论文部分内容阅读
摘要：抓紧现有病险水库除险加固是十分必要的。本文作者结合多年来的工作经验，对水利水电工程中对小型水库除险加固技术进行了探讨，具有重要的参考意义。
关键词：小型除险水库；加固技术
中图分类号：TV62 文献标识码：A 文章编号：
0.引言
人类建造水利工程已有几千年的历史，从中国的都江堰引水灌溉工程到古罗马的城市供水系统、再到当今世界最大的三峡水利枢纽工程。通过修渠建坝成功控制洪水，利用水资源灌溉、发电已经成为人类几千年文明史的重要组成部分。由于水利工程的特殊性，它在为人类造福的同时也存在着安全隐患，一旦工程失事就会面临毁灭性的灾难。
随着社会经济、人口的发展,水资源越来越紧缺,合理开发和利用水资源已成为近年来水利工作的重点。小型水库坝体的渗漏问题，除了影响坝体自身安全以外，水资源浪费也比较严重。加之近年来洪涝灾害频繁，超标准洪水时常出现，使得一些小型病险水库的安全问题更加突出。随着国家对防汛保安工作的重视， 对小型水库除险加固工程的资金投入越来越多。 小型水库功用除基本的防汛和灌溉外， 其养殖等显著经济效益也越来越受人们青睐。抓紧现有病险水库除险加固，使其充分发挥各种效益,对小型水库除险加固工程质量控制提出要求。故小型水库的除险加固也是非常必要和迫切的。
1.水库土石坝病险成因分析
病险土石坝的渗漏主要存在以下两方面：
1)坝基渗漏
很多病险库都存在坝基渗漏问题，主要是因为建于上世纪50至70年水库基本都属于“三边”工程，对坝基没有很好的按技术要求进行处理，不是坝基不到位导致坝基坝体接触面成为渗水薄弱环节，就是截水槽的开挖深度不够，留下了渗水通道。或者坝体填筑标准不够，压实度根本满足不了设计要求，给坝体稳定埋下安全隐患。有些水库的坝基渗漏是因为坝基位于覆盖层上，而覆盖层的渗透系数大，允许渗透比较低。原设计的坝基截水槽或者其它处理措施的深度没有达到，相对不透水层或者截水悬挂帷幕的深度不够，不能有效的阻止渗漏或延长渗径，甚至就根本没有进行坝基处理。
2)坝体渗漏
坝体渗漏多由于坝体填筑材料或者填筑标准不符合要求，密实度不够，渗透系数偏大。在建期间受资金及条件的限制，采用人工筑土建成，大坝填筑质量差，回填质量达不到规范要求。有的水库建设时采用人工夯填，坝体素填土的渗透系数为2.20×10-4~3.39×10-4cm/s，属于中等透水，由凝灰熔岩风化的粘性土填筑而成，含少量碎石，含砂量平均值为29.4%，坝底局部含有少量块石。
3)坝体稳定不满足规范要求
常见的原因有上游坝体渗透系数太小而坡比较陡，浸润线偏高，坝体断面偏陡等。根据规范规定，坝体稳定应对正常运行期的上下游坝坡、水位骤降的上游坝坡、一定蓄水位与地震组合的上下游坝坡、施工期上下游坝坡进行抗滑稳定验算。如果上游坝体渗透系数太小而坡比较陡，使得在水位骤降工况下，上游坝体内的水不能及时排出坝体，增大了土体重量（此时一般为饱和容重），由于含水量大而减小了凝聚力和内摩擦角，从而造成上游坡失稳，处理措施一般是减缓坝坡。
2.几种水库加固防渗技术及其特点
针对小型水库坝基坝体的渗漏情况，病险土石坝的防渗处理方法大部分采用灌浆措施，坝基的防渗处理主要有高压旋喷灌浆及帷幕灌浆，坝体的防渗处理主要有充填式灌浆和劈裂灌浆，而随着土工合成材料的发展，用土工膜或复合土工膜防渗得到越来越广泛的应用。
1)高压旋喷灌浆：该技术比较成熟的技术，近年来工艺、材料、设备都有很大的发展，应用十分广泛。针对不同情况灌浆可采用渗透性灌浆和强制性灌浆，前者不改变或破坏被灌对象的结构，后者反之，如高压旋喷、搅拌桩、劈裂灌浆等。当使用的浆液具有高的凝固强度时，可起到既防渗又加固的效果，强度低的仅起到防渗的效果。该技术是使浆液在很高的压力下通过注浆管，从喷嘴高压射出，注入地基，在射流的冲击、切削、搅拌作用下，浆液与原地基混为一体，对地基产生挤压、渗透作用，使旋喷桩及其周围土体的密实度和承载能力得到提高。高压旋喷灌浆施工需要的场地小，施工工序少、不需开挖，减少基坑渗水量，降低施工难度、简便，但容易污染环境，成本较高，对于特殊的不能使喷出浆液凝固的土质不宜采用，且跟常规帷幕灌浆相比投资也相对偏高。
