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1.水库堤坝破坏的类型及成因
坝体的病害一般表现在渗透破坏和变形破坏。坝基下的渗透水流,使岩土体中的某些颗粒移动或颗粒成分、结构发生改变的现象称为渗透变形或渗透破坏。变形破坏是由于渗流作用下,抗剪强度降低,某些部位产生不均匀变形、裂缝、下滑、产生变形,分为滑坡、崩岸几种形式。水库堤防渗透通常是指水体向围护区(库盆、堤防保护区),以外渗流而产生水量漏失的现象。如其渗漏量较大,将显著降低水库效益;降低软弱结构面强度,使某些岩土或断裂带充填物产生渗透变形;造成相邻低谷、洼地或坝基扬压力增加;下游地下水位抬升、建筑物地基浸没、失稳;
渗透变形对土石坝稳定影响极大。我国对有问题的土石坝的调查发现其中由渗透变形所引起者竟达60%。此外防洪堤和边坡的塌滑,岩溶区覆盖土层中洞穴和地表塌陷的形成,供水井、坝基排水孔和减压井的淤塞,开挖基坑和地下工程中遇到的流砂,断层破碎带、软弱夹层、裂隙和洞穴中松散物质的带出等都是由渗透变形引起的。
2.采用灌浆法对库坝进行防渗
灌浆法,是水利建设领域普遍使用的一类处理方法,且效果显著。
2.1 灌浆法的分类
第一类是渗入性灌浆。在灌浆压力作用下,浆液克服各种阻力而渗入各种孔隙或裂隙,压力越大,吸浆量及浆液扩散范围就越大。这种理论假定,在灌浆过程中地层结构不受扰动和破坏,所用的灌浆压力相对较小。
第二类是劈裂灌浆。在灌浆压力作用下,浆液克服地层的初始应力和抗拉强度,引起岩石或土体结构的破坏和扰动,使地层中原有的孔隙或裂隙扩张,或形成新的裂隙或孔隙,从而使底透水性地层的可灌性和浆液扩散距离增大。这种灌浆法所用的灌浆压力相对较高。
第三类是压密灌浆。通过钻孔向土层中压人浓浆,随着土体的压密和浆液的挤入,将在压浆点周围形成灯泡形空间,并因浆液的挤压作用而产生辐射状上拾力,从而改变并重新排列地层土体的结构。
第四类是电动化学灌浆。当在粘性土中插入金属电极并通以支流电后,就在土中引起电渗、电泳和离子交换等作用,促使在通电区域中的含水量显著降低,从而在土内形成渗浆“通道”。若在通电的同时向土中灌注硅酸盐水泥浆液,就能在“通道”上形成硅胶,并与土粒胶结成具有一定力学强度的加固体。
根据采用不同的灌浆方法及相应的灌浆材料,灌浆法可应用于砂及砂砾石地基,湿陷性黄土地基,粘性土地基等。
2.2 劈裂帷幕灌浆技术
①劈裂帷幕灌浆技术的应用范围
劈裂椎幕灌浆技术适用于土坝、土堤、坝体及均质坝或心墙坝,存在裂缝、下游坡洇湿、漏水,存在渗漏变形(流土、管涌和不同介质结合面形成冲刷)的坝体,均可用劈裂椎幕灌浆法处理;若坝体存在滑坡裂缝,则不应采用此项技术。
②劈裂帷幕灌浆技术的施工工艺
施工工艺有四步,第一步是布孔。在坝顶中心线布设一道劈裂灌浆孔,按两序施工;第二步是钻孔。控制孔斜率等钻孔各项参数,钻孔过程中,详细记录岩性、缩孔、漏浆等情况;第三步是制浆、土料要求:土粘粒含量为20%～36%。粉粒含量为50%左右,其余为砂粒。浆液容重控制在14～16Kn/m3之间;第四步是灌浆。采用常规的孔底注浆、全孔灌注、少灌多复、循序渐进的施工工艺,使其尽量少出现异常。其特点是:注浆管下人孔底,孔内泥浆由孔底返向全孔,坝体内小主应力最小的部位首先被劈裂,然后裂缝随浆液逐渐扩展。为了防止孔口冒浆,增大灌浆压力,在灌浆之前以最优含水量的土料作为阻浆塞,保证坝体被顺利劈开。
