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堤防与穿堤建筑物接触部位渗漏修复技术探析

【字体:      】     打印      2025-04-22 15:39      来源: 黄河网  

近年来,国内外学者对堤防渗漏问题进行了大量研究,但仍存在施工难度大、耐久性不足等问题。笔者结合理论分析,探讨新型修复技术的适用性及发展趋势。

渗漏成因分析

造成堤防与穿堤建筑物接触部位渗漏的原因主要包括:材料差异、施工缺陷及生物破坏等。

材料差异。在堤防与穿堤建筑物的接触部位,材料性质的差异是渗漏的主要诱因之一。由于建筑物与堤身土体在物理力学性能上存在显著不同,在外部荷载、环境变化及长期运行过程中,易产生变形不协调,进而形成渗漏通道。

施工缺陷。多指工程施工前未彻底清除接触面的淤泥、杂物或松散土层,导致填土与建筑物结合不密实或者接触面未按设计要求开挖截水槽,削弱了防渗效果。

生物破坏。指动物、植物或微生物的活动对堤防及穿堤建筑物接触部位的侵蚀或破坏,进而引发渗漏甚至结构失稳的现象。这类破坏通常具有隐蔽性,初期不易察觉,但长期累积可能导致严重险情。

渗漏检测技术

堤防与穿堤建筑物接触部位渗漏检测是工程安全监测的重要内容。渗漏若不及时发现和处理,可能会导致管涌、滑坡甚至溃堤等重大险情。目前,渗漏检测技术除传统的人工巡查和探坑法外,还包括物探技术、智能监测及新兴技术。

物探技术检测。地球物理探测技术,简称物探。包括高密度电法、地质雷达和超声波检测。高密度电法是通过测量地层电阻率变化,识别渗流区,主要适用于堤防内部渗漏通道定位和穿堤建筑物周边土体饱和状态检测。其优点是可三维成像,分辨率高;缺点是易受地下水位、土质影响。地质雷达检测是通过发射高频电磁波,获取反射信号识别空洞、裂缝或含水层。多适用于浅层渗漏通道检测和穿堤建筑物接缝脱空检测。优点是快速、无损,可实时成像;缺点是其深部探测能力有限。超声波检测是通过声波在不同介质中的传播速度,检测混凝土结构内部缺陷。主要适用于穿堤建筑物的裂缝、空洞检测。优点是精度高,可定量分析;缺点是仅适用于小范围结构检测。

智能监测技术。智能监测技术,近年来使用较为广泛,主要包括分布式光纤测温和无人机红外热成像。分布式光纤测温是通过沿堤防布设光纤,根据温度变化定位渗漏点,多适用于堤防全线渗漏实时监测和穿堤建筑物接缝渗漏预警。其优点是长距离、连续监测,灵敏度高;缺点是初期投资大,需要专业数据分析。无人机红外热成像监测是使用无人机搭载红外相机,通过地表温度异常发现渗漏区。主要适用于堤防坡面渗漏快速筛查和汛期应急检测。其优点是覆盖范围广,效率高;缺点是受天气影响大,雨天监测效果差。

新兴检测技术。当前,新兴检测技术主要是同位素示踪法和人工智能(AI)图像识别检测。同位素示踪法是通过注入同位素,根据追踪其运移路径确定渗漏通道。AI图像识别是利用AI算法分析无人机摄像头拍摄的堤防图像,自动识别裂缝、湿斑等异常状况。多适用于大规模堤防自动化巡检。其优点是可大幅提升巡查效率;缺点是需要大量数据训练模型。

渗漏修复技术研究

渗漏修复技术是指针对堤防与穿堤建筑物接触面渗漏问题,采取工程措施进行检测、封堵和加固的方法体系。包括传统修复技术和新型修复技术。

传统修复技术包括灌浆法、截渗墙法和接触面处理三种方法。

灌浆法。又分为水泥灌浆和化学灌浆。水泥灌浆多适用于一般性渗漏,是渗漏修复中最常用的技术之一。化学灌浆相较于水泥灌浆具有超强渗透性,可灌入细微裂缝,快速固化,适用于动水条件,形成防渗体。其主要优点是成本低,材料易得,适用范围广。

