淺論粘土心墻土石壩工程的防滲技術(shù)

林波??

【摘要】粘土心墻土石壩工程中普遍的存在著壩體滲漏以及浸潤線抬高等病害，這些問題的存在極大危害了水庫的安全及正常運行。就目前來看，防滲處理的措施較多，但是如何因地制宜的選擇防滲處理方案以及滿足除險加固工程的經(jīng)濟性、可實施性以及安全與環(huán)保的要成為了當下亟待解決的問題。本文以某工程為例，從大壩滲漏的成因以及類型入手，重點論述了粘土心墻土石壩的主要防滲處理措施。

【關(guān)鍵詞】粘土心墻；土石壩；防滲；措施

Discussion on Seepage Control Technology for Clay Core Earth - rock Dam Engineering

Lin Bo

（Yunnan Water Resources and Hydropower Engineering Co.， LtdKunmingYunnan650000）

【Abstract】The existence of dam leakage and the increase of the infiltration line are common in the earth core dam. The existence of these problems greatly endangers the safety and normal operation of the reservoir. At present， there are many measures to prevent seepage treatment， but how to choose the anti-seepage treatment scheme and meet the economic， implementability and safety and environmental protection of the reinforcement project should become the urgent problem to be solved. In this paper， taking a project as an example， starting from the causes and types of dam leakage， the main anti-seepage treatment measures of clay core earth dam are discussed emphatically.

【Key words】Clay core wall；Earth dam；Seepage control

粘土心墻土石壩作為一種應(yīng)用廣泛的一種壩型，是一種由石料、土料或者混合料經(jīng)過拋填以及碾壓等方法堆筑而成。這種壩型具有施工技術(shù)簡單、工序少、適應(yīng)變性、便于維修與擴建，同時大量的節(jié)省了鋼材、水泥等重要建筑材料，從而減少了筑壩材料的遠途運輸。但是由于自身不能溢流，從而在施工導(dǎo)流方面沒有混凝土壩方便。

1. 大壩滲漏的成因與分析

1.1工程概況及壩基滲漏的主要原因。

1.1.1某水庫總庫容1980萬m3，屬于Ⅲ等工程，是一座灌溉為主，同時兼顧發(fā)電、防洪以及水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用型水庫。大壩的主壩為碾壓均質(zhì)土壩，通過粘土套井來實現(xiàn)防滲，而在壩基采用垂直帷幕灌漿實施防滲。下面以此壩為例對粘土心墻土石壩工程中防滲施工的工藝進行簡要論述。

1.1.2壩基滲漏的可能原因有兩個：（1）清基不徹底或者沒有進行清基，從而致使水庫在建成不久就出現(xiàn)了漏水現(xiàn)象；（2）可能是由于施工中沒有考慮設(shè)置截水槽或者截水槽的設(shè)置不科學(xué)，致使在使用中被擊穿。

1.2壩體滲漏的主要原因。

壩體的滲漏原因主要有四個：（1）土料不達標。在施工中土料場勘測設(shè)計存在缺陷，致使使用的防滲土料不能滿足設(shè)計需求，從而導(dǎo)致滲漏出現(xiàn)；（2）工程在施工中采用了分組分塊包干的方式，致使施工中各層面的施工速度不一致，從而導(dǎo)致填筑的土層不同。最終導(dǎo)致相鄰兩塊的結(jié)合處產(chǎn)生漏壓的松土帶；（3）由于施工期間缺乏大型的施工器械，壩體采用石碾碾壓而成，而落后的碾壓方式導(dǎo)致了施工質(zhì)量差以及下游壩坡出現(xiàn)了大面積的滲漏現(xiàn)象；（4）在壩體分層填筑期間，由于土層填筑過厚，同時施工的機械功能不足，從而導(dǎo)致土層上部緊密而下部疏松。

1.3繞壩滲漏的主要原因。

（1）在施工中岸坡沒有設(shè)置截水槽，碾壓不密實，或者是在清基過程中不徹底，從而導(dǎo)致與岸坡的結(jié)合不好；（2）兩岸的巖體破碎，同時節(jié)理發(fā)育以及透水性大；（3）放水設(shè)施設(shè)置于壩體的內(nèi)部，沒有做好內(nèi)坡截流。