③灌浆期间特殊情况处理
出现裂缝的处理:出现纵向裂缝。灌浆期间,为了避免劈裂缝过早地延伸到坝面,可采钻孔内下护壁管或设阻浆塞的办法处理。在两侧形成的一些细小的不连续的纵向裂缝,它们的形成多因土体张拉产生的。这些裂缝一般深1～3m,窄缝可自动闭合,宽缝可采用自重灌浆处理;出现横向裂缝。灌浆期间,在岸坡段和坝基突起处,常出现横向裂缝,横缝一般都不太深,但横向裂缝一般贯通坝体上、下游。对于与灌浆孔相通的横向裂缝,灌浆时要适当地加大灌浆压力,使坝体状态得到调整,同时使缝内充填泥浆。
冒浆的处理。灌浆期间,坝体冒浆的部位在坝坡(均质坝)、坝顶、孔口和放水洞内冒浆部位原因和程度不同,处理措施也应不同。坝坡出现冒浆的原因较为复杂,一般是轻微冒浆。由于坝体内可能存在裂缝、洞穴、水平疏松层,在灌浆压力下,冒多在坝高的2/3以上部位发生。如在上游坡冒浆,因有护坡石,可用浓浆,采用灌——停——灌的间歇性灌浆方法进行处理:如在卞游坡冒浆、可做阻浆盖,也可在冒浆出口处压砂做反滤层,有的土坝在坝坡底部发生严重冒浆,说明坝体内有与灌浆孔相连的大通道,这种情况多出现在松散坝体。处理方法:一是封堵冒浆通道;二是控制灌浆量或灌人稠浆来防止冒浆,或采用灌——停——灌的方法,间隔时间适当延长;若因灌浆压力大导致水下冒浆,应立即降低灌浆压力;若孔口并无压力而冒浆,说明原有裂缝、洞穴与灌浆孔相连通,应采用浓浆间歇灌注,等灌人的泥浆初凝后再继续灌注,或在泥浆中掺加适量水泥,以加速浆液初凝,达到封堵冒浆通道的目的。
坝体的病害一般表现在渗透破坏和变形破坏。坝基下的渗透水流,使岩土体中的某些颗粒移动或颗粒成分、结构发生改变的现象称为渗透变形或渗透破坏。变形破坏是由于渗流作用下,抗剪强度降低,某些部位产生不均匀变形、裂缝、下滑、产生变形,分为滑坡、崩岸几种形式。水库堤防渗透通常是指水体向围护区(库盆、堤防保护区),以外渗流而产生水量漏失的现象。如其渗漏量较大,将显著降低水库效益;降低软弱结构面强度,使某些岩土或断裂带充填物产生渗透变形;造成相邻低谷、洼地或坝基扬压力增加;下游地下水位抬升、建筑物地基浸没、失稳;
渗透变形对土石坝稳定影响极大。我国对有问题的土石坝的调查发现其中由渗透变形所引起者竟达60%。此外防洪堤和边坡的塌滑,岩溶区覆盖土层中洞穴和地表塌陷的形成,供水井、坝基排水孔和减压井的淤塞,开挖基坑和地下工程中遇到的流砂,断层破碎带、软弱夹层、裂隙和洞穴中松散物质的带出等都是由渗透变形引起的。
2.采用灌浆法对库坝进行防渗
灌浆法,是水利建设领域普遍使用的一类处理方法,且效果显著。
2.1 灌浆法的分类
第一类是渗入性灌浆。在灌浆压力作用下,浆液克服各种阻力而渗入各种孔隙或裂隙,压力越大,吸浆量及浆液扩散范围就越大。这种理论假定,在灌浆过程中地层结构不受扰动和破坏,所用的灌浆压力相对较小。
第二类是劈裂灌浆。在灌浆压力作用下,浆液克服地层的初始应力和抗拉强度,引起岩石或土体结构的破坏和扰动,使地层中原有的孔隙或裂隙扩张,或形成新的裂隙或孔隙,从而使底透水性地层的可灌性和浆液扩散距离增大。这种灌浆法所用的灌浆压力相对较高。
