型专用制浆机, 设备进场后, 应尽可能减少机组搬运频率, 以期达到最优的效率。灌浆按序进行应分排单独灌浆, 先灌上游排孔, 后灌下游排孔,再灌中间排孔。
2.7.2 灌浆压力
充填灌浆主要是充填孔洞或裂缝, 并对土体起轻微的压密作用。因此一般要求压力以孔边不冒浆为宜, 控制在 50~100 kPa, 当发现孔边或堤坡冒浆应立即停止灌浆。按序次灌完后应在原孔复灌 2~3 次, 直至孔口不冒浆为止, 即少灌多复。
2.8 封孔
按设计的压力值, 在完全不吃浆的时间延续 0.5~1 h 就可结束灌浆,经复灌不吃浆即可封孔。封孔方法:当堤防灌浆基本结束后, 孔内泥浆不再流动时, 可将孔内上部 0.3 m 浆液取出, 用含水量适中直径 2~3 cm的粘土球充填灌浆孔, 分层回填捣实,要求比堤顶高些即可。封孔方法采用泥球封孔法, 封孔是最后一道重要的工序, 施工单位在灌浆封孔结束后,应进行质量检查, 并提供质量检查报告。
3、其他水利工程中堤防防渗施工技术
当前，发展较快、应用较多的截渗工艺有：混凝土防渗墙、高压喷射防渗墙、自凝灰浆防渗墙、垂直铺塑、水泥土搅拌桩防渗墙、帷幕灌浆等，及时掌握这些工艺的发展动态，对于水利工程的设计、施工等都具有重要的现实意义。
3.1混凝土防渗墙
混凝土防渗墙是 20 世纪 60 年代初发展起来的一种垂直防渗技术，目前已成为粒状地层的主要防渗手段。它不仅可以用于永久性地基防渗，对正在漏水和存在险情的堤坝进行防渗处理，还可用于临时施工围堰、基坑防渗等。其主要优点是能有效地控制墙厚，墙段之间结合紧密，安全可靠。目前，防渗墙的施工技术有了很大发展，出现了很多造墙、造孔的新技术。在墙体材料方面，有钢筋混凝土、普通混凝土、塑性混凝土、自凝灰浆和固化灰浆等。在深度方面，加拿大马尼夸根 3 号土坝的混凝土防渗墙深度已达 131m；我国小浪底大坝的混凝土防渗墙最大深度为 81.9m，三峡水库二期围堰混凝土防渗墙最大深度为 73.5m，2003 年实施的新疆下坂地水利枢纽坝基混凝土防渗墙深度已达 102m。在造孔机具方面，有正、反循环冲击钻机、抓斗机、链斗 ( 刮板 )式挖槽机、射水成槽机、锯槽机、振动板桩、振动切槽、振动沉膜等。目前，浅薄型防渗墙深度一般为 10~20m 左右，最大≤ 30m，厚度 10~25cm、最大≤ 30cm。这类防渗墙除可用于水头较小、坝基厚度≤ 30m 的土石坝防渗外，主要被用作江河堤防工程。深厚型防渗墙一般用在承受水头 >20m、墙深 30m 以上的大坝和险要地段的堤防工程中。其厚度一般60~80cm，最大为 130cm。为保证底部墙段的有效连接，一般是墙越深厚度越大。墙体材料多为普通混凝土或塑性混凝土，根据地层和防渗要求确定。一般是承受的水头越大、透水性越强，要求的防渗性能越高，墙体刚性也越大。
3.2高压喷射防渗墙
高压喷射防渗墙是借助于高压射流冲击扰动坝基覆盖层，同时灌入水泥浆，使浆液与被灌地层土颗粒掺混，形成防渗墙。近年来，山东省水利科学研究院王明森等科技人员，在多年高喷实践的基础上，进行了大粒径地层高压喷射灌浆构筑防渗墙技术的研究，形成以高压射浆、高喷浆液的合理选用为特色的大粒径地层高喷施工技术，在多项工程中进行推广应用，效果良好。王明森在《大粒径地层高压喷射灌浆构筑防渗墙技术研究》中认为：大粒径地层采用高喷灌浆进行防渗加固施工，为达到经济、高速、优质完成任务，必须采取综合性的技术措施。利用潜孔锤套管跟进造孔是解决大粒径地层成孔的较为理想的。
4 结束语
粘土充填灌浆技术在堤防防渗中具有投资小、见效快, 设备和技术简单, 操作方便等优点, 已经被广泛的运用, 但在具体操作中应注意施工工序, 保证灌浆的质量, 才能使堤防达到防渗加固的效果。当前，各种新的截渗工法不断出现，正朝着深度更大、效率更高、适应性更广的方向发展。今后，在高效工法以及不同工法的组合应用等方面仍有广阔的发展前景。水利工程复杂的地质条件、多样化的筑坝材料以及多种运用工况，决定了在渗流方面的不同特点，应针对不同工程的地质条件、坝体质量、设计水头等，从安全、经济、工效、可行性等方面进行全面分析，确定适宜的防渗加固方案，并通过试验确定有关施工参数，切不可一味地照搬其它工程。
参考文献