2)帷幕灌浆：帷幕灌浆是把一定配合比的具有流动性和胶凝性的浆液，通过钻孔压入岩层裂隙中，经胶结硬化后提高岩基的强度，改善岩基的整体性和抗渗性。它的特点是：钻孔深、灌浆压力较大、孔呈线状排列。帷幕灌浆作为防渗处理的一种重要手段，已越来越多地被应用在各种水利水电建设工程中，同时帷幕灌浆技术也在不断的发展，以适应不同的地层条件和施工要求。
3)充填灌漿：充填式灌浆是利用浆液自重，按某种混和的浆液注入坝体内，自下而上堵塞坝体内较大的空洞、漏洞、蚁穴、裂缝等使坝体空洞等密实，与坝体形成统一的粘结整体，进而充填坝体内的防渗漏洞，增强坝体的防渗能力，提高坝体的稳定性。当坝体存在局部裂缝及洞穴时可按充填灌浆进行防渗处理。
4)劈裂灌浆：该技术是运用坝体坝应力分布规律，用一定的灌浆压力，将坝体沿轴线方向劈裂，同时灌注合适的泥浆，形成铅直连续的防渗泥墙，堵塞漏洞、裂缝或切断软弱层，以提高坝体的防渗能力，同时通过浆坝互压和湿陷，使坝体内部应力重新分布，提高坝体变形稳定性。劈裂式灌浆是在总结充填式灌浆的经验教训，分析坝体隐患的产生原因和泥浆劈裂坝体的规律的基础上提出来的。
5)铺设复合土工膜：复合土工膜是一种土工合成材料，具有较好的防渗效果，将复合土工膜铺设在需要进行防渗处理的坡面上，上面铺设砂垫层和砼，坝顶封顶层砼形成一个整体完全封闭的防渗体系，该坝体防渗效果的好坏关键是复合土工膜自身的防渗效果及其与周边连接的可靠性。
3.防渗技术在实际工程中的应用
对病险土坝进行防渗加固处理的方法较多，对坝基渗漏的处理一般依据上游“铺、截、堵”，下游“导、减、排”的原则。所谓铺、截、堵就是修建铺盖、防渗墙和帷幕灌浆等以减小渗漏量；导、减、排是修建导渗反滤体、减压井、排水沟等以降低坝基压力。
(1)针对坝体存在隐患的防渗加固一般采用坝体垂直防渗和上游坡面防渗，一般采用如下的三种防渗措施：①首先应对坝体进行必要的充填灌浆，增加坝体的密实度，然后在坝体上游坡铺设复合土工膜。②劈裂灌浆利用了坝体填筑的自然应力状态，不但对坝体起到较好的加固作用，还可以将坝基一定深度地劈开，对坝体和坝基的结合面起到很好的防渗作用。③根据工程的具体情况，采取在上游坝坡贴防渗斜墙、铺设复合土工膜、加大坝体断面等措施。
(2)土石坝虽然坝型常见，但由于其工程情形复杂，机具、材料等条件多变，并且各项具体的防渗技术方法很多都有其特定的适用范围和局限性，因此，对每一具体工程病害都应进行仔细分析。应从工程病害情况、防渗处理要求、工程费用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑。
4.结论
随着除险加固技术与工艺的不断发展，新技术、新工艺的不断产生和完善，将在水库、堤防及相应工程等的除险加固中不断取得新的成绩和突破。每种新技术有各自的原理、施工工艺、优缺点和适用性。因此，要做好除险加固技术，首先要认真分析病害及其原因，然后才能对症下药，采取适宜的措施进行加固，达到既能使水库正常运行，又能减少工程造价的目的。在工程实际中，根据工程的实际情况选择相应的综合防渗技术，以达到科学、经济、合理的目的，这是在当前以及今后小型病险水库防渗方案选择中值得深入研究的课题。
参考文献
[1] 牛运光. 土坝安全与加固 [M].北京：中国水利水电出版社，1998。
[2] 杜雷功.全国病险水库除险加固专项规划综述 [J]. 水利水电工程设计，2003(3).
[3] 谭界雄 ，任翔.我国小型病险水库病害特点及除险加固技术[J].中国水利，2011（14）.
[4]孙正东 ，施俊跃 ，范波芹 .小型水库除险加固工程设计复核工作探讨[J].中国水利，2011（14）.
