水庫(kù)土石壩防滲加固處理技術(shù)探索

劉清燕，劉 振

(1.修水縣山口鎮(zhèn)人民政府，江西 修水 332400；2.修水縣西港鎮(zhèn)人民政府，江西 修水 332400)

0 引 言

作為重要的水利工程設(shè)施，水庫(kù)不但能夠給城市、農(nóng)業(yè)提供充足的水源，也能起到防洪排澇的效果。通過(guò)調(diào)查得知，我國(guó)大約有80%的水庫(kù)為土石壩。在實(shí)際施工建設(shè)中，受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、施工工藝等因素影響，使得土石壩建設(shè)質(zhì)量無(wú)法保證，容易產(chǎn)生各種問(wèn)題，如滲漏、開(kāi)裂等，嚴(yán)重威脅人們生命財(cái)產(chǎn)安全[1]。所以，做好水庫(kù)土石壩防滲加固工作，對(duì)改善水庫(kù)土石壩工程質(zhì)量、提高水庫(kù)土石壩安全有著重要意義。

1 工程概況

泉坑水庫(kù)位于修水縣義寧鎮(zhèn)吳都村，距修水縣城約3km，座落于修河安溪水支流上游，壩址以上集雨面積2.6km2，總庫(kù)容44.29×104m3，設(shè)計(jì)灌溉面積800畝，是一座以灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖等綜合效益的小(2)型水庫(kù)。

本工程位于E114°32′55″，N29°00′19″。屬地處亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，日照充足，無(wú)霜期長(zhǎng)，四季分明。修水縣歷年氣象統(tǒng)計(jì)要素如下：年平均氣溫16-17℃，多年平均為239-266d，多年平均降水為1577mm，多年平均蒸發(fā)量為1342mm，多年平均濕度為75-80%，年平均風(fēng)速為2.9m/s，多年平均最大風(fēng)速12m/s。水庫(kù)于1957年動(dòng)工，1958年建成投入運(yùn)行。水庫(kù)樞紐主要由大壩(最大壩高15.2m，壩長(zhǎng)45.0m)、溢洪道及輸水建筑物等建筑物組成。

水庫(kù)存在的主要問(wèn)題有：①大壩填筑質(zhì)量差，心墻土壓實(shí)度及滲透系數(shù)均不滿足規(guī)范要求，壩腳存在滲漏；②溢洪道不滿足泄洪要求；③輸水隧洞未襯砌,坍塌嚴(yán)重，條石老涵管封堵不嚴(yán)，出口漏水；④水庫(kù)無(wú)水、雨情觀測(cè)設(shè)施，進(jìn)庫(kù)公路路況差。

2009年10月，修水縣水利電力局組織有關(guān)專家對(duì)泉坑水庫(kù)大壩進(jìn)行安全評(píng)估，評(píng)價(jià)結(jié)論為三類壩。水庫(kù)下游有義寧鎮(zhèn)吳都村500余人、500余畝耕地。為充分發(fā)揮工程效益，確保下游人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，對(duì)泉坑水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固是必要的。

2012年3月，九江市水利局組織專家組對(duì)《修水縣泉坑水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》進(jìn)行了審查，并以《關(guān)于印發(fā)修水縣豐收等21座重點(diǎn)小(2)型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告批復(fù)的通知》(九水建管字[2012]55號(hào)、附件16)進(jìn)行了批復(fù)。

泉坑水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程于2012年8月5日開(kāi)工，2013年01月28日工程完工。

2 水庫(kù)土石壩存在的主要問(wèn)題

2.1 滲漏嚴(yán)重

在土石壩施工過(guò)程中，受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、地質(zhì)條件等影響，導(dǎo)致滲漏問(wèn)題頻繁出現(xiàn)，如管涌、流土等，土石壩發(fā)生滲漏。導(dǎo)致滲漏問(wèn)題出現(xiàn)的原因有很多，例如，在進(jìn)行土石壩施工時(shí)，缺少統(tǒng)一的施工標(biāo)準(zhǔn)，采用的施工工藝不規(guī)范等，影響施工質(zhì)量[2]。

