土石壩失事風(fēng)險(xiǎn)成因及其針對(duì)性改造

宋懷杰

(青岡縣水務(wù)局，黑龍江 青岡 151600)

土石壩失事風(fēng)險(xiǎn)成因及其針對(duì)性改造

宋懷杰

(青岡縣水務(wù)局，黑龍江 青岡 151600)

土石壩是中小型水庫(kù)的重要建筑形式，雖然其成本低但是卻存在比較大的失事風(fēng)險(xiǎn)，一旦出現(xiàn)險(xiǎn)情勢(shì)必會(huì)給周邊群眾及各類(lèi)生產(chǎn)生活設(shè)施造成嚴(yán)重的損壞，如何預(yù)防土石壩失事風(fēng)險(xiǎn)，保證中小型水庫(kù)的安全，是水庫(kù)管理當(dāng)中面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)有的研究資料，分析了土石壩風(fēng)險(xiǎn)形成的原因，提出了改造建議。

土石壩；失事風(fēng)險(xiǎn)；成因；滲漏；改造技術(shù)

現(xiàn)在，中小型水庫(kù)在建設(shè)當(dāng)中主要采用的是土石壩結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)成本低、建設(shè)快，但是也存在著失事風(fēng)險(xiǎn)高的問(wèn)題，一旦出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)勢(shì)必會(huì)對(duì)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，以及社會(huì)的穩(wěn)定性造成很大的威脅和影響。減少土石壩失事風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)防各類(lèi)險(xiǎn)情是各級(jí)水利部門(mén)面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。

1 土石壩失事風(fēng)險(xiǎn)的成因分析

1.1 壩體滲漏

土石壩在施工建設(shè)的過(guò)程中，勘察設(shè)計(jì)存在一定的問(wèn)題，選擇壩體防滲土料的抗?jié)B能力達(dá)不到土石壩的建設(shè)要求，一些壩體在施工過(guò)程中因?yàn)楹细裢亮蟽?chǔ)備不夠，為了滿(mǎn)足施工時(shí)間的要求，將合格的土料放在下面，將不合格的土料填筑在上面，導(dǎo)致壩體上不出現(xiàn)滲漏。同時(shí)，現(xiàn)在的土石壩多建在上個(gè)世紀(jì)，當(dāng)時(shí)施工組織水平不高，在施工建設(shè)上采取的是分段包干的方式，各倉(cāng)面施工上升速度并不一致，填筑的圖層厚度存在較大的差異，不同的施工段之間相鄰結(jié)合部出現(xiàn)了少壓、側(cè)壓的松土帶，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中出現(xiàn)了滲漏。同時(shí)，早期的施工機(jī)械水平低，多采用人工夯實(shí)方式，每層土的密實(shí)度都不一樣，如果下部夯實(shí)度不厚，可能會(huì)習(xí)慣成集中水平滲漏帶。除此之外，輸水涵洞設(shè)計(jì)不當(dāng)、沒(méi)有設(shè)施排水及反濾設(shè)施、白蟻危害、地震等都可能導(dǎo)致壩體滲漏[1]。

