水利水电施工中防渗处理施工技术的探究

引言

我国水资源时空分布不均的基本国情决定了水利水电工程在国民经济发展中的战略地位。随着工程建设规模不断扩大，防渗问题成为制约工程效益发挥的关键技术难题。渗漏不仅造成宝贵水资源的流失，更可能引发管涌、滑坡等次生灾害，威胁下游人民生命财产安全。因此，深入研究防渗处理施工技术，构建科学完善的防渗体系，对保障水利工程安全运行、实现水资源高效利用具有重要现实意义。

一、水利水电工程渗漏问题成因分析

1. 施工因素导致的渗漏

水利水电工程建设过程中施工质量直接决定着防渗体系的可靠性。地基处理环节往往成为渗漏隐患的源头，施工队伍在基础开挖后急于进入下一道工序，清基工作流于形式，残留的松散土体、植物根系等杂物未能彻底清除，这些薄弱部位在水压作用下逐渐发展成渗漏通道。压实作业同样存在诸多问题，部分施工单位为赶工期减少碾压遍数，压实度检测点位布置稀疏，难以反映地基整体密实状况，局部区域压实度不足形成渗水薄弱带。

防渗墙施工中墙体厚度控制偏差较大，特别是深层部位厚度难以保证，相邻槽段之间接缝处理草率，接头管拔除时机把握不当造成墙体连接部位出现薄弱环节。灌浆作业参数选择缺乏针对性，现场技术人员对地层特性认识不足，灌浆压力设定过低导致浆液扩散半径受限，无法形成连续的防渗帷幕，而压力过高又容易引起地层劈裂，反而破坏原有地层结构。

2. 自然因素引发的渗漏

自然环境变化对水利工程防渗体系构成持续挑战，季节性降水分布不均加剧了这一问题的复杂性。汛期连续强降雨使库区水位急剧攀升，坝体承受的渗透压力成倍增加，原本处于安全范围的渗流量开始超标，坝体内部渗流场发生改变，浸润线抬高威胁坝体稳定。

工程选址区域的地质条件往往制约着防渗效果，基岩中发育的断层破碎带具有强透水性，节理裂隙纵横交错形成复杂的渗流网络，地下水沿着这些天然通道运移，常规的防渗措施难以完全封堵。岩溶地区的溶洞、溶蚀裂隙分布具有隐蔽性，勘察阶段未能全部查明，施工中突然揭露的岩溶通道给防渗处理带来巨大困难。地层岩性差异导致渗透系数相差悬殊，砂砾石层与粘土层交替出现，渗流在不同介质界面产生绕渗现象，单一的防渗措施难以适应复杂多变的地质环境[1]。

3. 结构因素造成的渗漏

工程结构在长期运行中不可避免地出现性能衰减，防渗体系的耐久性问题日益凸显。混凝土面板经历冻融循环、干湿交替等恶劣环境作用，表层开始剥蚀脱落，内部微裂缝逐渐扩展贯通，原有的抗渗性能大幅下降，碳化深度不断增加使混凝土强度降低，裂缝宽度超过允许值后成为集中渗漏通道。土工膜材料在紫外线照射、温度变化影响下发生老化脆化，柔韧性丧失导致适应变形能力减弱，接缝部位首先出现开裂，防渗功能逐渐失效。

设计阶段对运行期可能出现的不利工况考虑不充分，防渗体系缺少必要的冗余度，排水系统布置不合理导致渗水无法及时排出，长期浸泡使坝体材料软化，渗透系数增大形成恶性循环。防渗体与坝体之间的变形协调性设计不当，差异沉降产生的拉应力超过材料强度极限，界面部位出现脱空、开裂等缺陷，为渗水提供了便利条件。

