水利工程中壩體防滲技術(shù)處理

姜春艷

（黑龍江省隆業(yè)水利水電工程建設(shè)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150001）

1 某水庫壩體狀況簡述

某水庫工程由于建設(shè)周期長，施工管理問題多，施工質(zhì)量不高，未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。工程建成后，一直帶病運(yùn)行，特別是主壩壩體、右壩肩、溢洪道基礎(chǔ)等部位均存在比較嚴(yán)重的滲漏，不僅危及工程安全，也限制水位的抬高，使大壩不能正常蓄水，灌溉面積一直受到限制，發(fā)揮不了應(yīng)有的效益。根據(jù)建設(shè)、運(yùn)行情況和實(shí)地查勘，該水庫工程目前存在的問題主要有:粘土斜墻由于不均勻沉降出現(xiàn)過開裂，壩體滲漏；主壩基礎(chǔ)漏水；大壩右壩肩繞壩滲漏嚴(yán)重；溢洪道底板和尾端水毀嚴(yán)重，排水失效。以上險情中，滲漏為重中之重，特別是主壩壩體、壩基、壩肩均有滲漏，水庫樞紐加固除險的核心是防滲和抗?jié)B。

2 壩體防滲技術(shù)方案確立

2.1 通過室內(nèi)外土工試驗(yàn)，系統(tǒng)研究壓實(shí)粘土的抗拉特性。

2.2 結(jié)合有限元計(jì)算分析，研究不同細(xì)粒含量心墻土料可能的破壞型式，發(fā)生破壞的條件及其影響因素等，對防滲土料發(fā)生水力劈裂或滲透破壞的內(nèi)在機(jī)制進(jìn)行研究和分析。

2.3 采用大型土工離心機(jī)模型試驗(yàn)等物理模擬手段，模擬高土石壩的施工和蓄水條件，研究心墻水力劈裂及壩體裂縫產(chǎn)生、發(fā)展的機(jī)理，探索高土石壩抗裂防滲的工程措施。

2.4 對心墻堆石壩的計(jì)算分析方法和程序進(jìn)行完善，發(fā)展三維有限元仿真算法，提高心墻水力劈裂可能性和裂縫發(fā)生預(yù)測分析的可靠性。

2.5 在以上研究分析的基礎(chǔ)上，配合現(xiàn)場勘探資料和觀測結(jié)果，提供系統(tǒng)的加固處理設(shè)計(jì)方案，并指導(dǎo)實(shí)施。

3 壩體防滲設(shè)計(jì)實(shí)施

隨著壩工建設(shè)的發(fā)展，新的土石壩防滲加固技術(shù)不斷出現(xiàn)。壩體防滲處理技術(shù)主要包括:機(jī)械造槽法混凝土防滲墻技術(shù)、高壓噴射灌漿防滲技術(shù)、劈裂帷幕灌漿技術(shù)、振動沉模防滲板墻技術(shù)、土工膜防滲技術(shù)、套孔沖抓法防滲墻技術(shù)和倒掛井法防滲墻技術(shù)等等。而振動沉模防滲板墻技術(shù)造墻深度目前只能達(dá)到20m左右；土工膜防滲技術(shù)采用的土工膜容易破裂、脆裂和老化，可靠程度較低；套孔沖抓法防滲墻技術(shù)主要適用水上施工，對水下或浸潤線以下施工比較困難，對填筑比較松散的壩體容易塌孔，下孔檢查安全性差；倒掛井法安全性差，工期長，且需庫水位降低。因此，對于土壩防滲處理技術(shù)，目前國內(nèi)采用較多且技術(shù)比較成熟的主要有:機(jī)械造槽法混凝土防滲墻技術(shù)、高壓噴射灌漿防滲技術(shù)和劈裂帷幕灌漿技術(shù)。但劈裂帷幕灌漿技術(shù)適用于壩高較低，土壩壩體疏松或存在裂縫、涸濕、漏水及滲透變形等問題，由于本壩壩高較高，劈裂灌漿處理不適合。

3.1 混凝土防滲墻技術(shù)和高壓噴射灌漿防滲技術(shù)可在壩體內(nèi)形成一道滲透系數(shù)可達(dá)10-6～10-7cm/s的防滲體，本工程主要對此兩種方案進(jìn)行比較兩方案均具可操作性，施工技術(shù)均較為成熟、安全、可靠，工程經(jīng)驗(yàn)較豐富。從投資方面看，方兩方案投資相差較小。但就本工程而言，根據(jù)大壩鉆孔資料，175-185m高程區(qū)段粗粒徑含量明顯大于上、下相臨區(qū)段，壩體中粒徑8～20cm含量為10-30%。采用高噴技術(shù)施工要求較高，施工質(zhì)量較難控制，防滲效果較難達(dá)到預(yù)期效果。參考目前國內(nèi)外土壩防滲處理經(jīng)驗(yàn)，采用混凝土防滲墻防滲的土壩，多數(shù)工程運(yùn)行效果較為理想。因此，壩體采用混凝土防滲墻防滲，對于壩基采用帷幕灌漿相結(jié)合的方案。

