于小梅,吳先敏
(1.泰安市岱岳區(qū)彩山水庫管理所,山東泰安 271042;2.山東省水利勘測設(shè)計院,山東濟南 250014)
垂直防滲技術(shù)在平原水庫建設(shè)中的應(yīng)用
于小梅1,吳先敏2
(1.泰安市岱岳區(qū)彩山水庫管理所,山東泰安 271042;2.山東省水利勘測設(shè)計院,山東濟南 250014)
垂直截滲在平原水庫建設(shè)中主要用于壩基和壩體防滲。結(jié)合目前施工技術(shù)的發(fā)展,對垂直防滲技術(shù)的主要優(yōu)缺點進行分析,為以后水庫防滲設(shè)計提供參考。
平原水庫;垂直防滲;新技術(shù)
平原水庫的筑壩材料大多數(shù)在庫區(qū)取土,屬于散粒體結(jié)構(gòu),加之壩基主要修建于軟土地基或較差的土基上,地質(zhì)條件較差,如不能采取有效的防滲措施,圍壩或壩基滲漏量較大,與山區(qū)水庫不同,滲漏量是評價平原水庫經(jīng)濟性的重要指標(biāo)。
由于平原水庫圍壩較長,垂直防滲在平原水庫建設(shè)中主要用于壩基防滲;垂直防滲主要分為介入式和置換式,介入式主要有深層攪拌法防滲墻、高壓噴射灌漿防滲墻、雙輪銑削防滲墻;置換式主要有混凝土防滲墻(含塑性混凝土防滲墻和剛性混凝土防滲墻)、垂直鋪塑、振動沉模防滲墻等??傮w來說,置換式比介入式防滲墻可靠性強,其成墻質(zhì)量好,價格相應(yīng)也比較高。
1.1 深層攪拌法防滲墻
深層攪拌法適用于加固黏土、砂土、粉質(zhì)黏土、含礫直徑小于0.05 m的砂礫層、淤泥等土層,當(dāng)用于泥炭土或土中有機質(zhì)含量較高、酸堿度較低及地下水有侵蝕性時,應(yīng)通過實驗確定其適用性。目前為止,水泥土攪拌防滲法最深能夠達到20 m,深度在8~15 m時其經(jīng)濟性較強,質(zhì)量較易控制。深層攪拌法主要優(yōu)點是施工工藝對環(huán)境影響較小,無廢漿,孔內(nèi)很少排渣;施工速度較快和成墻價格較低。主要缺點是施工質(zhì)量不宜控制,尤其是在深層攪拌時容易開叉;成墻易受周圍土體材料限制,攪拌時易形成層狀結(jié)構(gòu),影響其防滲的整體性;成墻滲透系數(shù)較大,攪拌好的情況下能達到α×10-6cm/s,(1<α<10)。其主要適用于小型的水利工程。
1.2 高壓噴射灌漿防滲墻
高壓噴射灌漿適用于軟土地基、粒徑小于5 cm的砂礫層,其主要的優(yōu)勢在于砂礫石地層的處理,施工工藝較簡單,但在處理壤土、砂壤土或壓實的壩體土?xí)r,其影響范圍大幅下降,并對原壩體產(chǎn)生一定的破壞,且孔與孔之間結(jié)合緊密與否不易檢查,其施工質(zhì)量受現(xiàn)場及人員操作影響較大。
1.3 液壓銑削防滲墻(HCSMW)
液壓銑削深攪地下連續(xù)墻施工工藝(HCSMW)是采用掘進、提升、注漿、供氣、銑、削、攪拌一次成墻技術(shù),無需設(shè)置施工導(dǎo)墻,基土不出槽并和注入的固化劑混合,共同構(gòu)成地下連續(xù)墻墻體。由銑、削、攪、氣、漿的共同作用造成的墻體均勻密實,幅間連接為完全銑削結(jié)合,結(jié)合面無冷縫且間距大接頭少,使用的雙輪銑削攪拌地下連續(xù)墻鉆進效率高,成墻效率單機在20~40 m3/h,其環(huán)境影響小,低噪音、低振動,可以貼近建筑物施工,施工場地要求較小,且直接將基土作為墻體的組成部分,棄土和棄漿少,較節(jié)能環(huán)保。HCSMW工法適用于在淤泥、砂、礫石、卵石及中硬強度的巖石、混凝土中開挖,其適用土層性較強,較傳統(tǒng)的置換式防滲墻價格大幅降低。由于目前其動力機械主要在下部,其成墻尺寸也相應(yīng)較厚,最薄的防滲墻截止到目前為60 cm。
1.4 混凝土防滲墻(塑性混凝土防滲墻)
防滲墻的主要優(yōu)點是適用范圍廣,適用于砂土、壤土、粉土及小直徑的卵礫石層,在配合沖擊鉆的情況下,適用于巖石地層和含漂石等土層等;實用性較強,廣泛應(yīng)用于水利水電、工業(yè)民用建筑等,其成墻深度可達100 m以上,是目前為止垂直截滲深度最深的方法;安全、可靠,由于其采用置換技術(shù),其墻體防滲性能較為可靠。主要缺點由于其成墻價格較高,施工速度較慢,深度較深時墻體厚度較大。