[5]周永喜.病险水库土石坝渗漏原因分析及防渗处理措施[J].大坝与安全.2009,02.
关键词：小型除险水库；加固技术
中图分类号：TV62 文献标识码：A 文章编号：
0.引言
人类建造水利工程已有几千年的历史，从中国的都江堰引水灌溉工程到古罗马的城市供水系统、再到当今世界最大的三峡水利枢纽工程。通过修渠建坝成功控制洪水，利用水资源灌溉、发电已经成为人类几千年文明史的重要组成部分。由于水利工程的特殊性，它在为人类造福的同时也存在着安全隐患，一旦工程失事就会面临毁灭性的灾难。
随着社会经济、人口的发展,水资源越来越紧缺,合理开发和利用水资源已成为近年来水利工作的重点。小型水库坝体的渗漏问题，除了影响坝体自身安全以外，水资源浪费也比较严重。加之近年来洪涝灾害频繁，超标准洪水时常出现，使得一些小型病险水库的安全问题更加突出。随着国家对防汛保安工作的重视， 对小型水库除险加固工程的资金投入越来越多。 小型水库功用除基本的防汛和灌溉外， 其养殖等显著经济效益也越来越受人们青睐。抓紧现有病险水库除险加固，使其充分发挥各种效益,对小型水库除险加固工程质量控制提出要求。故小型水库的除险加固也是非常必要和迫切的。
1.水库土石坝病险成因分析
病险土石坝的渗漏主要存在以下两方面：
1)坝基渗漏
很多病险库都存在坝基渗漏问题，主要是因为建于上世纪50至70年水库基本都属于“三边”工程，对坝基没有很好的按技术要求进行处理，不是坝基不到位导致坝基坝体接触面成为渗水薄弱环节，就是截水槽的开挖深度不够，留下了渗水通道。或者坝体填筑标准不够，压实度根本满足不了设计要求，给坝体稳定埋下安全隐患。有些水库的坝基渗漏是因为坝基位于覆盖层上，而覆盖层的渗透系数大，允许渗透比较低。原设计的坝基截水槽或者其它处理措施的深度没有达到，相对不透水层或者截水悬挂帷幕的深度不够，不能有效的阻止渗漏或延长渗径，甚至就根本没有进行坝基处理。
2)坝体渗漏
坝体渗漏多由于坝体填筑材料或者填筑标准不符合要求，密实度不够，渗透系数偏大。在建期间受资金及条件的限制，采用人工筑土建成，大坝填筑质量差，回填质量达不到规范要求。有的水库建设时采用人工夯填，坝体素填土的渗透系数为2.20×10-4~3.39×10-4cm/s，属于中等透水，由凝灰熔岩风化的粘性土填筑而成，含少量碎石，含砂量平均值为29.4%，坝底局部含有少量块石。
3)坝体稳定不满足规范要求
常见的原因有上游坝体渗透系数太小而坡比较陡，浸润线偏高，坝体断面偏陡等。根据规范规定，坝体稳定应对正常运行期的上下游坝坡、水位骤降的上游坝坡、一定蓄水位与地震组合的上下游坝坡、施工期上下游坝坡进行抗滑稳定验算。如果上游坝体渗透系数太小而坡比较陡，使得在水位骤降工况下，上游坝体内的水不能及时排出坝体，增大了土体重量（此时一般为饱和容重），由于含水量大而减小了凝聚力和内摩擦角，从而造成上游坡失稳，处理措施一般是减缓坝坡。
2.几种水库加固防渗技术及其特点
针对小型水库坝基坝体的渗漏情况，病险土石坝的防渗处理方法大部分采用灌浆措施，坝基的防渗处理主要有高压旋喷灌浆及帷幕灌浆，坝体的防渗处理主要有充填式灌浆和劈裂灌浆，而随着土工合成材料的发展，用土工膜或复合土工膜防渗得到越来越广泛的应用。
1)高压旋喷灌浆：该技术比较成熟的技术，近年来工艺、材料、设备都有很大的发展，应用十分广泛。针对不同情况灌浆可采用渗透性灌浆和强制性灌浆，前者不改变或破坏被灌对象的结构，后者反之，如高压旋喷、搅拌桩、劈裂灌浆等。当使用的浆液具有高的凝固强度时，可起到既防渗又加固的效果，强度低的仅起到防渗的效果。该技术是使浆液在很高的压力下通过注浆管，从喷嘴高压射出，注入地基，在射流的冲击、切削、搅拌作用下，浆液与原地基混为一体，对地基产生挤压、渗透作用，使旋喷桩及其周围土体的密实度和承载能力得到提高。高压旋喷灌浆施工需要的场地小，施工工序少、不需开挖，减少基坑渗水量，降低施工难度、简便，但容易污染环境，成本较高，对于特殊的不能使喷出浆液凝固的土质不宜采用，且跟常规帷幕灌浆相比投资也相对偏高。
