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【摘要】我国在上个世纪五六十年代修建了大量的水库工程,这些水库在防洪、灌溉、发电、供水等方面发挥了巨大的经济效益,对促进国民的经济发展、保证人民生命财产安全起到了至关重要的作用,但受当时的技术和经济的制约,大部分的水库建设标准较低,工程质量差,隐患多,加上长期以来水库管理不善,技术力量不足,导致水库存在各种安全问题。21世纪以来,针对全国存在的病险水库进行了大规模的除险加固,使水库功能进步得到改善和提高,继续为工农生产和国民经济的发展发挥其重要作用。本文就水库枢纽建筑物土石坝的坝体防渗加固技术进行探讨,分析土石坝坝体渗漏的行的原因及其危害,并针对坝体渗漏问题提出不同的加固措施。
【关键词】坝体防渗加固;劈裂灌浆;冲抓回填;高喷灌浆;混凝土防渗墙
1、引言
碾压式土石坝有着就地取材,对地质要求低,地基适用性强,结构简单,施工方便等诸多有点,因此我国上个世纪五六十年代建设了很多土石坝,但受资金及技术等条件的限制,大坝填筑标准较低,施工质量一般,大坝防渗及排水设施不完善,导致在运行过程中出现了一系列的问题,其中坝体渗漏是最常见的问题之一。坝体渗漏问题可能导致大坝沉降变形、大坝边坡失稳滑坡等问题,危害大坝安全。
2、土石坝坝体渗漏原因
我国目前已建的碾压式土石坝主要有均质坝、黏土心墙坝、黏土斜墙坝等,其防渗体大部分为土质防渗体。防渗土料是散粒体结构,碾压后仍存在大量孔隙,因此具有一定的透水性,水库蓄水后,上下游形成水头差,库水在水力作用下在坝体内部形成渗流,并在下游坝坡逸出。当坝体防渗土料质量较差,碾压施工质量不好时,则可能出现渗流量较大,较集中,渗水中掺带细土颗粒,甚至出现管涌、流土等渗透破坏现象。
3、土石坝坝体渗漏治理目标
土石坝坝体渗漏治理目标主要有两个方面:第一个方面为渗漏量的控制,虽然《碾压土石坝设计规范》没有明确对渗漏量控制的要求,不同功能的水库对渗漏量的控制一定的区别,防洪功能为主的水库对渗漏量控制的要求一般较低,供水、灌溉、发电功能为主的对渗漏量控制的要求就高一些,抽水蓄能电站对渗漏量控制的要求更高。第二个方面为渗透稳定,即坝体内部及逸出点的渗透比降均小于材料的允许渗透比降。而渗透比降往往和筑坝的材料、压实度等多种指标有关,因此增加坝体渗透稳定性也可以多个方面着手,多管齐下,才能达到更好的效果。
4、土石坝坝体防渗加固措施
土石坝坝体防渗加固措施主要以垂直防渗措施为主,即在大坝轴线偏上游位置采取灌浆、换填等措施新增或加固防渗体,延长坝顶渗径,降低浸润线,降低逸出点高程,减小渗透比降。
4.1坝体劈裂灌浆
通过一定的压力,沿坝轴线小主应力面有控制的劈开坝体,灌注黏土浆或水泥黏土浆,形成连续防渗墙,以达到防渗的目的。劈裂灌浆有就地取材,施工设备及工艺简单,施工工期短,投资小等多种优点,形成的防渗墙渗透系数小于1×10-5cm/s,允许渗比坡降为5~7,但由于形成的防渗墙厚度较薄,一般为0.2~0.5m,因此主要应用于坝高较小的均质坝或者宽心墙坝的坝体防渗加固。该加固措施在上个世纪九十年代应用广泛,且通过技术和施工工艺的改进,该技术在坝高超过50m的窄心墙坝上也获得成果。
4.2冲抓套井回填
通过冲抓式打井机具,沿坝体轴线造孔,将壩体质量较差的土体抓出,采用防渗效果好的黏土料分层回填,并利用钻机的动力和卷扬设备带动夯锤加以夯实,形成连续防渗墙,以达到防渗的目的。冲抓回填同样有就地取材,施工设备及工艺简单,施工工期短,投资较小等多种优点,形成的防渗墙渗透系数小于1×10-5cm/s,允许渗比坡降为6~8,形成的防渗墙厚度一般为0.8m,因此该加固措施主要应用于坝高较小的土坝,同时由于土石坝本身土体含水率高,在造孔的时候容易出现塌孔现象,因此本方案施工前需提前放空水库,待坝体孔隙水压力降低后才能进行施工。
4.3高压喷射灌浆