并且，在實(shí)際施工中，沒(méi)有對(duì)壩基進(jìn)行全面清理，導(dǎo)致壩體存在不同程度的開(kāi)裂問(wèn)題。

2.2 結(jié)構(gòu)不安全

土結(jié)構(gòu)不安全是指壩體抗滑穩(wěn)定性差，或者結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)問(wèn)題出現(xiàn)。造成這種現(xiàn)象的因素是土石壩邊坡設(shè)計(jì)不合理，壩體斷面較薄，壩坡未按施工要求設(shè)計(jì)，導(dǎo)致壩坡抗滑穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

2.3 防洪、抗震等功能較差

防洪、抗震能力不足具體展現(xiàn)在壩體泄水建筑的泄水功能下降、壩頂高程設(shè)計(jì)不滿足實(shí)際要求、抗震設(shè)計(jì)思考不完善等。

導(dǎo)致防洪、抗震能力低的主要因素在于，在水庫(kù)土石壩施工建設(shè)中，缺少對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查；在設(shè)計(jì)中，沒(méi)有采取適宜的防滲、抗震對(duì)策；隨著工程建設(shè)之間的延長(zhǎng)，當(dāng)?shù)胤篮?、抗震?biāo)準(zhǔn)發(fā)生巨大變化。

3 水庫(kù)土石壩防滲加固處理技術(shù)

3.1 壩體滲漏加固處理技術(shù)

壩體防滲標(biāo)準(zhǔn)是為了保證壩體和壩基的滲透穩(wěn)定性，其抗?jié)B坡度和滲流速度應(yīng)滿足工程施工的要求，應(yīng)盡量控制滲流，避免發(fā)生結(jié)構(gòu)滲漏。

在壩體滲透加固處理中，常用的方法有灌漿法、斜墻法等。以灌漿防滲技術(shù)為例，也就是結(jié)合灌漿材料不同，劃分為三類，一個(gè)是黏土漿或黏土水泥漿，適合應(yīng)用在壩身和非巖性壩基防滲加固中[3]。另一個(gè)是水泥灌漿，適合應(yīng)用在破碎巖基的固結(jié)灌漿和帷幕灌漿，最后一個(gè)是化學(xué)灌漿，適合應(yīng)用在壩基防滲。

灌漿方法分為兩種，一個(gè)是填充法，另一個(gè)是劈裂法。填充法也就是在小的灌漿壓力作用下，把漿液灌入到壩體開(kāi)裂位置，堵塞裂縫。

這種方法比較適合應(yīng)用在處理性質(zhì)和范疇明確的壩體。壩體加固平面圖見(jiàn)圖1：

圖1 壩體加固平面圖(單位：mm)

3.2 壩體裂縫加固處理技術(shù)

壩體裂縫是指土石壩病害，如地震等自然災(zāi)害引起的裂縫。一旦發(fā)生該災(zāi)害問(wèn)題，應(yīng)觀察裂縫實(shí)際情況，對(duì)裂縫形狀、規(guī)格、走向等進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)土石壩設(shè)計(jì)要求和實(shí)際情況，選擇對(duì)應(yīng)的加固處理方法。在壩體裂縫處理過(guò)程中，常用方法有3種：①開(kāi)挖回填。這種工藝可以有效處理裂縫問(wèn)題，比較適用于深度≤0.5cm的裂縫中。②裂縫灌漿。由于開(kāi)挖和回填工作量大，壩體裂縫和非滑動(dòng)裂縫可采用重力灌漿處理工藝。③開(kāi)挖回填與裂縫灌漿相結(jié)合的方法。處理深層非滑動(dòng)裂縫時(shí)，應(yīng)采用地表開(kāi)挖回填法，也就是把挖回填和灌漿充分結(jié)合，以獲取理想的加固處理效果。但滲漏嚴(yán)重的，可采取沖抓黏土心墻防滲處理方案。泉坑水庫(kù)最大壩高15.2m，上游壩坡符合設(shè)計(jì)要求，但壩體滲漏較嚴(yán)重，初步擬定采用加設(shè)心墻進(jìn)行防滲處理。壩體剖面結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2：

圖2 壩體剖面結(jié)構(gòu)圖(尺寸單位：cm)

3.3 滑坡加固處理技術(shù)