截渗墙法。通过在堤防与穿堤建筑物接触渗漏区域建造一道垂直或倾斜的防渗墙体,以阻断渗流路径的修复方法。该技术适用于严重渗漏、管涌风险高的工程场景。主要包括混凝土防渗墙和钢板桩截渗。混凝土防渗墙是通过在堤坝或地基中建造连续的混凝土墙体,形成垂直防渗屏障的技术。作为截渗墙法中性能最可靠的工艺,特别适用于高水头、强渗透地层的重要水利工程。钢板桩截渗是利用钢板桩通过振动锤击方式打入地层,形成连续挡水屏障的防渗技术,多适用于临时抢险或局部加固。

接触面处理。是针对堤防土体与穿堤建筑物结构的特殊防渗加固技术,主要解决因材料差异或结构变形导致的渗漏问题,其本质是构建连续的防渗过渡带。包括开挖回填法和接触面注浆加固。开挖回填法是通过完全挖除渗漏区土体,重新分层回填压实并设置防渗结构的根治性修复技术,其核心在于彻底消除渗流通道,重建防渗体系,恢复结构整体性。接触面注浆加固是通过在堤防土体与混凝土结构接触带进行压力注浆,形成连续防渗帷幕和结构增强带的技术。特别适用于已建工程接触渗漏修复、新建工程的预防性加固和变形缝渗水治理修复。

新型修复技术是指融合材料科学、生物技术和智能监测的革新型渗漏修复方法。当前,新型修复技术主要包括纳米材料改性灌浆、生物矿化技术和智能材料应用。

纳米材料改性灌浆。通过在传统灌浆材料中添加纳米级功能材料,实现性能突破性提升的新型技术。例如:纳米SiO2改性水泥浆液,将有效提高浆液渗透性和抗渗性,可进入0.01毫米级微裂缝;而纳米黏土复合材料,极大增强土体防渗性能。该技术当前仅适用于核电、高铁等重大基础设施的接触面防渗修复治理,是传统灌浆技术升级的必然路径。

生物矿化技术。利用微生物代谢诱导生成碳酸钙晶体,实现土体加固与渗漏封堵的绿色技术。其关键技术是菌种选育培养和灌注工艺。可有效提升土体改性指标和混凝土与土体界面抗剪强度,自动修复0.3毫米以下动态裂缝。其优点是革命性的环保特性,达到零污染修复,全程使用天然菌种和钙源,无有毒化学物质排放。个别通过配套处理实现完全生态循环,利用微生物代谢产物填充孔隙,提高土体强度。生物矿化技术以自然修复自然的理念,在生态保护、长效修复等方面展现出颠覆性优势,尤其适用于饮用水源保护区、生态敏感区工程等重要设施。

智能材料应用。能感知环境变化并自主做出适应性响应的先进功能材料。当前,主流智能材料主要有形状记忆聚合物和自修复水凝胶。形状记忆聚合物是能在温度、湿度、光、电等外界刺激下,从临时形状恢复初始形状的智能材料,形状恢复率可致裂缝密封效果达95%以上。适合变形缝、穿堤管接口等传统材料难以处理的场景,是智能防渗技术发展的重要突破口。自修复水凝胶是由亲水性高分子网络构成的智能材料,内含修复剂,具有水分响应性自修复能力,吸水膨胀形成凝胶屏障,裂缝产生时可自动愈合。其独特性能包括动态可逆键合、遇水触发修复和生物相容性。该技术适合生态堤防、饮用水工程等环境敏感场景,是柔性防渗技术发展的关键方向。

结论

堤防与穿堤建筑物接触渗漏是威胁水利工程安全的重点隐患之一,其修复技术需综合考虑渗漏成因、工程条件及材料性能。当前,传统灌浆、截渗墙等技术仍占主导地位,但新型材料可提高修复效果,正在逐步推广应用于多领域。适合工程渗漏修复的方案就是最优方案,通过针对性选择修复工艺并强化全过程质量控制,可有效解决接触渗漏问题,延长工程寿命,实际工程中需结合成本、工期及环境限制进行多方案比选。未来方向应倾向于绿色材料与智能化等新型技术的结合应用。


作者: 于小涵    责编: 仝欣
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