2. 粘土心墻的主要防滲處理措施

2.1粘土心墻套井處理施工。

本工程的粘土心墻土石壩工程中采用沖抓套井夯實方法進行防滲，粘土心墻具有均勻密實、足夠高的抗剪力強度以及較小的壓縮性，這里設(shè)置壓實度為0.96，而粘土心墻的滲透系數(shù)小于10×10-5m/s。

2.1.1現(xiàn)場擊實試驗。

在實施粘土套井前要先進行相關(guān)的試驗，試驗中使用的土料的最佳含水量以及最大干密度分別為20.9%與1.63g/cm3，其滲透系數(shù)為11.73×10-7cm/s。試驗中使用的沖抓鉆機為8JZ-110，配套動力為22KW，最終確定了現(xiàn)場施工的控制參數(shù)為：夯擊次數(shù)為20，鋪土厚度為30cm，夯錘的直徑大于800mm，控制提升高度為2m。

2.1.2套井開挖。

粘土套井的防滲墻使用8JZ-110沖抓鉆機，施工操作可以分為三個環(huán)節(jié)：造孔、回填以及夯實。機具憑借自身重量朝井位沖擊并將土抓起，當整個機具提升到井口處后向小車卸土，然后進行下次沖擊。如此循環(huán)，直至挖掘到計劃的深度。

2.1.3套井的回填。

這里要求套井與壩基基礎(chǔ)部位要深入基巖50cm，并使用水泥：土為1：5的回填土回填這50cm的深度。在套井回填的整個過程中要對夯錘的落距、落錘的平穩(wěn)性進行嚴格控制，從而保證夯實的密度。這一過程要按照試驗計劃的夯距、夯擊次數(shù)以及鋪土的厚度進行施工。當回填至距離頂部2m內(nèi)時要適當?shù)臏p少沖擊量以及夯距，以防止壩頂?shù)拈_裂或者是孔周圍的壅起。

2.1.4質(zhì)量檢測。

在進行粘土回填前質(zhì)檢人員要乘坐安全籠對井下的積水以及井底清基，確保井底的碎石、浮土等被清理干凈，并保持無積水存在。用于回填的土料要由專人負責撿拾樹根、草皮等雜物。最后實施分層、均勻填筑，每層的松土層厚度控制在30cm。

回填土施工完畢后要進行監(jiān)測，檢查的項目包含含水量、干密度、壓實度以及滲透系數(shù)?，F(xiàn)場的質(zhì)量檢測人員在位于套井井底的2～3m處開始取第一組樣，每組的取樣數(shù)目為3個，同時在取樣上標注時間、井號、深度等信息。監(jiān)測結(jié)果的不合格率不能大于90%，同時不合格的土料不能集中出現(xiàn)。

2.1.5施工中出現(xiàn)的主要問題以及對策。

（1）井壁的偏斜以及處理方法。套井施工中如果遇到土質(zhì)不均勻，例如一邊硬而一邊軟，此時就會導(dǎo)致井壁朝著軟土一側(cè)偏斜。為此要通過以下措施糾正：使鉆頭上下沖擊并振動，促使底價緩慢的位移來改變井壁偏斜方向。然后通過錨樁固定機架，并擰緊支架的連接螺栓?；蛘邔C器的軟土質(zhì)一側(cè)墊高或者硬土質(zhì)一邊降低，從而防止傾斜現(xiàn)象繼續(xù)惡化。如果是由于鉆頭的葉片長短不一致所致，要及時的更換葉片。

（2）深孔滲水原因及處理。對于發(fā)生滲水的深孔要通過下鋼護筒進行支護，并在鋼護筒上設(shè)置滲水孔，將滲水用水泵排出，最后在水排干凈后及時的予以回填。

（3）深孔塌方的原因與處理。由于粘土心墻土石壩的壩體土質(zhì)松軟，在滲水的作用下會導(dǎo)致個別底部的土質(zhì)松散，為此可以借助于打補強孔進行防滲處理。施工中可通過三排套井在發(fā)生塌孔或者是漏水的套井部位的上、下游打井回填粘土實現(xiàn)對水流的截斷，實現(xiàn)對塌方部分的補強。

