淺議小型水庫(kù)土石壩除險(xiǎn)加固技術(shù)的應(yīng)用分析

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  淺議小型水庫(kù)土石壩除險(xiǎn)加固技術(shù)的應(yīng)用分析

摘要：水庫(kù)是我國(guó)防御江河洪水、發(fā)展農(nóng)業(yè)灌溉和為城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)生活提供用水等方面的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一,在水利建設(shè)中占有重要的地位。病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)中土石壩防滲技術(shù)往往是決定大壩除險(xiǎn)方案的決定措施，常用在土石壩除險(xiǎn)加固防滲技術(shù)有高壓旋噴灌漿、劈裂灌漿、混凝土防滲墻、沖抓套井回填、土工膜、黏土斜墻防滲等。技術(shù)都比較成熟可靠，在選擇時(shí)要考慮各技術(shù)方案的可行性、優(yōu)缺點(diǎn)，地質(zhì)施工條件，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)對(duì)比選取可靠經(jīng)濟(jì)的技術(shù)方案。 關(guān)鍵詞：小型水庫(kù)；土石壩；除險(xiǎn)加固；防滲技術(shù)；應(yīng)用分析 中圖分類(lèi)號(hào)：u457文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： a 文章編號(hào)： 1 梁平縣，位于重慶市境北部，東鄰萬(wàn)州區(qū)，南接忠縣、墊江縣，西、北與四川省達(dá)州市的大竹縣、達(dá)縣、開(kāi)江縣接界?？偯娣e1890平方公里。已建成水利工程處數(shù)4295處，其中水庫(kù)75座(中型水庫(kù)3座，?。ㄒ唬┬退畮?kù)22座，?。ǘ┬退畮?kù)50座)，山平塘4053口，引水堰72條，取水泵站80處，石河堰15處，蓄引提水總量13030萬(wàn)m³，設(shè)計(jì)灌溉面積38.17萬(wàn)畝，有效灌溉面積達(dá)31.98萬(wàn)畝，保證灌溉面積19.24萬(wàn)畝，旱澇保收灌溉面積18.11萬(wàn)畝，為全縣100%的城鎮(zhèn)、80%的工業(yè)和75%以上的農(nóng)業(yè)提供了用水保障，為全縣經(jīng)濟(jì)社會(huì)又好又快發(fā)展提供了強(qiáng)有力的水利支撐。 2 土石壩防滲 壩基防滲結(jié)構(gòu)形式采用帷幕和排水結(jié)合或截水墻防滲； 壩體防滲結(jié)構(gòu)形式在于選擇好筑壩土料以及壩的防滲體結(jié)構(gòu)形成，過(guò)渡區(qū)和排水反濾等，以防止?jié)B流變形對(duì)壩的危害。病險(xiǎn)水庫(kù)滲流問(wèn)題主要表現(xiàn)在土石壩壩體與壩基滲漏，針對(duì)該類(lèi)問(wèn)題，通常采取“上堵下排”加固措施，上堵就是沿壩軸線上游側(cè)采取防滲措施，以增強(qiáng)壩體抗?jié)B性能；下排就是做好下游壩腳的排水設(shè)施，防止土體顆粒被滲水帶走。病險(xiǎn)土石壩防滲處理分壩體防滲處理和壩基防滲處理，根據(jù)處理對(duì)象的具體情況，可選用高壓噴射灌漿、劈裂灌漿、混凝土防滲墻、沖抓套井黏土回填防滲墻、土工膜、黏土斜墻防滲等措施。 （1） 高壓噴射灌漿防滲。 