1.2 壩基滲漏

壩基滲漏也是土石壩失事風(fēng)險(xiǎn)的重要原因，壩基是整個(gè)土石壩的基礎(chǔ)，如果壩基出現(xiàn)問(wèn)題，勢(shì)必會(huì)對(duì)整個(gè)土石壩的安全性造成影響。但是，壩基導(dǎo)致的滲漏在新建的水庫(kù)當(dāng)中并不多見(jiàn)，多出現(xiàn)在20世紀(jì)50—60年代建設(shè)的水庫(kù)當(dāng)中，因?yàn)楫?dāng)時(shí)施工條件有限，在壩基施工當(dāng)中都是采用人工清基的方式，由于施工地區(qū)多為山地和河床部位，施工難度非常大，尤其是在河床上施工，河流長(zhǎng)期沖積形成的沖基層清基不徹底，壩體與壩基的結(jié)合度不緊密，在水壓、腐蝕等長(zhǎng)期作用下，壩體和壩基結(jié)合部位很容易出現(xiàn)滲漏。此外，受到當(dāng)時(shí)施工技術(shù)、方案等因素的影響，在壩基施工當(dāng)中防滲措施不到位，一些土石壩在壩基施工當(dāng)中根本沒(méi)有設(shè)置截水槽，有的雖然設(shè)置了截水槽，但是截水槽的深度到不到保護(hù)壩基的要求，導(dǎo)致壩基出現(xiàn)了滲漏。此外，在施工建設(shè)之前，地址勘察階段當(dāng)中，沒(méi)有進(jìn)行認(rèn)真的勘察，壩基施工的地方存在砂礫石透水層或巖溶發(fā)育層，或者雖然發(fā)現(xiàn)了但是沒(méi)有采取帷幕灌漿等預(yù)防措施，防滲工作不到位導(dǎo)致出現(xiàn)滲漏。

1.3 繞壩滲漏

在施工當(dāng)中如果壩體與岸坡接觸帶清基不徹底，或者在施工當(dāng)中碾壓不到位，壩體與岸坡緊密度不夠，往往會(huì)出現(xiàn)繞壩滲漏，導(dǎo)致失事風(fēng)險(xiǎn)。此外，如果壩肩沿巖層面、節(jié)理或裂隙、斷層破碎帶等巖層不良發(fā)育的情況，也會(huì)出現(xiàn)繞壩滲漏的現(xiàn)象，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致壩體滲透變形[2]。此外，如果岸肩處的油水層低于水庫(kù)的正常蓄水位，并在低臨谷出露，會(huì)產(chǎn)生低鄰谷滲漏等。

2 土石壩失事風(fēng)險(xiǎn)的針對(duì)性改造措施

2.1 薄型混凝土防滲墻

混凝土防滲墻具有底層適應(yīng)強(qiáng)、防滲效果好、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，并且施工技術(shù)比較成熟，施工質(zhì)量比較可靠，因此是現(xiàn)在土石壩改造的一項(xiàng)重要措施，得到了較為廣泛的應(yīng)用。但是這種防滲處理方法成本比較好，并且比較適合大壩防滲處理，對(duì)于中小型熟路的小土石壩可以采取其它成本比較低的防滲技術(shù)措施，有效的節(jié)約投資。這種方法在施工當(dāng)中，要求壩基防滲帷幕軸線(xiàn)布置在壩體防滲軸線(xiàn)上游2m處，墻帷塔接長(zhǎng)度為5m，這樣能夠讓防滲墻與壩基帷幕當(dāng)中可能存在滲流隱患，在施工當(dāng)中可以通過(guò)預(yù)埋灌漿管、加寬帷幕墻厚度措施解決。在施工當(dāng)中，需要先將水庫(kù)放空，即便是在最低水位也不能進(jìn)行施工。因?yàn)椋@種施工方式是采取的沖擊鉆的施工方式，如果水庫(kù)當(dāng)中有水，水體給大壩會(huì)有很大的壓力作用，加上沖擊鉆的沖擊力，可能會(huì)讓壩體出現(xiàn)裂縫，甚至?xí)霈F(xiàn)滑坡等現(xiàn)象，加重土石壩失事風(fēng)險(xiǎn)[3]。