[1]毛地卫，戴建龙．水利工程中几种常用的堤防防渗施工技术 [J]．今日科苑，2010，（6）．
[2]刘佳云．水利工程建设施工技术的探讨 [J]．中国新技术新产品，2010，（4）．
[3]黄成其．探讨防渗墙混凝土施工工艺及质量控制[J]． 中小企业管理与科技（下旬刊），2010，（2）．
关键词：水利工程；堤防防渗；粘土充填灌浆；施工技术
中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：
0引言：中国现有各类堤防达25万千米,多数堤防是经历代培修加固而成,年代久远,最早的堤防可追溯到公元前500多年,距今已有2 500多年的历史。堤防的修筑技术不断提高,日臻完善,特别是土堤修筑,在其堤基的渗控方面,有水平铺盖防渗、垂直防渗、背水侧压渗、背水坡的导渗和排渗等方法。此外堤防护岸工程除传统护岸形式,现已发展到钢板桩、预制钢筋混凝土桩、大孔径钢筑混凝土管桩等。由于中国堤防多系土堤,堤防隐患探测技术应快速有效,目前所用方法,如人工或机械锥探、电法探测等应相互补充完善。
1 工程概况
南京市浦口区滁河防洪治理2011年度工程建设范围包括孟骆圩堤防5.373km，堤防设计等级均为4级。由于历史条件限制, 施工设备简陋、资金不足等原因, 其质量较差, 经过多年的运行, 堤防产生窨潮、渗漏的现象日益严重。堤身隐患采用锥探灌浆处理。灌浆孔布置在堤顶中心线至外堤脚以上1/3堤高处，排距1m，同排孔距2m，采用梅花形布孔。锥孔深度为伸入堤基以下1.0m。灌浆选用粘土或重粉质壤土作为灌浆材料，要求粘粒含量30~50%，粉粒含量40~60%，砂粒含量小于10%，塑性指数10~20%.灌浆压力根据施工试验确定，初拟为0.06~0.15MPa。
2 充填灌浆的要求
2.1 成孔灌浆设备的要求
成孔设备为滚压式钻孔机, 最大成孔深度 25 m, 钻孔直径 50 mm。灌浆设备为 TBW- 200 / 40 型灌浆机,最远送浆距离为 200 m。
2.2 灌浆孔的布置
根据堤防隐患的部位、性质和堤防内部隐患的应力分布状况, 结合防渗漏效果和施工技术要求, 灌浆孔轴线在距迎水面堤顶 1 m 处, 布置 3 排孔, 孔距 2 m, 排距 1 m, 孔径 50 mm,按序呈梅花形排列, 如图 1 所示。
2.3 灌浆材料要求
1. 充填灌浆的土料要求是: 粘料不能太少, 充填防渗性能要好; 粘土要水性好, 容易制成泥浆; 泥浆的流动性好, 具有一定的稳定性, 并且泥浆固结后收缩性要小。物理性能指标大致为: 粘粒含量为 20~25%, 粉粒含量 40~70%, 砂粒含量要小于 10%, 塑性指数 10~25%, 土的有机含量要小于 2%, 可容盐含量要小于 8%。
2. 水泥质量符合施工设计要求。
2.4 浆液浓度
浆液浓度使用原则是先稀后浓,目的是把细小及距离较远的裂缝空隙先行封填, 然后再加大浓度, 使之充填较大空隙裂缝。使用浓稀浆比例, 应根据具体情况而定, 一般在水位以上堤防比较干燥, 应多灌稀浆,使堤防湿陷, 加速堤防自身压密。在水位以下堤防自身比较湿润, 则开始只灌少量稀浆, 以灌浓浆为主。实践证明: 浆液的配比为水泥∶粘土=3∶1。泥浆的比重控制在 1.4 g / cm3左右,并且在施工过程中确保浆液无沉淀、无杂物。并保证浆液连续均匀供应,所有泥浆均采用制浆机制浆。
2.5 成孔
选用滚压式钻孔机, 干式成孔,在成孔过程中, 不得向孔口附近注水。注水的危害是: 在鉆杆锤击下沉过程中, 孔壁必将产生众多毛细管裂缝, 若注水形成的泥浆堵塞毛细管裂缝, 将影响灌浆的吃浆量; 其次注水形成的孔隙水短期内将无法自行消散。
2.6 制浆
采用泥浆搅拌机制浆。在迎水坡坡肩处挖一个泥浆过滤池, 一个泥浆池。用 JBJ 型专用制浆机制备纯粘土浆及粘土水泥浆, 制成浆液经 2 mm网筛过滤后流入泥浆池。
2.7 灌浆
2.7.1 灌浆要求
选用 TBW- 200 / 40 型灌浆机,JBJ 型专用制浆机, 设备进场后, 应尽可能减少机组搬运频率, 以期达到最优的效率。灌浆按序进行应分排单独灌浆, 先灌上游排孔, 后灌下游排孔,再灌中间排孔。
2.7.2 灌浆压力