二、水利水电工程防渗处理技术的重要性

防渗处理技术在水利水电工程建设运营全生命周期中发挥着基础性作用，其技术水平直接关系到工程效益的发挥。渗流控制不当会引发一系列连锁反应，坝体内部渗流场紊乱导致土体颗粒流失，管涌现象逐步发展最终可能造成溃坝事故，防渗体系的完整性成为工程安全的第一道防线。地下水渗透产生的扬压力持续作用于坝基，削弱了坝体与基础的摩擦阻力，抗滑稳定安全系数不断降低，特别是在高水位运行期间，渗透压力达到峰值时坝体稳定性面临严峻考验，科学的防渗措施能够有效截断渗流路径，将扬压力控制在设计允许范围内[2]。

水库渗漏损失不仅表现为库容的直接减少，更影响到下游灌区的供水保证率，农业生产季节性用水需求得不到满足将造成巨大经济损失，输水渠道的渗漏使沿程水量损失严重，末端用水户供水不足的矛盾日益突出。防渗处理从根本上改变了水与建筑物的接触条件，混凝土结构免受水流冲刷侵蚀，钢筋锈蚀速度明显减缓，土石坝心墙材料保持稳定的物理力学性能，工程结构劣化进程得到有效遏制。运行期维护费用的节省体现了防渗投资的长期效益，减少了应急抢险、定期修补等费用支出，工程全寿命周期成本显著降低，经济效益与社会效益实现了有机统一。

三、常见水利水电工程防渗处理施工技术

1. 灌浆技术

灌浆防渗技术通过压力注入方式将浆液渗透到地层空隙中，改变原有渗流路径实现防渗目标。高压喷射灌浆施工时需要精确控制喷射参数，压力通常设定在 20-40MPa 范围内，喷嘴提升速度控制在8-25cm/min，旋转速度保持在5-20r/min，这些参数相互影响决定着成墙质量，现场技术人员必须根据地层条件实时调整。旋喷方式适用于砂砾石地层，定喷则在软土地基中效果更佳，摆喷技术能够形成扇形加固体，解决特殊部位的防渗需求 [3]。新疆某引水项目采用高喷灌浆技术处理戈壁砾石地层渗漏问题，该工程面临地层松散、含水丰富的挑战，施工中采用三重管高喷工艺，通过调整喷射压力和旋转速度，在砾石层中形成了柱状固结体，有效改善了地层防渗性能。

帷幕灌浆施工前需进行压水试验确定岩层透水率，灌浆孔间距一般为 2-3 米，分序施工逐步加密，浆液水灰比从 5:1 逐级变浓至 0.5:1，确保细小裂隙得到充填的同时大裂隙也能形成有效封堵。劈裂灌浆技术关键在于控制劈裂压力，压力过小无法形成连续帷幕，压力过大则会破坏原有结构，施工中采用间歇灌浆方式，每次注浆后停歇待浆液初凝再继续施工，多次反复直至形成完整防渗体系，这种渐进式施工方法既保证了防渗效果又避免了对坝体的扰动破坏。

智能灌浆技术代表了灌浆施工的发展方向。大渡河双江口大坝智能灌浆系统基于三维地质 BIM 建模、岩体可灌性智能分析预测、灌浆过程智能预测等技术，具备灌浆压力自动控制、无极配浆、工艺智能控制和灌浆成果自动分析处理等功能。系统通过将过程数据与试验结果无线接入云服务器，实现实时数据并入智慧工程管控中心，有效管控灌浆施工工艺。

2. 防渗墙技术

防渗墙施工技术选择取决于地层条件、墙体深度、工期要求等多重因素。多头深层搅拌技术施工时，搅拌机钻头下沉速度控制在 0.8-1. 2m/min ，提升速度不超过 0.6m/min，水泥掺量按土体重量的 15%-20% 配制，搅拌头在同一深度反复搅拌确保水泥土均匀性，相邻桩体搭接宽度不小于 200mm，形成连续防渗屏障。锯槽法施工需要先进行导墙建设，锯槽机刀杆切割速度根据地层硬度调整，一般控制在 1-3m/h ，切割过程中持续注入膨润土泥浆维持槽壁稳定，泥浆比重保持在 1.05-1.15 之间，成槽后及时清孔换浆，确保槽底沉渣厚度不超过 100mm。新疆某水库工程在坝基防渗施工中采用混凝土防渗墙技术，面对当地干旱多风的气候环境，施工团队优化了混凝土配合比设计，增强了抗裂性能，成墙深度达到基岩面，形成了可靠的防渗屏障。