高压喷射灌浆是利用钻机造孔,把带有喷头的灌浆管上至土层的预定位置,以高压把浆液或水从喷嘴中喷射出来,形成冲射流冲击破坏土层,土粒从土体中剥落下来后,一部分细小土粒随着浆液冒出地面,其余部分与灌入的浆液混合掺搅,在土体中形成凝结体。其基本原理是利用射流作用切割掺搅地层,改变原地层的结构和组成,同时灌入水泥浆或混合浆液形成凝结体,借以达到加固地基和防渗的目的。高压喷射灌浆分定喷、摆喷和旋喷三种,定喷适应于粉土、砂土,摆喷、旋喷适应于粉土、砂土、砾土和卵(碎)石地层。高压喷射灌浆有如下优点:①可灌性好,只要高压射流能破坏的地层如细砂、砂砾石等均可处理;②连接可靠,高压喷射浆液板墙自身与周边建筑物的连接可靠;高压喷射灌浆防渗墙渗透系数小于1×10-6cm/s,允许渗透比降50~60,但其施工工艺要求高,施工质量不容易控制,造价较高。
4.4混凝土防渗墙技术
混凝土防渗墙是一种地下连续墙,具有较好的整体性和防渗性能,它是利用专门的造槽机械钻造槽孔,并在槽孔内注满泥浆,防止槽壁坍塌,最后用导管在注满泥浆的槽孔中浇筑水下混凝土,将泥浆置换出来,筑成墙体。混凝土防渗墙广泛应用于大坝防渗加固,这种防渗加固技术具有如下优点:①适应性广,深可达100m左右,适应于各种地质条件,如砂土、砂壤、粉土以及直径小于10mm的卵砾石土层;②安全、可靠。防渗墙渗透系数可达到10-7cm/s以下,允许渗透比降值达60~100;但其施工设备大,所需的施工场地大,施工工艺复杂且要求较高,施工进度较慢,造价高。
结语:
从进入21世纪以来,全国的病险水库已基本进行了除险加固处理,其效果明显。而坝体渗漏问题需要得到有效解决,不仅仅是通过坝体防渗措施能够完全解决的,需要在“上堵”的同时“下排”,即增设坝体下游的排水、反滤等设施。总言之,土石坝坝体渗漏问题形成的原因是多方面,多层次的,需要根据工程实际进行综合分析,以确定最合适的防渗加固方案,确保大坝安全。
参考文献:
[1]牛运光.土坝安全与加固.中国水库水电出版社,1998年11月.
[2]孙鉴政.浅谈劈裂灌浆在土坝防渗处理中的设计与应用[J].广东建材,2016,(007):12-13.
[3]王相乐,唐桂华,张定华.浅谈土坝混凝土防渗墙设计在水利工程中的应用[J].河南科技, 2014, (004):55.
作者简介:
胡志明(1986-),男,汉族,湖南汉寿,本科,工程师,从事水利工程设计。
【关键词】坝体防渗加固;劈裂灌浆;冲抓回填;高喷灌浆;混凝土防渗墙
1、引言
碾压式土石坝有着就地取材,对地质要求低,地基适用性强,结构简单,施工方便等诸多有点,因此我国上个世纪五六十年代建设了很多土石坝,但受资金及技术等条件的限制,大坝填筑标准较低,施工质量一般,大坝防渗及排水设施不完善,导致在运行过程中出现了一系列的问题,其中坝体渗漏是最常见的问题之一。坝体渗漏问题可能导致大坝沉降变形、大坝边坡失稳滑坡等问题,危害大坝安全。
2、土石坝坝体渗漏原因
我国目前已建的碾压式土石坝主要有均质坝、黏土心墙坝、黏土斜墙坝等,其防渗体大部分为土质防渗体。防渗土料是散粒体结构,碾压后仍存在大量孔隙,因此具有一定的透水性,水库蓄水后,上下游形成水头差,库水在水力作用下在坝体内部形成渗流,并在下游坝坡逸出。当坝体防渗土料质量较差,碾压施工质量不好时,则可能出现渗流量较大,较集中,渗水中掺带细土颗粒,甚至出现管涌、流土等渗透破坏现象。
3、土石坝坝体渗漏治理目标
土石坝坝体渗漏治理目标主要有两个方面:第一个方面为渗漏量的控制,虽然《碾压土石坝设计规范》没有明确对渗漏量控制的要求,不同功能的水库对渗漏量的控制一定的区别,防洪功能为主的水库对渗漏量控制的要求一般较低,供水、灌溉、发电功能为主的对渗漏量控制的要求就高一些,抽水蓄能电站对渗漏量控制的要求更高。第二个方面为渗透稳定,即坝体内部及逸出点的渗透比降均小于材料的允许渗透比降。而渗透比降往往和筑坝的材料、压实度等多种指标有关,因此增加坝体渗透稳定性也可以多个方面着手,多管齐下,才能达到更好的效果。