2.2 振動(dòng)沉膜防滲板墻

振動(dòng)沉模防滲墻是一種可以在水庫(kù)蓄水期內(nèi)正常施工的一種失事風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防技術(shù)，其厚度一般在0.08～0.25m，具體厚度要看施工的目的以及土石壩的具體情況而定。在施工的過(guò)程中，要注意振動(dòng)的幅度及對(duì)壩體的影響，不要在壩體已經(jīng)出現(xiàn)滲漏的地方振動(dòng)過(guò)大，以免對(duì)壩體造成進(jìn)一步損害，造墻的深度一般為16m，當(dāng)然可以根據(jù)具體的施工需要適當(dāng)?shù)募由罨蛘邷p少深度。由于這種防滲墻技術(shù)，工藝相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，施工速度快、工期短，適合在比較緊急的狀態(tài)下使用，并且造價(jià)低，造價(jià)約為300元/m2，質(zhì)量比較可靠，墻體的連續(xù)性很好，能夠起到良好的防滲除險(xiǎn)效果。尤其是是個(gè)黏性土、粉土、松散、中密等土石壩的防滲除險(xiǎn)工作。云南省鶴慶縣楊龍?zhí)端畮?kù)土石壩防滲除險(xiǎn)工程當(dāng)中，就采用的振動(dòng)沉膜防滲板墻技術(shù)，板墻設(shè)計(jì)寬度0.20m，深度15.7m，主要防滲材料為塑性混凝土2005年水庫(kù)建成蓄水以后，下游壩坡中原有的沼澤等病害消失，防滲墻高程范圍內(nèi)的原來(lái)的出現(xiàn)的幾個(gè)管涌點(diǎn)也消失，可見(jiàn)能夠起到良好的防滲除險(xiǎn)的作用。

2.3 高壓噴射灌漿

高壓噴射灌漿是一種比較先進(jìn)的土石壩除險(xiǎn)加固技術(shù)，這種技術(shù)適用范圍比較廣，適合淤泥質(zhì)土、黏土、粉土、砂土等松散透水低級(jí)或者填筑壩體，在施工當(dāng)中主要使用高壓噴射灌漿設(shè)備，將漿液噴到壩體上，起到防滲除險(xiǎn)的作用，詳見(jiàn)圖1。

圖1 高壓噴射灌漿

在施工當(dāng)中，要嚴(yán)格按照《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》中的規(guī)定進(jìn)行，在施工過(guò)程中要保持設(shè)備處于良好的使用狀態(tài)，實(shí)行連續(xù)噴漿作業(yè)的方式，保證施工的連續(xù)性。同時(shí)，要注意調(diào)節(jié)好壓力，壓力既不能過(guò)大，也不能過(guò)小。壓力過(guò)大，可能會(huì)對(duì)壩體的安全性造成影響，壓力過(guò)小則有可能灌漿壓力不夠，一些縫隙得不到有效的處理。高壓噴射灌漿對(duì)于施工設(shè)備要求相對(duì)比較高，但是施工速度快，墻體厚度一般在0.1～0.4m，但是造價(jià)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高，造價(jià)超過(guò)600元/m2，并且隨著材料價(jià)格的上漲，成本也處在不斷增加，并且孔深時(shí)噴射灌漿的質(zhì)量就難以控制，比較適合壩基防滲除險(xiǎn)的需要。

總之，土石壩失事風(fēng)險(xiǎn)的成因比較復(fù)雜，但是主要是土石壩滲漏導(dǎo)致的，在實(shí)踐當(dāng)中最好的除險(xiǎn)加固措施就是建設(shè)防滲墻，利用防滲墻的防滲作用，保護(hù)壩體、壩基、壩體與岸肩等不受損害，避免出現(xiàn)失事風(fēng)險(xiǎn)，使各類(lèi)水庫(kù)及其它水利設(shè)施能夠安全運(yùn)行。

[1]梁軍.土石壩病害成因分析及處理[J].科技信息，2013(17)：352-353.

[2]李國(guó)學(xué)，劉世鵬.遼寧省中型土石壩的病險(xiǎn)與除險(xiǎn)對(duì)策 [J].東北水利水電，2004，22(06)：50.

[3]鄒振宇.廣東省大中型水庫(kù)土石壩工程滲漏問(wèn)題及處理[J].廣東水利水電，2006(05)：12-14.

1007-7596(2014)01-0103-02

2013-11-28

宋懷杰(1976-)，女，黑龍江青岡人，工程師，研究方向?yàn)檗r(nóng)田水利。

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