水利工程中壩體防滲技術(shù)分析

摘 要：在水利施工中，土石壩最為常見的問題是由于多種原因所造成的滲漏以及裂縫問題，這也是造成土石壩受到破壞的重要因素。壩殼堆石體具有更加高的變形模量，而這種比心墻的防滲體具有更高變形模量的情況，很容易導(dǎo)致非常嚴(yán)重的拱作用。這種原因?qū)е略谛钏倪^程中心墻出現(xiàn)水力劈裂現(xiàn)象，產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重危及了大壩的安全。這種情況會(huì)隨著大壩高度的增加而逐漸突出。文章以某個(gè)水庫(kù)的大壩出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象為例，通過分析現(xiàn)有防滲技術(shù)，得出最為合適的某水庫(kù)施工工程防滲措施。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)；滲漏；高壓噴射灌漿

1 某水庫(kù)壩體狀況簡(jiǎn)述

某個(gè)水利工程建設(shè)周期較長(zhǎng)，其水庫(kù)施工的問題相較更多，其質(zhì)量也并不是很高，并不符合施工的設(shè)計(jì)要求。在水庫(kù)建設(shè)成功后，質(zhì)量跟不上，經(jīng)常帶病作業(yè)，目前，在主壩的壩體、右壩肩等部位都出現(xiàn)了非常嚴(yán)重的滲漏現(xiàn)象，嚴(yán)重的危及了水利工程的安全，同時(shí)也制約了水位的高度，使水庫(kù)無法做到正常的蓄水，嚴(yán)重影響了灌溉的面積。這樣的水庫(kù)沒有發(fā)揮水庫(kù)應(yīng)有的作用，降低了使用的效率，提升了成本。通過實(shí)地的考察分析發(fā)現(xiàn)，目前該水庫(kù)具有以下幾種問題。第一，由于黏土斜墻出現(xiàn)了并不均勻的沉降開裂問題，使得壩體出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。第二，大壩主體的右壩肩部位出現(xiàn)了嚴(yán)重的繞壩滲漏的現(xiàn)象，且現(xiàn)象非常的嚴(yán)重。第三，排水因?yàn)橐绾榈赖牡装搴臀捕顺霈F(xiàn)嚴(yán)重的水毀問題造成了失效。在上述的各種危害中，滲漏現(xiàn)象為這些問題的主要現(xiàn)象。由此可見，防滲漏和抗?jié)B漏現(xiàn)象是整個(gè)水利工程維護(hù)中的核心問題之一。

2 壩體防滲技術(shù)方案確立

通過上述描述，水庫(kù)大壩常見的問題是壩體滲漏和裂縫的問題，這也是導(dǎo)致壩體破壞的重要原因。這種貫穿整個(gè)大壩的裂縫和滲漏現(xiàn)象，危及了大壩的安全。同時(shí)，由于水利工程施工的地基多為軟土地基，因此，很容易出現(xiàn)大壩的沉降變形問題，或是出現(xiàn)壩體與岸坡相連接的位置產(chǎn)生裂縫，威脅整個(gè)大壩的安全。另一方面，心墻的土料與堆石料之間的變形模量的差距變大，導(dǎo)致了心墻的上下游出現(xiàn)了大量的剪切變形，造成了裂縫的產(chǎn)生。對(duì)于這種情況，通過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的分析，制定了以下的方案。第一，研究分析壓實(shí)黏土的抗拉性。這種抗拉性的研究，我們通常是通過大量的室內(nèi)外的土工試驗(yàn)進(jìn)行的。第二，通過科學(xué)合理的計(jì)算，運(yùn)用有限元的方式，研究不同細(xì)粒含量的心墻的破壞方式、破壞發(fā)生的因素以及產(chǎn)生的條件等。同時(shí)，對(duì)其發(fā)生劈裂和滲透的機(jī)制進(jìn)行分析研究。第三，通過提前進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，模擬在水利工程施工中的壩體施工條件與蓄水的條件，研究分析壩體產(chǎn)生裂縫、滲漏的機(jī)理，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)制定有效的防滲漏的措施，有助于實(shí)際水利工程施工的進(jìn)行。第四，完善心墻堆石壩的分析計(jì)算和程序，將三維有限元的方法應(yīng)用于壩體計(jì)算中，提高預(yù)測(cè)壩體出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象和裂縫現(xiàn)象的可能性，及時(shí)做出相關(guān)的應(yīng)對(duì)。第五，在根據(jù)上述各種實(shí)驗(yàn)所得到的理論結(jié)果的基礎(chǔ)上，與現(xiàn)場(chǎng)施工中的實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)合，做出最為合適的防滲和抗?jié)B的具體設(shè)計(jì)方案，爭(zhēng)取在設(shè)計(jì)階段減少壩體出現(xiàn)問題的可能性，增強(qiáng)壩體的安全性，提高水利工程施工的最終質(zhì)量。

3 壩體防滲設(shè)計(jì)實(shí)施

經(jīng)過多年的水利工程施工，眾多技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際的情況，總結(jié)出多種防滲加固技術(shù)，具體有以下幾種方法：第一，通過機(jī)械造槽法制作混凝土防滲墻來防止壩體滲漏。第二，通過在壩體中運(yùn)用高壓的噴射來灌制漿體防止?jié)B漏。第三，通過劈裂帷幕灌漿的技術(shù)加固壩體，填充空隙防止壩體出現(xiàn)滲漏裂縫現(xiàn)象。除了以上的三種外，還有諸如建設(shè)土工模來預(yù)防滲漏、通過振動(dòng)沉模來防止?jié)B漏等等。

（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(duì)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，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%。由于高噴技術(shù)的要求較高，在施工中很難把握，因此，主要采用混凝土防滲墻來進(jìn)行防滲的工作，而且效果較為理想。因此，壩體采用混凝土防滲墻防滲，對(duì)于壩基采用帷幕灌漿相結(jié)合的方案。

（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(kù)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(duì)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)定性計(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(duì)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）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：第一，通過研究分析壩體的應(yīng)力規(guī)律，運(yùn)用灌漿壓力劈裂壩體的軸線方向，并及時(shí)灌注適當(dāng)?shù)哪酀{，組成垂直的泥墻，堵塞縫隙，提高防滲能力。第二，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(shí)通過試驗(yàn)確定。第三，并不是隨便的壓力就可以進(jìn)行灌漿，所采用的灌漿壓力必須通過嚴(yán)格的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與計(jì)算。

4 結(jié)束語

通過大量的實(shí)驗(yàn)得出來的水庫(kù)壩體防滲技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中收到了良好的效果，防滲漏效果良好，為其他水利工程的施工提供了借鑒。合理分析研究各種防滲漏技術(shù)，了解各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，并根據(jù)實(shí)際的情況，選擇合理的防滲漏技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際的水利工程中，是每個(gè)水利工程相關(guān)技術(shù)人員的責(zé)任。

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