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        水庫大壩灌漿施工技術(shù)及其防滲加固策略

        2019-07-22 00:50:50
        治淮 2019年6期
        關(guān)鍵詞:除險壩基帷幕

        張 君

        許多水庫大壩因為修建的時間較早,而且受到各方面因素的影響,水庫工程的設(shè)計防洪標準較低,施工質(zhì)量較差,各方面的建設(shè)管理相對較為落后,造成水庫運行過程中出現(xiàn)的問題較多,發(fā)生事故的幾率相應(yīng)增加。導(dǎo)致水庫發(fā)生安全事故的原因較多,比如防洪標準較低、工程質(zhì)量較差、管理不善、設(shè)備長時間失修等。發(fā)生安全事故后,會嚴重威脅到人們的生命財產(chǎn)安全,對水庫大壩進行除險加固顯得尤為必要。隨著社會的不斷發(fā)展,水利工程的各項技術(shù)規(guī)范不斷完善,工程施工中所使用的機械設(shè)備也在不斷更新,國內(nèi)對于病險水庫的除險加固工作越來越重視,根據(jù)水庫大壩的運行規(guī)模,選擇經(jīng)濟有效的除險加固方案,對于水庫大壩的安全運行具有重要的現(xiàn)實意義。

        一、國內(nèi)水庫大壩灌漿施工技術(shù)以及防滲加固技術(shù)分析

        1.地下連續(xù)墻施工工藝

        使用液壓抓斗或者沖擊鉆機等機械設(shè)備,在大壩的壩體中進行施工,以泥漿等施工材料對其進行造孔成槽。在成槽結(jié)束后需要在槽孔埋設(shè)導(dǎo)管,向孔內(nèi)灌注混凝土,形成類似墻形的建筑物體。連續(xù)墻分段施工時,需要進行分段分序施工,槽孔施工完成后形成一個強段,強段完成后,將強段連接在一起,形成一個完整的大壩防滲體系,對大型以及中型的水庫中能夠起到一定的除險加固效果,但是成本較高,施工的工序較多,對技術(shù)要求也較高。

        2.深層攪拌樁防滲墻技術(shù)

        用水泥漿作為凝結(jié)劑材料,使用一些特殊的機械進行強制攪拌,鉆進大壩的土體中,在攪拌的過程中需要將準備好的水泥漿通過固定的設(shè)備噴出,讓水泥漿能夠與土體形成混合,在不斷的攪拌中凝結(jié)成水泥土墻體。該墻體具有一定的厚度和較好的防滲性能,施工工藝簡單,施工成本較低,比較適用于壩高較小的水庫。

        3.高壓噴射灌漿技術(shù)

        使用地質(zhì)鉆機設(shè)備在壩體中進行施工,施工到一定的高程時,安裝注漿管,然后使用高壓泥漿泵讓其形成高壓射流,從噴嘴的注漿管中噴射出高壓射流,對土體進行沖擊。高壓射流與被沖擊的土體進行混合,經(jīng)過返漿和沉淀后需要進行重新排列,形成一個新的水泥墻體,具有較好的防滲效果。該項技術(shù)施工工序簡單,容易操作。

        4.帷幕灌漿

        帷幕灌漿施工技術(shù)需要采用地質(zhì)鉆機在大壩壩基巖石中進行鉆孔,鉆孔完畢后需要采用特定的壓力設(shè)備進行灌漿,形成防滲帷幕。防滲帷幕需要具備不透水性,帷幕灌漿防滲工藝比較適用于一些特殊的巖層中,能夠達到200m的深度,在我國的大中型水庫除險加固中使用頻率較高,一般應(yīng)用于壩基巖石滲漏的處理工程中。

        二、工程概況

        1.水庫大壩現(xiàn)狀

        某水庫大壩距離城鎮(zhèn)約4km,水庫的流域面積為53km2,總庫容1045萬m3,以1000年一遇的洪水校核為防洪標準,洪水的設(shè)計水位為30.5m,正常的蓄水位為29.5m,是一座以灌溉為主、兼顧防洪和養(yǎng)殖的小型水庫。

        2.水庫大壩安全復(fù)核

        對護坡進行計算,由波浪的壓力大小確定護坡塊石的粒徑和厚度。塊石在波浪壓力的作用下需要的直徑計算公式可以表示為:

        D—換算球形直徑。

        表面砌石在局部波的壓力作用下需要的直徑計算結(jié)果為:

        D50—石塊的平均粒徑;Kt—坡率變化的系數(shù);ρk,ρw—塊石的密度和水的密度;hρ—波高。

        圖1 混凝土防滲墻施工平臺結(jié)構(gòu)示意圖

        圖2 大壩0+150斷面校核洪水位等勢線圖

        經(jīng)過計算,得到安全復(fù)核的結(jié)論。護坡塊石的厚度為0.21m,符合相關(guān)的規(guī)范要求,塊石砌縫也符合相關(guān)要求,但是在局部容易出現(xiàn)松動的情況。護坡石的亂石層并不符合相關(guān)的級配要求,但是由于亂石的墊層較厚,在長期的運行下,大壩的土體并未發(fā)生墊層的現(xiàn)象,因此,只需要對上游的干砌塊石進行翻修即可。

