水庫是水利產(chǎn)業(yè)的重要措施,在眾多水庫事故中,因為土壩滲漏造成的事故占比例較多。
1.土壩滲漏表現(xiàn)形式
土壩病險問題主要是各種原因引起的滲漏問題,常表現(xiàn)在以下方面:
1.1地質(zhì)條件差,往往認為土壩對基礎(chǔ)要求不高,因而忽視工程與水文地質(zhì)條件及其基礎(chǔ)的防滲處理,造成基礎(chǔ)漏水。
1.2土壩建成蓄水后,由于選取土料物理力學指標不當,致使浸潤線常高于設(shè)計的浸潤線水位,導致滲流從壩的下游坡面溢出,使下游坡失穩(wěn)。
1.3壩基和壩身產(chǎn)生危害性滲透變形,導致壩基或壩身淘空破壞。
2.壩身滲漏分析
土壩常因斜墻、心墻等防滲體裂縫形成滲流的集中通道,導致管涌的發(fā)生,甚至引起壩體的失事破壞。
2.1土壩滑坡與處理
土壩滑坡或沉陷往往是因為填筑的土料差,設(shè)計抗剪指標選用不當,壩坡設(shè)計不合理以及滲漏等原因造成的。
2.2心墻、斜墻裂縫漏水
土壩防滲體開裂較常見,尤其是發(fā)生在近年來較普遍的薄心墻土壩中。由于心、斜墻與壩體其他部分的填筑土料不同,因變形模量的差異使變形不一致,導致心、斜墻開裂。在裂縫處產(chǎn)生集中滲漏,滲透水以很大的水力坡降沖刷心、斜墻裂縫,因管涌作用把防滲體土料帶至下游壩體,使心、斜墻喪失防滲作用。
2.3浸潤線抬高使下游壩坡失穩(wěn)
已建的均質(zhì)土壩中,常存在浸潤線比設(shè)計計算的有所抬高,致使壩的下游坡面長期處于濕潤狀態(tài)而影響壩坡的穩(wěn)定。浸潤線的抬高多數(shù)原因是設(shè)計時沒有考慮土壩施工時是分層碾壓的,因碾壓使壩體形成許多水平層面,導致水平向滲透系數(shù)大干垂直向滲透系數(shù),產(chǎn)生各向異性滲流場的結(jié)果。
2.4壩體因擴建加高,新老防滲體銜接處理不當漏水?
壩體因多次擴建,新老防滲體的銜接處理往往不嚴,造成隱患。特別是心墻壩加高時,對原有心墻很難采取補強措施。當蓄水位抬高以后,其防滲體承受的水力梯度明顯加大,增加了被擊穿的危險,有的將心墻改做斜墻,但因庫內(nèi)死水排干困難,使基礎(chǔ)處理不嚴,造成漏水隱患。
3.控制滲漏具體措施
3.1水平防滲
水平鋪蓋分利用天然粘土和人工填筑粘土兩種,可以就地取材、造價低、施工工作面大、工期短、簡單易行,不需要特殊的施工設(shè)備和器材。按設(shè)計要求施工,可以滿足滲透穩(wěn)定,但滲透量較大,壩基下游仍有一定的坡降。因此在采用水平鋪蓋防滲時,必須結(jié)合下游排水減壓設(shè)施。
3.1.1如果不透水層較厚,而其下透水層深厚或含水層成層顯著,應(yīng)該采用減壓井深入下部強透層導滲。
3.1.2利用天然粘土鋪蓋要慎重,必須了解粘土的分布情況、厚度、干容重以及粘土下面覆蓋層的厚度、粒徑組成和透水性等。
3.1.3人工填筑粘土鋪蓋長度與壩前設(shè)計水頭比,實踐總結(jié)7~8倍,最大有超過10倍。
3.1.4鋪蓋粘土要封閉大壩兩側(cè)岸坡,避免發(fā)生饒滲。
3.1.5在壩基表面有較薄的弱透水層或不透水層,且底下的透水層較淺時,宜采用排水溝截穿表層,用以控制滲流,也就是做導滲溝導滲。
3.2垂直防滲
垂直防滲常適用于地基透水層較薄或隔水層較淺的情況,以封閉式防滲帷幕來根治壩基滲透破壞的險情,可以比較徹底地解決壩基和壩身滲漏問題。垂直防滲在工程實際中應(yīng)用較多我們著重介紹一下混凝土防滲墻、高壓噴射灌漿防滲、劈裂灌漿防滲的原理和施工辦法。
3.2.1高壓噴射灌漿防滲
按設(shè)計布孔,利用鉆機鉆孔,將噴射管置于孔內(nèi)(內(nèi)含水管、水泥管和風管),由噴射出高壓射流沖切破壞土體,同時隨噴射流導入水泥漿液與被沖切土體攪拌,噴嘴上提,漿液凝固,在地基中按設(shè)計的方向、深度、厚度及結(jié)構(gòu)形式與地基結(jié)合成緊密的凝結(jié)體,起到防滲作用。
3.2.2混凝土防滲墻
使用專用鉆機機具,在已建的壩體或覆蓋層透水地基中建造槽型孔,以泥漿固壁,并利用高壓泵將泥漿壓入孔底,攜帶巖渣,再從孔底回流到地面,然后采用直升導管,向槽孔內(nèi)澆筑混凝土,形成連續(xù)的混凝土墻,起到防滲目的。這種防滲墻可以適應(yīng)各種不同材料的壩體和復雜的地基水文和工程地質(zhì)條件,墻的兩端與岸坡防滲設(shè)施或岸邊基巖相連接,墻的底部可嵌入弱風化基巖內(nèi)一定深度,在施工中只要嚴格控制施工質(zhì)量,是可以達到徹底截斷滲透水流的。
4.施工要求
4.1垂直防滲處理可以比較徹底的解決土壩滲漏問題
垂直防滲加固措施,在實際工程中的應(yīng)用都取得了顯著的防滲和加密效果。水平防滲結(jié)合下游排水減壓導滲,雖然可以做到壩基滲透穩(wěn)定,但仍有一定的滲漏水量損失。在處理時,是采用垂直防滲,還是采用水平防滲與排水相結(jié)合,應(yīng)按技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理的原則,根據(jù)防滲條件和要求,結(jié)合當?shù)鼐唧w情況,通過方案比較,慎重研究確定。
4.2對壩基進行詳細的水文地質(zhì)調(diào)查
在決定防滲措施之前,要考慮各方面的因素,其中最重要的是壩址的工程和水文地質(zhì)條件,要對河床沖積層進行詳細的勘探和試驗,以了解河床覆蓋層的總厚度,有無相對不透水層,厚度及其連續(xù)性,砂礫石層平面與空間分布、級配、滲透系數(shù)、允許滲透坡降;土層的成層性,是否是不透水層與透水砂礫石層相互間層;查明鋪蓋土料的料源、級配、最大干容重、最優(yōu)含水量、滲透系數(shù)、允許滲透坡降等,來確定有效而經(jīng)濟的防滲措施。
5.總結(jié)
土石壩滲透的原因很多,是錯綜復雜的,必須加強檢查觀測,及時認真分析研究,以便查明滲透產(chǎn)生的原因,有針對性的加以處理!同時應(yīng)相應(yīng)地做好設(shè)計、施工和管理運行方面的工作,使水庫的使用壽命延長,更好的為人民造福,促進經(jīng)濟的發(fā)展。
(作者單位:150700 黑龍江省延壽縣山河灌區(qū)管理站)