利用鉆機(jī)鉆孔，將噴射管置于孔內(nèi)（內(nèi)含水管、水泥管和風(fēng)管）， 由噴射出的高壓射流沖切破壞土體，同時(shí)隨噴射流導(dǎo)入水泥漿液與被沖切土體摻攪，噴嘴上提，漿液凝固，在地基中按設(shè)計(jì)的方向、深度、厚度及結(jié)構(gòu)形式與地基結(jié)合成緊密的凝結(jié)體， 起到防滲作用。其主要優(yōu)點(diǎn)是施工速度快，比混凝土防滲墻快10～30 倍。如三峽三期圍堰防滲面積達(dá)2 萬(wàn)m²，僅用45 天就完成施工。20 世紀(jì)70 年代，由日本引進(jìn)高壓旋噴灌漿法，80 年代初國(guó)內(nèi)將旋噴改為定向噴射灌漿，用于病險(xiǎn)水庫(kù)壩基防滲，取得了較好的效果，迅速得到了推廣。進(jìn)入80 年代后，在已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)深入地結(jié)合實(shí)際工程研究施工工藝、專(zhuān)用設(shè)備、噴射形式、設(shè)計(jì)計(jì)算及相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)。高噴灌漿最初主要用于黏土層和砂土層的防滲， 近年來(lái)在砂礫層中也有許多成功應(yīng)用。目前分為旋噴、擺噴、定噴三種。采用高壓噴射灌漿進(jìn)行大壩防滲處理，成功例子很多，效果明顯。但失敗例子也不少，其原因是，不同地層條件，高噴技術(shù)參數(shù)選用具有較強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性，有時(shí)還需要通過(guò)灌漿試驗(yàn)確定。如在二長(zhǎng)花崗巖砂性地區(qū)，若帶水鉆孔常有塌孔，往往高壓灌漿不能完成設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，需要采用干鉆鉆孔，成孔效果好些。 高噴灌漿適應(yīng)性較廣，優(yōu)點(diǎn)突出，對(duì)細(xì)顆粒地層是比較適宜的， 對(duì)摻有大顆粒地層或是致密的黏性土層中，要求工藝就高，選取參數(shù)要試驗(yàn)，在砂卵石、塊石地層中造孔難度也大， 需要采用沖擊進(jìn)鉆及化學(xué)固壁材料。近年來(lái)在重慶水利工程土石壩除險(xiǎn)加中，該項(xiàng)防滲技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。 （2） 劈裂灌漿防滲。 20 世紀(jì)70 年代末，國(guó)內(nèi)研究人員通過(guò)試驗(yàn)，在過(guò)去重力壩灌漿的基礎(chǔ)上， 利用土石壩中最小主應(yīng)力面和壩軸線方向一至的規(guī)律， 在土壩中采取劈裂灌漿，沿壩軸線布孔，使用一定壓力，將壩體沿壩軸線小主應(yīng)力面劈開(kāi)，灌注泥漿，并使?jié){壩互壓，最后形成（10～50）cm 厚的密實(shí)、豎直、連續(xù)泥墻，以達(dá)到防滲目的。同時(shí)，泥漿使壩體濕化，與漿脈連通的所有裂縫、洞穴等隱患均可被漿液充填密實(shí)，增加壩體的密實(shí)度。這項(xiàng)技術(shù)不僅起到防滲作用，也加固了壩體。其優(yōu)點(diǎn)在于可以就地取材，施工簡(jiǎn)便，投資省、工效高、較快地得到推廣。劈裂灌漿應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，過(guò)去規(guī)范規(guī)定壩高50 m 以下的均質(zhì)壩和寬心墻壩，并要求在低水位進(jìn)行；近年來(lái)，逐漸發(fā)展到超過(guò)50m 壩高，且高水位也可進(jìn)行，還可以作劈裂堤壩基礎(chǔ)灌漿，在窄心墻壩也可以進(jìn)行。