綜述小型水庫土石壩滲漏問題及加固措施

黃為

【摘 要】土石壩的主要建筑材料為土，砂礫石和石渣，卵石以及爆破石料，因其具有就地取材，減少建筑材料運(yùn)輸過程，有利于機(jī)械化施工，降低工程造價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，因而在實(shí)際工程中得到了較為廣泛的使用。根據(jù)土石壩筑壩技術(shù)和筑壩工藝的不同，土石壩可以分為定向筑壩，碾壓式土石壩，水中填土土石壩等類型。近幾年來，由于大壩施工機(jī)械得到了廣泛的使用使得大壩施工人員數(shù)量的不斷減少，壩體防滲技術(shù)和防滲材料的不斷開發(fā)和應(yīng)用，使得土石壩筑壩周期不斷減少，壩體工程費(fèi)用不斷降低，為土石壩開辟了更為廣闊的發(fā)展前景。為保證土石壩的正常使用，就必須保證土石壩具有良好的防滲性能。但是，現(xiàn)階段，我國壩體防滲技術(shù)還不夠成熟，這在一定程度上抑制了土石壩的長久發(fā)展。因此，分析造成土石壩滲漏的原因，并采取有效措施對促進(jìn)土石壩的發(fā)展具有重要作用。因此，本文將簡要結(jié)合深圳市小型水庫土石壩滲漏問題提出相關(guān)的解決措施。

【關(guān)鍵詞】小型水庫 土石壩 滲漏問題 解決措施

本文將結(jié)合在各種不同的工程建設(shè)以及土石壩加固過程中遇到的問題所積累的經(jīng)驗(yàn)，簡要對小型水庫土石壩滲漏問題及相關(guān)的加固措施進(jìn)行相關(guān)的研究和分析，希望可以為土石壩滲防滲技術(shù)提供有用的參考價(jià)值。

1 原因分析

土石壩滲流破壞機(jī)理大致可以歸結(jié)為以下：土石壩主要是由土，砂礫石和石渣，卵石以及爆破石料等材料構(gòu)成的散粒體結(jié)構(gòu)，使得顆粒之間都具有一定的縫隙。水庫蓄水后，在水壓力（靜水壓力和動(dòng)水壓力）的作用下，水流沿著土石壩壩身，壩基和壩段兩岸中的縫隙中滲流到下游，造成壩基和壩身的滲流。但是，不是所有的滲流都會造成壩體和壩基的滲漏，當(dāng)滲流在設(shè)計(jì)滲流量以內(nèi)時(shí)為正常滲流，當(dāng)滲流超過設(shè)計(jì)滲流量時(shí)，就會造成壩體的滲漏，具體表現(xiàn)為壩體和壩基在滲流量過大且集中的作用下發(fā)生管涌和滲漏?；谝陨贤潦瘔螡B流破壞機(jī)理，大致可以將造成土石壩滲漏的原因歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：

1.1設(shè)計(jì)滲流量和其他壩體設(shè)計(jì)，土方回填因素

如上所述，只有當(dāng)土石壩實(shí)際滲流量大于土石壩設(shè)計(jì)滲流量時(shí)才會出現(xiàn)壩體和壩基的管涌現(xiàn)象。因此，對土石壩滲流量設(shè)計(jì)不當(dāng)是造成土石壩發(fā)生滲漏現(xiàn)象的主要原因。同時(shí)，土石壩設(shè)計(jì)原因造成的土石壩滲漏還包括以下幾點(diǎn)：（1）溢洪道（水利工程中的防洪設(shè)備）尺寸設(shè)計(jì)不當(dāng)；（2）沒有設(shè)計(jì)土方回填壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)；（3）在土石壩設(shè)計(jì)中未考慮后坡反濾體等。土方壓實(shí)的原因主要表現(xiàn)在：土石壩的主要材料主要為土，砂礫石和石渣，卵石以及爆破石料等材料構(gòu)成的散粒體結(jié)構(gòu)，使得材料之間具有較大空隙，水流在水壓力作用下沿著空隙滲入壩體和壩基內(nèi)，造成滲漏。而土方壓實(shí)的主要作用就是減少顆粒之間的縫隙。但是在工程施工中，由于壓實(shí)方法和壓實(shí)機(jī)械的選擇不適當(dāng)，往往會影響壓實(shí)效果，在一定程度上影響了壩體和壩基的防滲性能。