在重力或外力用下，土石壩邊坡會(huì)出現(xiàn)變形現(xiàn)象。當(dāng)壩內(nèi)巖土抗剪承載力不能承載變形壓力時(shí)，土石壩邊坡將發(fā)生滑坡。土石壩邊坡滑坡會(huì)給壩體結(jié)構(gòu)安全帶來(lái)隱患。因此，在加固處理前，需要觀察滑坡具體情況，勘察現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)，確定滑坡類型和成因，然后選擇對(duì)應(yīng)的加固處理技術(shù)[5]。在對(duì)滑坡加固處理過(guò)程中，應(yīng)該按照以下要求進(jìn)行。①減少滑動(dòng)力，增加抗滑力。在實(shí)際中，可以通過(guò)設(shè)有拋石固腳阻滑，確?；陆Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定。②清理壩體周圍的泉眼、巖石等可能給壩體安全帶來(lái)影響的物體，并對(duì)壩體和壩基進(jìn)行清理。③在滑坡體結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定的情況下，及時(shí)處理滑坡中出現(xiàn)的裂縫問(wèn)題。

3.4 新型材料加固處理技術(shù)

對(duì)于合成纖維來(lái)說(shuō)，性能良好，可以促進(jìn)多種合成材料發(fā)展，而土工合成材料作為典型的新型合成材料，常用材料類型有3種：①土工網(wǎng)。它是一種由重疊的肋條形成的高密度網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)材料，能傳遞有毒氣體。②土工格室。它是由薄膜條、網(wǎng)格等材料組成的蜘蛛網(wǎng)或蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)材料，可以應(yīng)用在水土保持或者水土流失防治中[6]。③土工膜。它是一種防水性能強(qiáng)的材料，適用于渠道襯砌防滲處理。

3.5 防滲水泥混凝土墻技術(shù)

在使用防滲砂漿墻時(shí)，需要利用專用的锽孔金屬機(jī)械等設(shè)備進(jìn)行開(kāi)槽處理，墻面利用土壤進(jìn)行保護(hù)，混凝土經(jīng)過(guò)管道傳遞到裝滿濕泥的凹槽中，可以利用沙子來(lái)代替。這種施工技術(shù)具備的優(yōu)勢(shì)有3點(diǎn)：①應(yīng)用范疇廣，其可以應(yīng)用在直徑低于于10mm粉質(zhì)礫石層，挖設(shè)深度超過(guò)100m的砂土中[7]。②攔截效果好。核心技術(shù)比較成熟，工程建設(shè)質(zhì)量可以保證。③大型現(xiàn)場(chǎng)施工平臺(tái)對(duì)縫隙穩(wěn)定性有著嚴(yán)格要求，現(xiàn)場(chǎng)施工速度慢，施工周期長(zhǎng)，成本投放多。

4 施工效果分析

通過(guò)采用沖抓套井回填黏土心墻對(duì)壩體、壩基進(jìn)行防滲加固處理，墻底深入壩基覆蓋層≥1.0m。在工程防滲施工中，合理設(shè)計(jì)大壩加固斷面施工方案，壩頂高程138.50m，頂寬4.0m，設(shè)混凝土路面；上游坡整坡，坡比1∶2.5，采用混凝土預(yù)制塊護(hù)坡；下游坡培土緩坡，坡比1∶2.25，采用草皮護(hù)坡。水庫(kù)自防滲加固至今，防滲收效顯著，大壩加固后滲流及壩坡穩(wěn)定計(jì)算等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。更好兼顧以灌溉為主，防洪、養(yǎng)殖等綜合利用效益不斷提升。

5 結(jié) 語(yǔ)

總而言之，做好土石壩加固處理工作，是保證我國(guó)水利工程建設(shè)質(zhì)量的關(guān)鍵，在對(duì)土石壩加固處理之前，應(yīng)該向相關(guān)部門和管理人員掌握土石壩運(yùn)行情況，對(duì)水庫(kù)土石壩工程中存在的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查研究，對(duì)壩基、壩體等問(wèn)題位置嚴(yán)格檢查，了解水庫(kù)病險(xiǎn)情況，找出病險(xiǎn)產(chǎn)生原因，選擇適宜的加固處理技術(shù)，保證防滲加固工作有序進(jìn)行，改善水庫(kù)土石壩結(jié)構(gòu)質(zhì)量，給城市建設(shè)發(fā)展提供水源支持。