第三类是压密灌浆。通过钻孔向土层中压人浓浆,随着土体的压密和浆液的挤入,将在压浆点周围形成灯泡形空间,并因浆液的挤压作用而产生辐射状上拾力,从而改变并重新排列地层土体的结构。
第四类是电动化学灌浆。当在粘性土中插入金属电极并通以支流电后,就在土中引起电渗、电泳和离子交换等作用,促使在通电区域中的含水量显著降低,从而在土内形成渗浆“通道”。若在通电的同时向土中灌注硅酸盐水泥浆液,就能在“通道”上形成硅胶,并与土粒胶结成具有一定力学强度的加固体。
根据采用不同的灌浆方法及相应的灌浆材料,灌浆法可应用于砂及砂砾石地基,湿陷性黄土地基,粘性土地基等。
2.2 劈裂帷幕灌浆技术
①劈裂帷幕灌浆技术的应用范围
劈裂椎幕灌浆技术适用于土坝、土堤、坝体及均质坝或心墙坝,存在裂缝、下游坡洇湿、漏水,存在渗漏变形(流土、管涌和不同介质结合面形成冲刷)的坝体,均可用劈裂椎幕灌浆法处理;若坝体存在滑坡裂缝,则不应采用此项技术。
②劈裂帷幕灌浆技术的施工工艺
施工工艺有四步,第一步是布孔。在坝顶中心线布设一道劈裂灌浆孔,按两序施工;第二步是钻孔。控制孔斜率等钻孔各项参数,钻孔过程中,详细记录岩性、缩孔、漏浆等情况;第三步是制浆、土料要求:土粘粒含量为20%～36%。粉粒含量为50%左右,其余为砂粒。浆液容重控制在14～16Kn/m3之间;第四步是灌浆。采用常规的孔底注浆、全孔灌注、少灌多复、循序渐进的施工工艺,使其尽量少出现异常。其特点是:注浆管下人孔底,孔内泥浆由孔底返向全孔,坝体内小主应力最小的部位首先被劈裂,然后裂缝随浆液逐渐扩展。为了防止孔口冒浆,增大灌浆压力,在灌浆之前以最优含水量的土料作为阻浆塞,保证坝体被顺利劈开。
③灌浆期间特殊情况处理
出现裂缝的处理:出现纵向裂缝。灌浆期间,为了避免劈裂缝过早地延伸到坝面,可采钻孔内下护壁管或设阻浆塞的办法处理。在两侧形成的一些细小的不连续的纵向裂缝,它们的形成多因土体张拉产生的。这些裂缝一般深1～3m,窄缝可自动闭合,宽缝可采用自重灌浆处理;出现横向裂缝。灌浆期间,在岸坡段和坝基突起处,常出现横向裂缝,横缝一般都不太深,但横向裂缝一般贯通坝体上、下游。对于与灌浆孔相通的横向裂缝,灌浆时要适当地加大灌浆压力,使坝体状态得到调整,同时使缝内充填泥浆。
冒浆的处理。灌浆期间,坝体冒浆的部位在坝坡(均质坝)、坝顶、孔口和放水洞内冒浆部位原因和程度不同,处理措施也应不同。坝坡出现冒浆的原因较为复杂,一般是轻微冒浆。由于坝体内可能存在裂缝、洞穴、水平疏松层,在灌浆压力下,冒多在坝高的2/3以上部位发生。如在上游坡冒浆,因有护坡石,可用浓浆,采用灌——停——灌的间歇性灌浆方法进行处理:如在卞游坡冒浆、可做阻浆盖,也可在冒浆出口处压砂做反滤层,有的土坝在坝坡底部发生严重冒浆,说明坝体内有与灌浆孔相连的大通道,这种情况多出现在松散坝体。处理方法:一是封堵冒浆通道;二是控制灌浆量或灌人稠浆来防止冒浆,或采用灌——停——灌的方法,间隔时间适当延长;若因灌浆压力大导致水下冒浆,应立即降低灌浆压力;若孔口并无压力而冒浆,说明原有裂缝、洞穴与灌浆孔相连通,应采用浓浆间歇灌注,等灌人的泥浆初凝后再继续灌注,或在泥浆中掺加适量水泥,以加速浆液初凝,达到封堵冒浆通道的目的。