綜述小型水庫(kù)土石壩滲漏問題及加固措施

黃為

（深圳市防洪設(shè)施管理處，廣東深圳 518048）

綜述小型水庫(kù)土石壩滲漏問題及加固措施

黃為

（深圳市防洪設(shè)施管理處，廣東深圳 518048）

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(guò)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(lái)，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(guó)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(zhǎng)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(duì)促進(jìn)土石壩的發(fā)展具有重要作用。因此，本文將簡(jiǎn)要結(jié)合深圳市小型水庫(kù)土石壩滲漏問題提出相關(guān)的解決措施。

小型水庫(kù) 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(guò)程中遇到的問題所積累的經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)要對(duì)小型水庫(kù)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(kù)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(huì)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(guò)設(shè)計(jì)滲流量時(shí)，就會(huì)造成壩體的滲漏，具體表現(xiàn)為壩體和壩基在滲流量過(guò)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(huì)出現(xiàn)壩體和壩基的管涌現(xiàn)象。因此，對(duì)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(huì)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(kù)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(huì)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(huì)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

表1 透水性成果表

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(kù)時(shí)沒有對(duì)其進(jìn)行全方位的處理，會(huì)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(zhǎng)，施工參與人員數(shù)量多等無(wú)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(kù)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(duì)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(guò)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(guò)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(jiǎn)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(kù)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(tái)以上），1：2.75（下游壩坡平臺(tái)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(kù)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(duì)延長(zhǎng)三洲塘使用周期具有重要作用。

3.1 三洲塘水庫(kù)產(chǎn)生滲漏現(xiàn)象的原因

三洲塘水庫(kù)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(kù)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(cè)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(wú)法形成滲流通道。

3.2 解決方案

對(duì)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(jiǎn)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(jiǎn)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(duì)壩基的處理：

高壓噴射灌漿只能夠解決壩身的防滲問題，對(duì)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(guò)帷幕灌漿處理后的基巖透水率不能夠大于5Lu（透水率單位）。（表1）

處理效果：經(jīng)過(guò)處理后，分析得出：經(jīng)過(guò)處理的壩基和壩體滲流性能得到了明顯的改善。

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)。

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

［2］沈慧.試論小型水庫(kù)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(kù)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(kù)土石壩防滲處理淺析［J］.中國(guó)水運(yùn)（下半月），2014，08：185-186+247.