塑性混凝土防滲墻降低防滲墻的彈性模量、增大防滲墻極限壓應(yīng)變,更加適應(yīng)防滲墻在土體中的位變,滲透系數(shù)一般在α×l0-7cm/s,抗壓強度1.0~5.0 MPa,彈性模量300~2 000 MPa,允許坡降為40~80,成墻深度與普通混凝土防滲墻相當(dāng),最大已達100 m以上級別。
1.5 垂直鋪塑
垂直鋪塑的防滲深度受地下水位、土層分布影響較大,其處理深度一般在15 m以內(nèi)。垂直鋪塑由于開槽后回填土不密實,宜引起壩體裂縫。在施工時由于泥漿護壁和土工膜材料重量較輕等因素,易導(dǎo)致土工膜鋪設(shè)不到底情況,近年來應(yīng)用逐漸減少。
1.6 振動沉模防滲板墻
振動沉模防滲板墻技術(shù)主要用于砂壤土、黏性土、淤泥質(zhì)土地層建造混凝土連續(xù)防滲墻,造墻深度可達25 m左右,厚度為8~25 cm,最厚可達30 cm,不適用于砂層較厚、卵石含量高的地層以及巖石和含有漂石的地層。其主要優(yōu)點是一次性成墻,成墻連續(xù)性較好,厚度均勻、無接縫、無縮墻、無斷墻和無縱橫向開叉等缺陷;采用振動擠壓成槽,墻兩側(cè)一定范圍內(nèi)土體被擠密,從而增加有效防滲墻的厚度。主要缺點是其動力機械處于模板上部,利用重錘夯擊使模板沉入土層,施工速度較慢且機械在不同土層作業(yè)時宜出現(xiàn)故障,影響其施工進度,同時,遇到薄層細(xì)砂時模板沉入困難,對地層是適應(yīng)性較差;地層較密實時,其模板會整體前傾,達不到防滲深度。
山東省平原水庫的建設(shè)開始于20世紀(jì)50年代,在80年代后水庫除險加固和平原水庫建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。目前山東省平原水庫的建設(shè)地點主要在黃泛區(qū)沖擊平原,其地層巖性主要第四系全新統(tǒng)沖積、堆積的砂壤土、壤土、粘土、淤泥和粉細(xì)砂等。垂直截滲根據(jù)水庫的地質(zhì)條件不同,需深入到相對隔水層以減少滲漏量和減小壩后出逸比降。
相對隔水層必須滿足3個條件,一是滲透性小,具弱~微透水性;二是厚度較大,否則越流補給量過大,造成滲漏;三是必須連續(xù)分布,不能出現(xiàn)滲漏“天窗”。根據(jù)黃河沖擊平原地層分布情況,完全滿足的條件的相對隔水層一般較少,垂直截滲深度可根據(jù)滲流有限元分析和相關(guān)的工程經(jīng)驗進行判斷,一般垂直截滲的底高程一般選擇在壤土或粘土范圍內(nèi),根據(jù)壤土或黏土的深度,選擇合適的垂直截滲方案。
垂直截滲根據(jù)水庫相對隔水層的埋深可選擇不同的截滲形式,一般在0~15 m范圍內(nèi)可選擇垂直鋪塑、深層攪拌法防滲墻、振動沉模防滲板墻和液壓雙輪銑削防滲墻,可達到較為經(jīng)濟實用;防滲深度在15~40 m范圍內(nèi)可選擇混凝土防滲墻、液壓雙輪銑削防滲墻和高壓噴射灌漿防滲墻方案;防滲深度40 m以上基本上只有防滲墻方案。
以上水庫建設(shè)采用的垂直截滲底基本位于壤土、黏土范圍內(nèi),此層厚度基本在3~5 m深度左右,此層在庫區(qū)分布連續(xù),滿足了相對隔水層的條件,已建成的水庫運行效果良好,壩后農(nóng)田無發(fā)生浸沒和鹽堿化情況。
平原水庫建設(shè)時間證明,可靠的壩體、壩基防滲不但能夠解決水庫的滲漏,而且能夠有效控制地下水庫,不會引起水庫周圍附近地區(qū)產(chǎn)生沼澤化和此生鹽堿化,垂直防滲技術(shù)作為平原水庫的一種主要的防滲形式,在主體工程投資所占比重較大,能夠達到主體工程投資的15%~35%,合適的防滲形式對不僅有利于節(jié)約工程投資,對發(fā)揮工程效益和社會效益具有重要作用。
(責(zé)任編輯 遲明春)
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1009-6159(2016)-12-0010-02
2016-06-13
于小梅(1981—),女,助理工程師