（4）裂縫處理方法。在施工中如果出現(xiàn)橫向裂縫要在主排孔施工完畢之后在橫向裂縫部位的軸線上增設(shè)一排抓孔以防止裂縫擴散。

2.2套井底部的固結(jié)灌漿施工。

鑒于水庫的水位最多降至57m，但是依然與壩堤高程50m有7m的水頭。同時由于局部孔和基巖尚有0.3～0.4m距離，為此后來設(shè)計使用固結(jié)灌漿施工方法進行防滲加固。本工程的灌漿范圍的樁號為0+015～0+225m，灌漿的孔距為2.5m。整個灌漿過程分為3大階段，每0.5m土體為一階段。灌漿開始初期不使用灌漿壓力，并在水泥漿中加入一定的速凝劑。整個灌注過程中控制灌漿壓力小于0.2MPa，使固結(jié)灌漿與帷幕灌漿最終形成一個完整的防滲體。

2.3帷幕灌漿。

（1）本防滲施工工程在不同的壩體位置使用了不同的加固方法，在壩體采用了粘土套井防滲處理，在基巖與壩體土的接觸部分采用了固結(jié)灌漿防滲處理，下面采用帷幕灌漿對壩基進行防滲加固。

（2）帷幕灌漿中使用的中軸線為壩體軸線下偏移37.5cm，需要實施帷幕灌漿的范圍從整個壩段擴展到壩肩兩側(cè)的20m范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)了與兩側(cè)山體的有效連接，共同構(gòu)成了防滲通道。設(shè)立的帷幕要深入不透水層以下5m，并使用粘土球?qū)误w鉆孔回填。與套井防滲處理類似，實施帷幕灌漿處理也要進行現(xiàn)場灌漿試驗，從而確定各項參數(shù)。試驗中使用XY-1A-4型地質(zhì)鉆機鉆孔，在壩體中鉆進過程中使用75ram的合金探頭，而在基巖中使用56mm金剛石分段鉆進，深入到巖層內(nèi)部15m以內(nèi)。在每一灌漿段結(jié)束之后要進行孔壁的及裂縫的沖洗，裂縫沖洗壓力為本灌漿段壓力的80%。灌漿使用P.0.42.5普通硅酸鹽水泥，采用自上而下的范式分段灌漿，灌漿使用的水灰比為5：1、3：1、2：1、1：1、0.6：1，并且由稀到濃逐漸變化，直到達到結(jié)束標準。

（3）如果在灌漿中發(fā)現(xiàn)冒漿或者漏漿現(xiàn)象要根據(jù)具體的情況進行限量、限流、封堵、濃漿、低壓以及間歇灌漿等方法進行處理。

3. 結(jié)束語

由于各個工程所具有的地質(zhì)條件差異較大，甚至在同一個大壩基礎(chǔ)上也會存在差異。為此防滲施工中要遵循設(shè)計與規(guī)范的前提下，結(jié)合工程的實例與施工經(jīng)驗制定合理的施工方法與參數(shù)設(shè)置，只有這樣才能保證良好的灌漿效果。在以上施工過程中根據(jù)工程地質(zhì)條件以及現(xiàn)場實際狀況，通過與參與建設(shè)的各方進行有效地溝通，保證了工程的質(zhì)量及工期。同時針對于粘土心墻土石壩工程的不同滲透情況采用了針對性的防滲處理方法，取得了良好的防滲效果。在實際的土石壩滲漏處理中可以根據(jù)技術(shù)、資金、病害程度、種類以及設(shè)備等因素對各種施工方案進行優(yōu)選，同時做好各項預(yù)防與檢查工作，及早發(fā)現(xiàn)隱患并治理。

[文章編號]1619-2737（2017）03-18-111