1.2小型水庫土石壩工程施工質(zhì)量不高導(dǎo)致土石壩滲漏

土石壩施工質(zhì)量直接影響到土石壩的防滲性能，在實(shí)際的工程施工中，土石壩施工質(zhì)量造成的滲漏主要原因可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：1、土石壩各結(jié)合部位質(zhì)量有待提高。土石壩在施工中由于工期和質(zhì)量要求，往往會采用分期分段填筑施工，同時(shí)要求設(shè)置橫縫和縱縫，這些施工中的結(jié)合部位都會影響壩體和壩基的防滲性能。結(jié)合部位主要可以分為壩體與壩基結(jié)合面，壩體與岸坡積混凝土部分的結(jié)合以及壩體橫縫和縱縫之間的接縫；2、大壩填筑土料含雜質(zhì)較多，并有較大土塊未碾碎壓實(shí)；[1] 3、土石壩每層填筑厚度大于40cm，在施工接頭處沒有采取有效的接頭處理措施。

1.3自然環(huán)境因素—工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

土石壩壩址的工程地質(zhì)和水溫地質(zhì)條件直接影響土石壩的筑壩質(zhì)量。當(dāng)土石壩建筑在兩岸地質(zhì)條件較差，巖體透水性較大，巖石節(jié)理發(fā)育不夠完整，巖體之間裂隙較大，且在建水庫時(shí)沒有對其進(jìn)行全方位的處理，會直接造成土石壩筑壩質(zhì)量低，壩體和壩基滲流嚴(yán)重等問題。同時(shí)，土石壩一般建立在山區(qū)，山區(qū)的交通狀況和可利用資源較少，工程量較大，周期長，施工參與人員數(shù)量多等無形之中增大了土石壩的筑壩難度。

2 措施

2.1土石壩滲漏問題的處理—壩基處理

灌漿是加固基礎(chǔ)的主要方法。根據(jù)灌漿方法和灌漿使用范圍的不同，基礎(chǔ)（巖基）灌漿主要可以分為：帷幕灌漿，固結(jié)灌漿，接觸灌漿。帷幕灌漿的主要機(jī)理就是減少壩基滲流量，達(dá)到減少滲透壓力的效果，從而維持基礎(chǔ)的滲流穩(wěn)定性。帷幕灌漿的重點(diǎn)就是合理的安排灌漿時(shí)間和灌漿地點(diǎn)。一般情況下，帷幕灌漿必須在水庫蓄水前完成，在基礎(chǔ)灌漿廊道內(nèi)完成基礎(chǔ)的帷幕灌漿，這樣有利于提高灌漿壓力，保證灌漿質(zhì)量。固結(jié)灌漿就是通過灌漿降低基礎(chǔ)的透水性能，達(dá)到提高基礎(chǔ)的強(qiáng)度和整體性的目的，其需要解決的主要問題就是確定灌漿地點(diǎn)和灌漿孔的深度的選擇。一般情況下，固結(jié)灌漿最好是在壩體基層混凝土上進(jìn)行且灌漿孔深度不能超過40m且不能小于5m，且交錯(cuò)格網(wǎng)布置，這樣不僅有利于形成較大的灌漿壓力，還可以提高灌漿效果。接觸灌漿的主要目的是通過混凝土與壩肩和壩基之間的結(jié)合，提高壩體的抗滑穩(wěn)定性。接觸灌漿一般應(yīng)該在混凝土達(dá)到穩(wěn)定強(qiáng)度和穩(wěn)定溫度之后，通過混凝土鉆孔灌漿機(jī)械完成。