充填灌浆主要是充填孔洞或裂缝, 并对土体起轻微的压密作用。因此一般要求压力以孔边不冒浆为宜, 控制在 50~100 kPa, 当发现孔边或堤坡冒浆应立即停止灌浆。按序次灌完后应在原孔复灌 2~3 次, 直至孔口不冒浆为止, 即少灌多复。
2.8 封孔
按设计的压力值, 在完全不吃浆的时间延续 0.5~1 h 就可结束灌浆,经复灌不吃浆即可封孔。封孔方法:当堤防灌浆基本结束后, 孔内泥浆不再流动时, 可将孔内上部 0.3 m 浆液取出, 用含水量适中直径 2~3 cm的粘土球充填灌浆孔, 分层回填捣实,要求比堤顶高些即可。封孔方法采用泥球封孔法, 封孔是最后一道重要的工序, 施工单位在灌浆封孔结束后,应进行质量检查, 并提供质量检查报告。
3、其他水利工程中堤防防渗施工技术
当前，发展较快、应用较多的截渗工艺有：混凝土防渗墙、高压喷射防渗墙、自凝灰浆防渗墙、垂直铺塑、水泥土搅拌桩防渗墙、帷幕灌浆等，及时掌握这些工艺的发展动态，对于水利工程的设计、施工等都具有重要的现实意义。
3.1混凝土防渗墙
混凝土防渗墙是 20 世纪 60 年代初发展起来的一种垂直防渗技术，目前已成为粒状地层的主要防渗手段。它不仅可以用于永久性地基防渗，对正在漏水和存在险情的堤坝进行防渗处理，还可用于临时施工围堰、基坑防渗等。其主要优点是能有效地控制墙厚，墙段之间结合紧密，安全可靠。目前，防渗墙的施工技术有了很大发展，出现了很多造墙、造孔的新技术。在墙体材料方面，有钢筋混凝土、普通混凝土、塑性混凝土、自凝灰浆和固化灰浆等。在深度方面，加拿大马尼夸根 3 号土坝的混凝土防渗墙深度已达 131m；我国小浪底大坝的混凝土防渗墙最大深度为 81.9m，三峡水库二期围堰混凝土防渗墙最大深度为 73.5m，2003 年实施的新疆下坂地水利枢纽坝基混凝土防渗墙深度已达 102m。在造孔机具方面，有正、反循环冲击钻机、抓斗机、链斗 ( 刮板 )式挖槽机、射水成槽机、锯槽机、振动板桩、振动切槽、振动沉膜等。目前，浅薄型防渗墙深度一般为 10~20m 左右，最大≤ 30m，厚度 10~25cm、最大≤ 30cm。这类防渗墙除可用于水头较小、坝基厚度≤ 30m 的土石坝防渗外，主要被用作江河堤防工程。深厚型防渗墙一般用在承受水头 >20m、墙深 30m 以上的大坝和险要地段的堤防工程中。其厚度一般60~80cm，最大为 130cm。为保证底部墙段的有效连接，一般是墙越深厚度越大。墙体材料多为普通混凝土或塑性混凝土，根据地层和防渗要求确定。一般是承受的水头越大、透水性越强，要求的防渗性能越高，墙体刚性也越大。
3.2高压喷射防渗墙
高压喷射防渗墙是借助于高压射流冲击扰动坝基覆盖层，同时灌入水泥浆，使浆液与被灌地层土颗粒掺混，形成防渗墙。近年来，山东省水利科学研究院王明森等科技人员，在多年高喷实践的基础上，进行了大粒径地层高压喷射灌浆构筑防渗墙技术的研究，形成以高压射浆、高喷浆液的合理选用为特色的大粒径地层高喷施工技术，在多项工程中进行推广应用，效果良好。王明森在《大粒径地层高压喷射灌浆构筑防渗墙技术研究》中认为：大粒径地层采用高喷灌浆进行防渗加固施工，为达到经济、高速、优质完成任务，必须采取综合性的技术措施。利用潜孔锤套管跟进造孔是解决大粒径地层成孔的较为理想的。
4 结束语
粘土充填灌浆技术在堤防防渗中具有投资小、见效快, 设备和技术简单, 操作方便等优点, 已经被广泛的运用, 但在具体操作中应注意施工工序, 保证灌浆的质量, 才能使堤防达到防渗加固的效果。当前，各种新的截渗工法不断出现，正朝着深度更大、效率更高、适应性更广的方向发展。今后，在高效工法以及不同工法的组合应用等方面仍有广阔的发展前景。水利工程复杂的地质条件、多样化的筑坝材料以及多种运用工况，决定了在渗流方面的不同特点，应针对不同工程的地质条件、坝体质量、设计水头等，从安全、经济、工效、可行性等方面进行全面分析，确定适宜的防渗加固方案，并通过试验确定有关施工参数，切不可一味地照搬其它工程。
参考文献
[1]毛地卫，戴建龙．水利工程中几种常用的堤防防渗施工技术 [J]．今日科苑，2010，（6）．
[2]刘佳云．水利工程建设施工技术的探讨 [J]．中国新技术新产品，2010，（4）．
[3]黄成其．探讨防渗墙混凝土施工工艺及质量控制[J]． 中小企业管理与科技（下旬刊），2010，（2）．