適用于壩身浸潤(rùn)線出溢點(diǎn)過(guò)高，有散浸現(xiàn)象，裂縫（不包括滑坡裂縫）及各種洞穴的壩體。灌漿材料主要有：水泥漿、黏土漿、水泥黏土漿、水泥水玻璃漿液、水泥砂漿、水玻璃類(lèi)漿液等。一般多采用土料漿， 根據(jù)不同需要可摻入水泥、各種外加劑。 對(duì)于粗砂及卵礫石壩基，因其土層結(jié)構(gòu)性差，形不成連續(xù)劈裂，壩基不適合用劈裂灌漿技術(shù)處理。劈裂灌漿技術(shù)主要適合于處理存在壓實(shí)質(zhì)量差、有裂縫、洞穴、水平夾砂層等隱患的土壩及結(jié)構(gòu)性較強(qiáng)的粉細(xì)砂及土砂夾層透水地基。重慶涪陵、巴南區(qū)等中小型水庫(kù)中曾利用該技術(shù)進(jìn)行壩體防滲加固， 取得的效果較好，滿(mǎn)意度高。 （3） 混凝土防滲墻。 主要采用鉆鑿、鋸槽、液壓開(kāi)槽機(jī)、射水及薄抓斗等工法， 在壩體或地基中建造槽形孔， 以泥漿固壁，然后采用直升導(dǎo)管，向槽孔內(nèi)澆筑混凝土，形成連續(xù)的混凝土墻，以達(dá)到防滲目的。防滲墻施工可以適應(yīng)各種不同材料的壩體和各種復(fù)雜地基， 墻的兩端能與岸坡防滲設(shè)施或岸邊基巖相連接， 墻的底部可嵌入弱風(fēng)化基巖內(nèi)一定深度， 徹底截?cái)鄩误w及壩基的滲透水流。早期防滲墻主要采用烏卡斯鉆機(jī)施工，成墻厚度（0.8～1.0）m，價(jià)格較貴。20 世紀(jì)80 年代后，出現(xiàn)了鋸槽、液壓開(kāi)槽、射水及薄抓斗等多種成墻方法，墻體厚度也愈來(lái)愈薄，墻體深度也愈來(lái)愈大。如黃河小浪底右岸壩基防滲墻深度已達(dá)81.9 m。近年來(lái)推廣使用振動(dòng)沉模防滲板墻技術(shù)， 利用強(qiáng)力振動(dòng)原理將空腹模板沉入土中，向空腹內(nèi)注滿(mǎn)漿液，邊振動(dòng)邊拔模，漿液留于槽孔中形成單塊板墻，將單板連接起來(lái)，即形成連續(xù)的防滲板墻帷幕，該項(xiàng)新技術(shù)主要用于砂、砂性土、粘性土、淤泥質(zhì)土及砂礫石地層建造混凝土連續(xù)的防滲檣，造墻深度可達(dá)20 m 左右，厚度（8～25）cm，最厚可達(dá)30 cm，其不足之處是對(duì)卵石含量高的厚地層沉入困難， 不能沉入基巖和大塊石中。目前國(guó)內(nèi)大型病險(xiǎn)土石壩防滲加固采用此法的工程較多，應(yīng)該引起注意的是，防滲墻剛度遠(yuǎn)大于土石壩材料，因此，壩體防滲墻與壩基防滲墻有較大不同。壩基防滲墻受壩體自重和水荷載作用，壩體自重引起壩基變形對(duì)防滲墻受力有利， 水荷載引起壩基變形對(duì)防滲墻受力不利，有可能產(chǎn)生拉應(yīng)力。由于壩體水平變形比壩基大得多， 壩體防滲墻更容易出現(xiàn)拉應(yīng)力，甚至發(fā)生斷裂。而且病險(xiǎn)土石壩多數(shù)存在施工碾壓密實(shí)度不夠問(wèn)題， 大壩受水荷載作用時(shí)變形更大，因此，應(yīng)注意壩體防滲墻的受力分析，特別是深壩體防滲墻受力分析。平江縣大型土石壩不多，所以在土石壩除險(xiǎn)中較少采用該項(xiàng)技術(shù)。混凝土防滲墻適用性較廣，如砂土、砂壤土、粉土、卵礫石土層等，實(shí)用性較強(qiáng)，但在造孔成墻技術(shù)對(duì)槽孔之間的接頭和墻體下部開(kāi)叉問(wèn)題難以徹底解決。 （4） 沖抓套井黏土回填防滲墻。 利用沖抓式打井機(jī)具，在土石壩防滲漏范圍的防滲體中造孔，用黏性土料分層回填夯實(shí)，形成一個(gè)連續(xù)的黏土防滲墻。同時(shí)，在回填夯擊時(shí)，對(duì)井壁土層擠壓，使其井孔周?chē)馏w密實(shí)，提高壩體質(zhì)量，從而達(dá)到防滲加固的目的。