混凝土防渗墙施工工艺更为复杂，其截面型式多样，常见的有圆形桩柱型、混合桩柱型、墙板型、墙板桩柱混合型等（如图 1），造孔阶段采用冲击钻或抓斗配合进行，槽段长度一般为 6-8m，具体参数见下表 1。混凝土浇筑采用导管法水下浇筑，导管底部距槽底 0.3-0.5m，浇筑速度不低于 5m³/h ，保证混凝土连续上升，接头处理采用接头管法或钻凿法，确保墙段间紧密连接。

表1 混凝土防渗墙主要施工参数控制指标

图1 混凝土防渗墙各种截面型式

3. 其他防渗技术

防渗膜铺设技术要求严格控制施工质量，基面处理阶段需要清除尖锐物体，压实度达到设计要求后铺设缓冲层，防渗膜展开时避免过度拉伸，预留 3%-5% 的松弛度适应温度变形，焊接作业选择气温适宜的时段进行，焊缝搭接宽度不小于 100mm ，焊接温度控制在 200-300℃，焊接速度 1.5-2.5m/min，每条焊缝都要进行充气检测或真空检测，确保焊接质量达标。锚固沟开挖深度不小于 0.8m，回填土分层夯实，压实度不低于 0.95，膜上保护层铺设要及时，避免紫外线直接照射造成材料老化。

德州李家岸灌区改造工程采用了全断面护砌防渗技术，形成了完整的防渗体系。施工工艺包括先铺设 10 公分厚沙垫层，再覆盖防渗土工膜阻断渗水，最后浇筑 12 公分厚混凝土压实成型。岸坡部位采用联锁砖替代混凝土，咬合更紧密，耐用性显著提升。针对地下水干扰施工的难题，项目采用差异化处理方案：土质较好区域每隔 40 米设沙管井 24 小时抽水控水位，地质复杂地段采用胶泥置换工艺，挖除稀软胶泥后填入砂石分层压实。这种综合防渗措施既解决了土坡渠道泥沙淤积、输水效率低的问题，又彻底消除了土壤渗水造成的水资源浪费。

四、水利水电工程防渗处理施工技术的优化策略

1. 加强施工前期勘察与设

施工前期勘察工作需要突破传统的点状勘探模式，构建立体化勘察网络体系。地质勘察应采用钻探、物探、原位测试相结合的综合勘察方法，钻孔布置不仅要沿坝轴线加密，还要向上下游扩展形成勘察剖面，物探技术可以快速识别地下异常体分布，钻探则提供准确的地层参数。勘察深度应穿透可能的渗漏通道直至相对隔水层，每个钻孔都要进行压水试验或注水试验，获取各地层的渗透系数。

地下水位动态监测需要覆盖整个枯水期到丰水期的变化过程，掌握水位变幅规律对防渗设计至关重要。设计阶段要建立三维地质模型，将勘察数据导入数值分析软件进行渗流场模拟，不同工况下的渗流路径、渗透坡降分布一目了然，防渗体系布置才能做到有的放矢。防渗方案比选时需要进行技术经济综合评价，建立包含防渗效果、施工难度、工程造价、运行维护等多个指标的评价体系，采用层次分析法确定各指标权重，定量化比较不同方案的优劣。设计参数确定要留有适当安全裕度，但过于保守会造成投资浪费，通过敏感性分析找出关键控制参数，重点优化这些参数的取值，实现技术可靠性与经济合理性的平衡。