        三、水庫大壩除險加固的方案設(shè)計

        1.方案擬定

        大壩的壩頂高程為195.2~195.5m,但是在壩體的185.5~186.2m高程處存在砂礫碎石,其滲透的系數(shù)不符合防滲要求。大壩的壩體建筑質(zhì)量較差,壓實度與滲透系數(shù)不符合規(guī)范要求。針對這些問題,需要擬定水庫大壩防滲加固處理方案。

        采用混凝土防滲墻作為水庫大壩的防滲加固處理方案?;炷练罎B墻的軸線位于上游2.1m處,墻頂為196.82m,高于校核的洪水標準,墻底嵌入基巖中。大壩的樁號為0-005~0+081厚400m,為了能夠提高其適應(yīng)變形的能力,需要對墻身進行混凝土塑形施工。在進行防滲墻施工之前,要先沿著軸線的位置進行設(shè)置,并壩基巖石上進行帷幕灌漿施工?;炷练罎B墻施工方案施工簡單,防滲效果好,近年來得到快速發(fā)展,具有較高的可靠性,比較適合工程實際情況。

        2.水庫大壩除險加固設(shè)計

        (1)基巖帷幕灌漿

        壩基基巖主要為灰?guī)r,受到斷層的影響,將壩基巖的滲漏進行分段設(shè)計,大壩樁號為0+311~溢洪道,主要以白云質(zhì)灰?guī)r為主;大壩樁號為0+000~0+280屬于含有燧石的灰?guī)r,巖溶發(fā)育較為活躍;大壩樁號為0+080~0+311受到斷層的影響,整個局部呈現(xiàn)蜂窩狀,上述都是屬于中等透水,具有極強的透水性,是壩基出現(xiàn)滲漏的主要通道。對其進行核算后發(fā)現(xiàn)大壩的滲漏量較大,但是該水庫的庫容較小,水資源極為珍貴,因此需要根據(jù)壩基的實際情況進行防滲處理,對一些中等的透水部分進行水泥帷幕灌漿。

        (2)混凝土防滲墻

        大壩的壩體滲透系數(shù)為6.83×10-6~5.89×10-3cm/s,壓實度范圍為0.83~1.00,質(zhì)量較差,高水位的條件下存在一定的安全隱患,并且沼澤化較為嚴重,需要對壩體以及壩基進行混凝體防滲墻的處理。將防滲墻的軸線設(shè)置在中心線的上游位置,盡量與巖基的灌漿軸線重合,墻底的高程設(shè)置為192.5m。塑性混凝土防滲墻效果較好,對壩體變形具有一定的適應(yīng)性,因此該工程的混凝土防滲墻采用塑性混凝土進行施工。施工中要控制混凝土防滲墻的墻體厚度,同時還要考慮到墻體的使用壽命。墻體的允許水力受到材料的影響,存在一定的變化,塑性混凝土防滲墻的防滲效果較好,在進行施工時要充分考慮到工程的地質(zhì)情況以及墻體的使用壽命,將防滲墻的墻體厚度設(shè)置為樁號0-005~0+081厚400m。在施工之前,要先對其進行成墻實驗,檢查墻體是否具有一定的完整性,并確定其技術(shù)參數(shù)。防滲墻施工需要有施工平臺,其平臺的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

        (3)壩頂設(shè)計

        壩頂總寬設(shè)置為7.5m,按照二級公路的設(shè)計要求,采用瀝青鋪設(shè)路面,其中壩頂?shù)纳嫌涡枰O(shè)置防浪墻,采用M10的漿砌標準進行砌筑,墻帽為細料石,壩頂?shù)南掠卧O(shè)置路緣石,并將其設(shè)置為A級。

        四、水庫大壩除險加固的效果評價

        對大壩0+150斷面的形態(tài)分布進行分析,如圖2所示。

        對水庫大壩采用防滲墻以及帷幕灌漿防滲技術(shù)進行加固后,水庫大壩中的壩體滲漏量明顯減少,壩體的最大滲漏量也達到了標準,防滲透效果非常明顯,符合規(guī)范要求。

        五、結(jié)語

        針對不同的病險水庫,需要根據(jù)水庫實際的運行情況合理選擇灌漿技術(shù)以及防滲加固技術(shù)。上述設(shè)計方案中所采用的混凝土防滲墻技術(shù),能夠起到較好的防滲加固效果,壩體和壩基的滲漏量明顯減少,防滲效果明顯,并且符合規(guī)范要求,對于水庫的安全運行具有十分重要的保障作用■

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