20 世紀(jì)70 年代初，由浙江省溫嶺縣在處理險(xiǎn)壩中首創(chuàng)，近年來(lái)，這項(xiàng)防滲措施不斷得到完善和發(fā)展，逐步推廣。實(shí)踐證明，它具有機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單，施工方便、工藝易掌握、工程量小、工效高、造價(jià)低、防滲效果好等優(yōu)點(diǎn)。中小型水庫(kù)土石壩使用較多。但該項(xiàng)措施，僅適用于壩體滲漏處理，孔深一般不超過(guò)25 m。對(duì)處理壩基滲漏時(shí)，很難解決砂礫石和風(fēng)化破碎巖石的清除， 尤其在水下更難以施工，在雨季施工也有一定困難。 由于機(jī)械性能的限制，此頂技術(shù)一般只適用于均質(zhì)土壩和心墻壩，對(duì)于斜墻土壩之類(lèi)，因與防滲體的銜接困難，只適用于斜墻局部高程的防滲加強(qiáng)。對(duì)于孔深以不超過(guò)40 m 為宜，此項(xiàng)技術(shù)受水庫(kù)蓄水情況控制明顯，在高水位情況下，因壩體受滲水影響面使造孔和回填困難，所以，只能在干庫(kù)或孔內(nèi)無(wú)水的情況下施工。 （5） 土工膜防滲。 土工膜以重量輕、運(yùn)輸量小、縮短工期、鋪設(shè)方便、節(jié)省造價(jià)、防滲性能及適應(yīng)壩體變形等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)廣泛應(yīng)用于土壩防滲加固， 已從低壩向高壩發(fā)展。土工膜防滲的主要問(wèn)題是，受紫外線作用的老化問(wèn)題， 實(shí)踐證明埋在地下的土工膜基本不受紫外線的影響，我國(guó)規(guī)范規(guī)定僅50 m 高以下的大壩可使用土工膜防滲。鑒于壩體深混凝土防滲墻施工難度大和受力狀態(tài)難以滿(mǎn)足要求， 土工膜防滲又難以解決壩基滲漏問(wèn)題，為此，不少工程設(shè)計(jì)出在上游壩坡中下部向下打混凝土防滲墻， 上部接土工膜斜墻到壩頂?shù)穆?lián)合防滲方案， 有效克服了上述兩種防滲技術(shù)單獨(dú)使用存在的不足。在?。á。┬退畮?kù)除險(xiǎn)加固中丁溪水庫(kù)采用土工膜，防滲效果明顯。土工膜可用于水庫(kù)庫(kù)盤(pán)防滲、土石壩的直立防滲墻或傾斜防滲層。土工膜用于水利防滲工程，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，防滲效果好，節(jié)省工程造價(jià)，加快工期等顯著優(yōu)點(diǎn)， 但與混凝土、黏土等防滲材料相比，有容易破裂、脆裂、老化、化學(xué)腐蝕等弱點(diǎn)。 （6） 黏土斜墻防滲。 適用于均質(zhì)土石壩，在黏土含量較豐富地區(qū)，對(duì)均質(zhì)土質(zhì)的壩體滲漏采用黏土斜墻防滲體能有效地控制滲漏。黏土斜墻防滲效果比不上前面所述技術(shù)方案，但它施工方便，簡(jiǎn)單，施工進(jìn)程快，能達(dá)到土石壩滲流要求，只是需要黏土較多，運(yùn)輸量較大，是一項(xiàng)較成熟的土石壩防滲技術(shù)。 以上各種防滲技術(shù)，各有特點(diǎn)及適用條件，技術(shù)、工藝要求各有不同， 對(duì)于治理病險(xiǎn)土石壩具體選用何種處理方案，必須綜合考慮水庫(kù)壩型、壩高、地質(zhì)、施工等因素，查明病因和機(jī)理，然后提出可行治理技術(shù)方案，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較，擇優(yōu)選取，最終選定方案。