2)帷幕灌浆：帷幕灌浆是把一定配合比的具有流动性和胶凝性的浆液，通过钻孔压入岩层裂隙中，经胶结硬化后提高岩基的强度，改善岩基的整体性和抗渗性。它的特点是：钻孔深、灌浆压力较大、孔呈线状排列。帷幕灌浆作为防渗处理的一种重要手段，已越来越多地被应用在各种水利水电建设工程中，同时帷幕灌浆技术也在不断的发展，以适应不同的地层条件和施工要求。
3)充填灌漿：充填式灌浆是利用浆液自重，按某种混和的浆液注入坝体内，自下而上堵塞坝体内较大的空洞、漏洞、蚁穴、裂缝等使坝体空洞等密实，与坝体形成统一的粘结整体，进而充填坝体内的防渗漏洞，增强坝体的防渗能力，提高坝体的稳定性。当坝体存在局部裂缝及洞穴时可按充填灌浆进行防渗处理。
4)劈裂灌浆：该技术是运用坝体坝应力分布规律，用一定的灌浆压力，将坝体沿轴线方向劈裂，同时灌注合适的泥浆，形成铅直连续的防渗泥墙，堵塞漏洞、裂缝或切断软弱层，以提高坝体的防渗能力，同时通过浆坝互压和湿陷，使坝体内部应力重新分布，提高坝体变形稳定性。劈裂式灌浆是在总结充填式灌浆的经验教训，分析坝体隐患的产生原因和泥浆劈裂坝体的规律的基础上提出来的。
5)铺设复合土工膜：复合土工膜是一种土工合成材料，具有较好的防渗效果，将复合土工膜铺设在需要进行防渗处理的坡面上，上面铺设砂垫层和砼，坝顶封顶层砼形成一个整体完全封闭的防渗体系，该坝体防渗效果的好坏关键是复合土工膜自身的防渗效果及其与周边连接的可靠性。
3.防渗技术在实际工程中的应用
对病险土坝进行防渗加固处理的方法较多，对坝基渗漏的处理一般依据上游“铺、截、堵”，下游“导、减、排”的原则。所谓铺、截、堵就是修建铺盖、防渗墙和帷幕灌浆等以减小渗漏量；导、减、排是修建导渗反滤体、减压井、排水沟等以降低坝基压力。
(1)针对坝体存在隐患的防渗加固一般采用坝体垂直防渗和上游坡面防渗，一般采用如下的三种防渗措施：①首先应对坝体进行必要的充填灌浆，增加坝体的密实度，然后在坝体上游坡铺设复合土工膜。②劈裂灌浆利用了坝体填筑的自然应力状态，不但对坝体起到较好的加固作用，还可以将坝基一定深度地劈开，对坝体和坝基的结合面起到很好的防渗作用。③根据工程的具体情况，采取在上游坝坡贴防渗斜墙、铺设复合土工膜、加大坝体断面等措施。
(2)土石坝虽然坝型常见，但由于其工程情形复杂，机具、材料等条件多变，并且各项具体的防渗技术方法很多都有其特定的适用范围和局限性，因此，对每一具体工程病害都应进行仔细分析。应从工程病害情况、防渗处理要求、工程费用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑。
4.结论
随着除险加固技术与工艺的不断发展，新技术、新工艺的不断产生和完善，将在水库、堤防及相应工程等的除险加固中不断取得新的成绩和突破。每种新技术有各自的原理、施工工艺、优缺点和适用性。因此，要做好除险加固技术，首先要认真分析病害及其原因，然后才能对症下药，采取适宜的措施进行加固，达到既能使水库正常运行，又能减少工程造价的目的。在工程实际中，根据工程的实际情况选择相应的综合防渗技术，以达到科学、经济、合理的目的，这是在当前以及今后小型病险水库防渗方案选择中值得深入研究的课题。
参考文献
[1] 牛运光. 土坝安全与加固 [M].北京：中国水利水电出版社，1998。
[2] 杜雷功.全国病险水库除险加固专项规划综述 [J]. 水利水电工程设计，2003(3).
[3] 谭界雄 ，任翔.我国小型病险水库病害特点及除险加固技术[J].中国水利，2011（14）.
[4]孙正东 ，施俊跃 ，范波芹 .小型水库除险加固工程设计复核工作探讨[J].中国水利，2011（14）.
[5]周永喜.病险水库土石坝渗漏原因分析及防渗处理措施[J].大坝与安全.2009,02.