2. 严格施工过程质量控制

施工人员技能提升需要建立分级培训体系，新进人员先在模拟工况下反复练习基本操作，熟练后才能参与实际施工，关键岗位操作人员必须持证上岗并定期考核。技术交底要细化到每道工序，不仅讲清楚施工方法，更要说明质量控制要点、常见问题处理措施，现场设置工艺样板段，让施工人员直观了解质量标准[4]。材料进场检验实行批次抽检制度，水泥、膨润土等粉状材料重点检测细度、比表面积等指标，土工膜类材料进行拉伸强度、撕裂强度、渗透系数测试，检测结果建立台账便于追溯。

施工监测系统要实现自动化采集、实时传输、智能预警功能，在关键部位安装传感器监测应力、位移、渗压等参数变化，数据异常时系统自动报警并推送至管理人员手机终端。质量控制采用 PDCA 循环管理模式，每完成一个施工段立即组织质量检查，发现问题及时整改，整改效果验证合格后才能进入下一循环，形成质量持续改进机制。施工过程记录要详实完整，包括施工参数、环境条件、异常情况处理等内容，这些资料既是质量追溯的依据，也为后期运行维护提供宝贵经验。第三方检测机构定期介入，对关键工序进行独立检测评价，确保质量控制体系有效运行。

3. 推动技术创新与应用

新型防渗材料研发要聚焦解决现有材料的性能短板，纳米改性技术能够显著提升混凝土的密实度，在水泥基体中掺入纳米二氧化硅或碳纳米管，填充微观孔隙的同时促进水化产物生成，渗透系数可降低一个数量级。自修复混凝土通过预埋微胶囊或细菌孢子，裂缝出现时自动释放修复剂填充裂缝，实现防渗性能的自我恢复。智能监测技术发展方向是构建 " 天空地 " 一体化监测网络，卫星遥感监测大范围地表变形，无人机搭载红外相机识别渗漏点，地面传感器网络实时采集深部信息，多源数据融合分析能够准确判断渗漏发展趋势。

如深圳茅洲河治理工程为智能监测技术在防渗领域的应用提供了成功范例。该工程引入2000 余台物联网智能阀门构建全流域监测网络，实现了管网漏损率低于 1% 的突破性成果。每台阀门配备的压力传感器、流量计和水质监测模块以 5 分钟间隔向中央控制系统传输数据，当管道压力异常下降 0.2 兆帕时，系统能在 30 秒内定位到直径 50 米范围内的漏点。通过机器学习算法分析夜间最小流量、压力波动系数等 12 类实时数据，系统可准确区分正常用水与管道泄漏的特征差异，预测性维护使管网运维成本下降 37%。该案例展示了物联网技术与传统防渗工程的深度融合，将被动的渗漏发现转变为主动的风险预测，为水利工程防渗监测技术的智能化发展指明了方向。

机器学习算法应用于监测数据分析，通过训练历史数据建立渗漏预测模型，提前预警可能的险情。防渗施工装备智能化改造势在必行，灌浆设备配置自动配浆系统，根据地层反馈信息实时调整浆液配比，防渗墙施工设备加装导向系统，确保成墙垂直度满足要求。数字孪生技术将物理工程映射到虚拟空间，施工过程可以先在虚拟环境中演练优化，发现潜在问题提前制定应对措施，大幅降低施工风险。区块链技术应用于工程质量追溯体系建设，施工数据上链后不可篡改，责任追究有据可查，倒逼各方提高质量管理水平。

结束语

水利水电工程防渗处理技术的发展需要理论创新与实践探索相结合。通过系统分析渗漏成因，本研究明确了施工、自然、结构三类主要影响因素，为针对性防治提供了理论依据。灌浆、防渗墙等传统技术在参数优化后仍具有广阔应用前景，而自凝灰浆、智能监测等新技术的涌现为防渗体系构建提供了新选择。未