3.2 復(fù)合土工膜設(shè)計(jì)。復(fù)合土工膜的鋪設(shè)范圍是主壩死水位以上的全部上游面及周邊3m范圍內(nèi)。具體為主壩軸線180m外的左右各3m，共186m；起始高程270.00m，頂部達(dá)到壩頂310.00m高程。

某水庫校核洪水位308.70m，鋪膜最低水位270.00m，土工膜工作水頭較高，達(dá)38.70m。根據(jù)規(guī)范SL210－98要求，本工程選用PE材料的二布一膜型復(fù)合土工膜。參照類似工程，依據(jù)廠家試驗(yàn)資料和數(shù)據(jù)選用對應(yīng)厚度的材料。設(shè)計(jì)選用的復(fù)合土工膜特性為:PE膜厚度為0.5mm（可大于0.5mm），總厚度不小于1.5mm。參數(shù)為:450g/0.5PE/450g。復(fù)合土工膜的滲透系數(shù)至少為1×10-11～1×10-12cm/s。完全滿足要求。根據(jù)規(guī)范要求，進(jìn)行抗滑計(jì)算。

復(fù)合土工膜與壩坡整平層的抗滑穩(wěn)定經(jīng)計(jì)算，施工期抗滑系數(shù):K＝1.6>1.4，水位降落期K＝1.26>1，均滿足要求。蓄水后水壓力通過土工膜對下墊層產(chǎn)生很大壓力，抗滑安全系數(shù)必定很大，能夠滿足要求，不做計(jì)算。復(fù)合土工膜與保護(hù)層的抗滑穩(wěn)定保護(hù)層的底層為沙壤土，根據(jù)相關(guān)資料，采用無紡布與碎石土的摩擦系數(shù):干-摩擦角30.4°，濕-28.9°。施工期:K＝2.04；蓄水期:K=2.45；水位降落期:K＝1.8>1.4，滿足要求。

3.3 土壩劈裂灌漿技術(shù)是提高壩體防滲能力和改善土壩應(yīng)力狀況的一種加固壩體的技術(shù)措施。其技術(shù)要點(diǎn)為:

3.3.1 運(yùn)用壩體應(yīng)力分布規(guī)律，用一定的灌漿壓力，將壩體沿軸線方向劈裂，同時，灌注合適的泥漿，形成垂直的防滲泥墻，并堵塞漏洞、裂縫或切斷軟弱層，以提高壩體的防滲能力。劈裂灌漿的布孔，應(yīng)按槽段等不同部位分別布孔設(shè)計(jì)。在河槽段，一般沿壩軸線單排布孔，如果壩體普遍碾壓質(zhì)量不好時，可雙排或3排布孔。在岸坡段和彎曲段，應(yīng)適當(dāng)縮小孔距，并應(yīng)進(jìn)行布孔設(shè)計(jì)，確定灌漿方法。

3.3.2 造孔深度應(yīng)較隱患部位增加2～3米，泥墻的設(shè)計(jì)厚度一般可采用5～20厘米，應(yīng)根據(jù)土壩土質(zhì)、壩高情況等合理確定。泥墻的設(shè)計(jì)容量，可根據(jù)不同的土壩，不同的灌漿方法和漿液中粘粒含量多少提出要求，灌漿一年后應(yīng)為1.4～1.6噸/立方米。為加速漿液凝固和提高后期強(qiáng)度，可摻入適量水泥，水泥摻量可為15%左右，必要時通過試驗(yàn)確定。

3.3.3 灌漿允許壓力應(yīng)經(jīng)計(jì)算和現(xiàn)場試驗(yàn)確定。灌漿應(yīng)采用孔底注漿全孔灌注和分序灌注。該技術(shù)適用于壩高50米以內(nèi)的均質(zhì)壩和寬心墻壩。對于壩高50米以上的均質(zhì)壩和寬心墻壩以及窄心墻壩要經(jīng)過充分論證后確定。

結(jié)語

水庫根據(jù)水庫實(shí)際工程地質(zhì)條件，通過方案比較，壩體采取塑性砼防滲墻防滲處理措施，取得較好的防滲效果，可為其他工程建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)參考。在該水庫防滲加固任務(wù)中，除了引用復(fù)合土工膜設(shè)計(jì)和混凝土防滲墻技術(shù)和高壓噴射灌漿防滲技術(shù)外，在細(xì)節(jié)上通過引進(jìn)水泥土攪拌樁防滲墻技術(shù)工藝和設(shè)備，用水泥漿做固化劑，用VC折行截滲樁機(jī)將水泥漿噴入土層，使水泥、土體和水硬結(jié)成為具有良好的整體性、穩(wěn)定性、不透水性，并具有一定強(qiáng)度的水泥土防滲墻，從而起到土基庫壩體的防滲作用，采用3-5組的水泥土攪拌樁機(jī)實(shí)施防滲墻技術(shù)較為適合該水庫的防滲處理。

[1]楊志波，姜彩霞，孟佳寧.截滲墻在干渠堤段除險加固中的作用[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2007（04）.

[2]李國齊，趙厥瑞.劈裂灌漿法在處理土壩裂縫中的應(yīng)用[J].安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2003（03）.