2.2土石壩滲漏問題的處理—壩體處理

對土石壩滲漏問題的處理主要技術(shù)手段可以分為修建混凝土防滲墻和高壓噴射灌漿。防滲墻是一種修建在水下的松散結(jié)構(gòu)，其主要作用是防滲的地下連續(xù)墻。防滲墻的修建關(guān)鍵是防滲墻體建筑材料的選擇和防滲墻的施工順序。現(xiàn)階段，采用的主要防滲墻材料有塑型混凝土，普通混凝土，粘土混凝土自凝灰漿，固化灰漿以及粉煤灰混凝土。防滲墻的施工順序根據(jù)不同的墻體類型和施工方法存在或多或少的差異，但大致包括以下幾步：（1）造孔前的準(zhǔn)備；（2）鑿空成槽；（3）終孔驗(yàn)收；（4）槽孔澆注；（5）竣工驗(yàn)收。高壓噴射灌漿的主要機(jī)理是通過鉆孔機(jī)械鉆孔，然后運(yùn)用帶有特質(zhì)金屬噴嘴的灌漿管，通過高壓將泥漿等噴射到地層中，在泥漿沖切，升楊置換位移握裹，擠壓滲透作用下，使周圍巖體被置換和混合，以此提高巖體的穩(wěn)定性。這種施工方法具有灌漿可控性好，使用范圍廣，施工機(jī)械簡單，可操作性強(qiáng)，工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了較為廣泛的應(yīng)用。

3工程實(shí)例

三洲塘水庫位于深圳市，屬于鹽田河流域。該工程為均質(zhì)土石壩，主要的筑壩系數(shù)有：壩高15m，上下游壩坡坡比為1：2.6和1：2.25（下游壩坡平臺以上），1：2.75（下游壩坡平臺以下）。土石壩筑壩材料為花崗巖（均勻性一般），壩體滲流系數(shù)和土體壓實(shí)度經(jīng)查資料分別為中等透水性和81%，均表現(xiàn)為不符合規(guī)范要求。三洲塘水庫自1971年，至今已有40年作用的歷史，已經(jīng)出現(xiàn)了一定的滲漏現(xiàn)象。采取有效手段處理三洲塘滲漏問題對延長三洲塘使用周期具有重要作用。

3.1三洲塘水庫產(chǎn)生滲漏現(xiàn)象的原因

三洲塘水庫滲漏現(xiàn)象產(chǎn)生原因主要包括以下幾點(diǎn)：1、壩體內(nèi)存在樹根，螞蟻窩，裂縫等不利因素；2、三洲塘水庫建成時(shí)間較早，由于當(dāng)時(shí)施工技術(shù)和施工質(zhì)量檢測技術(shù)較低，導(dǎo)致土層壓實(shí)強(qiáng)度不足，水平和垂直滲透系數(shù)大小關(guān)系不合格；3 如上所述，土石壩的筑壩材料為花崗巖，但是花崗巖為沙礫質(zhì)粘性土導(dǎo)致壩體單薄，無法形成滲流通道。

3.2解決方案

對壩身的處理

基于以上產(chǎn)生原因，本文總共總結(jié)出三種處理措施：（1）混凝土防滲墻處理。（2）高壓噴射灌漿處理。（3）沖抓套井黏土回填防滲墻。但是，混凝土防滲墻雖然能夠到達(dá)較好的防滲效果，但是施工工程量較大，且施工技術(shù)要求較高；沖抓套井黏土回填防滲墻雖然具有施工工藝簡單，工程造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，但是，由于沖抓套井黏土回填防滲墻不適合粘性土；高壓噴射灌漿具有灌漿可控性好，使用范圍廣，施工機(jī)械簡單，可操作性強(qiáng)，工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。綜合考慮各施工方法的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇高壓噴射灌漿的處理方法。

對壩基的處理

高壓噴射灌漿只能夠解決壩身的防滲問題，對于壩基和強(qiáng)風(fēng)化，弱風(fēng)化部位的滲透處理，需要借用帷幕灌漿。帷幕灌漿的主要灌漿材料為普通硅酸鹽水泥，且經(jīng)過帷幕灌漿處理后的基巖透水率不能夠大于5Lu（透水率單位）。

4結(jié)論

造成土石壩滲漏的原因多種，根據(jù)造成滲漏的原因以及工程的實(shí)際條件，選擇合適的加固措施，不僅可以提高工程的防滲性能，還可以降低工程造價(jià)。

參考文獻(xiàn)：

[1]白靜，王文龍.深圳市小型水庫大壩防滲處理方案[J].中國農(nóng)村水利水電，2012，08：129-131.

[2]沈慧.試論小型水庫土石壩的除險(xiǎn)加固[J].黑龍江科技信息，2015，08：120.

[3]畢慶雙.芻議小型水庫土石壩的除險(xiǎn)加固[J].黑龍江水利科技，2014，03：119-121.

[4]馬博，陳葉文.三洲田水庫土石壩防滲處理淺析[J].中國水運(yùn)（下半月），2014，08：185-186+247.