4、土石坝坝体防渗加固措施
土石坝坝体防渗加固措施主要以垂直防渗措施为主,即在大坝轴线偏上游位置采取灌浆、换填等措施新增或加固防渗体,延长坝顶渗径,降低浸润线,降低逸出点高程,减小渗透比降。
4.1坝体劈裂灌浆
通过一定的压力,沿坝轴线小主应力面有控制的劈开坝体,灌注黏土浆或水泥黏土浆,形成连续防渗墙,以达到防渗的目的。劈裂灌浆有就地取材,施工设备及工艺简单,施工工期短,投资小等多种优点,形成的防渗墙渗透系数小于1×10-5cm/s,允许渗比坡降为5~7,但由于形成的防渗墙厚度较薄,一般为0.2~0.5m,因此主要应用于坝高较小的均质坝或者宽心墙坝的坝体防渗加固。该加固措施在上个世纪九十年代应用广泛,且通过技术和施工工艺的改进,该技术在坝高超过50m的窄心墙坝上也获得成果。
4.2冲抓套井回填
通过冲抓式打井机具,沿坝体轴线造孔,将壩体质量较差的土体抓出,采用防渗效果好的黏土料分层回填,并利用钻机的动力和卷扬设备带动夯锤加以夯实,形成连续防渗墙,以达到防渗的目的。冲抓回填同样有就地取材,施工设备及工艺简单,施工工期短,投资较小等多种优点,形成的防渗墙渗透系数小于1×10-5cm/s,允许渗比坡降为6~8,形成的防渗墙厚度一般为0.8m,因此该加固措施主要应用于坝高较小的土坝,同时由于土石坝本身土体含水率高,在造孔的时候容易出现塌孔现象,因此本方案施工前需提前放空水库,待坝体孔隙水压力降低后才能进行施工。
4.3高压喷射灌浆
高压喷射灌浆是利用钻机造孔,把带有喷头的灌浆管上至土层的预定位置,以高压把浆液或水从喷嘴中喷射出来,形成冲射流冲击破坏土层,土粒从土体中剥落下来后,一部分细小土粒随着浆液冒出地面,其余部分与灌入的浆液混合掺搅,在土体中形成凝结体。其基本原理是利用射流作用切割掺搅地层,改变原地层的结构和组成,同时灌入水泥浆或混合浆液形成凝结体,借以达到加固地基和防渗的目的。高压喷射灌浆分定喷、摆喷和旋喷三种,定喷适应于粉土、砂土,摆喷、旋喷适应于粉土、砂土、砾土和卵(碎)石地层。高压喷射灌浆有如下优点:①可灌性好,只要高压射流能破坏的地层如细砂、砂砾石等均可处理;②连接可靠,高压喷射浆液板墙自身与周边建筑物的连接可靠;高压喷射灌浆防渗墙渗透系数小于1×10-6cm/s,允许渗透比降50~60,但其施工工艺要求高,施工质量不容易控制,造价较高。
4.4混凝土防渗墙技术
混凝土防渗墙是一种地下连续墙,具有较好的整体性和防渗性能,它是利用专门的造槽机械钻造槽孔,并在槽孔内注满泥浆,防止槽壁坍塌,最后用导管在注满泥浆的槽孔中浇筑水下混凝土,将泥浆置换出来,筑成墙体。混凝土防渗墙广泛应用于大坝防渗加固,这种防渗加固技术具有如下优点:①适应性广,深可达100m左右,适应于各种地质条件,如砂土、砂壤、粉土以及直径小于10mm的卵砾石土层;②安全、可靠。防渗墙渗透系数可达到10-7cm/s以下,允许渗透比降值达60~100;但其施工设备大,所需的施工场地大,施工工艺复杂且要求较高,施工进度较慢,造价高。
结语:
从进入21世纪以来,全国的病险水库已基本进行了除险加固处理,其效果明显。而坝体渗漏问题需要得到有效解决,不仅仅是通过坝体防渗措施能够完全解决的,需要在“上堵”的同时“下排”,即增设坝体下游的排水、反滤等设施。总言之,土石坝坝体渗漏问题形成的原因是多方面,多层次的,需要根据工程实际进行综合分析,以确定最合适的防渗加固方案,确保大坝安全。
参考文献:
[1]牛运光.土坝安全与加固.中国水库水电出版社,1998年11月.
[2]孙鉴政.浅谈劈裂灌浆在土坝防渗处理中的设计与应用[J].广东建材,2016,(007):12-13.
[3]王相乐,唐桂华,张定华.浅谈土坝混凝土防渗墙设计在水利工程中的应用[J].河南科技, 2014, (004):55.
作者简介:
胡志明(1986-),男,汉族,湖南汉寿,本科,工程师,从事水利工程设计。