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)
作為重要的水利工程設(shè)施,水庫不但能夠給城市、農(nóng)業(yè)提供充足的水源,也能起到防洪排澇的效果。通過調(diào)查得知,我國大約有80%的水庫為土石壩。在實(shí)際施工建設(shè)中,受到現(xiàn)場環(huán)境、施工工藝等因素影響,使得土石壩建設(shè)質(zhì)量無法保證,容易產(chǎn)生各種問題,如滲漏、開裂等,嚴(yán)重威脅人們生命財產(chǎn)安全[1]。所以,做好水庫土石壩防滲加固工作,對改善水庫土石壩工程質(zhì)量、提高水庫土石壩安全有著重要意義。
泉坑水庫位于修水縣義寧鎮(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。
本工程位于E114°32′55″,N29°00′19″。屬地處亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū),氣候溫和,日照充足,無霜期長,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。水庫于1957年動工,1958年建成投入運(yùn)行。水庫樞紐主要由大壩(最大壩高15.2m,壩長45.0m)、溢洪道及輸水建筑物等建筑物組成。
水庫存在的主要問題有: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水庫無水、雨情觀測設(shè)施,進(jìn)庫公路路況差。
2009年10月,修水縣水利電力局組織有關(guān)專家對泉坑水庫大壩進(jìn)行安全評估,評價結(jié)論為三類壩。水庫下游有義寧鎮(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產(chǎn)安全,促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會的發(fā)展,對泉坑水庫進(jìn)行除險加固是必要的。
2012年3月,九江市水利局組織專家組對《修水縣泉坑水庫除險加固工程初步設(shè)計(jì)報告》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)型水庫除險加固工程初步設(shè)計(jì)報告批復(fù)的通知》(九水建管字[2012]55號、附件16)進(jìn)行了批復(fù)。
泉坑水庫除險加固工程于2012年8月5日開工,2013年01月28日工程完工。
在土石壩施工過程中,受到現(xiàn)場環(huán)境、地質(zhì)條件等影響,導(dǎo)致滲漏問題頻繁出現(xiàn),如管涌、流土等,土石壩發(fā)生滲漏。導(dǎo)致滲漏問題出現(xiàn)的原因有很多,例如,在進(jìn)行土石壩施工時,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,沒有對壩基進(jìn)行全面清理,導(dǎo)致壩體存在不同程度的開裂問題。
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)量問題。
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,在水庫土石壩施工建設(shè)中,缺少對工程現(xiàn)場實(shí)際調(diào)查;在設(shè)計(jì)中,沒有采取適宜的防滲、抗震對策;隨著工程建設(shè)之間的延長,當(dāng)?shù)胤篮?、抗震?biāo)準(zhǔn)發(fā)生巨大變化。
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,一個是填充法,另一個是劈裂法。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。壩體加固平面圖見圖1:
圖1 壩體加固平面圖(單位:mm)
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)害問題,應(yīng)觀察裂縫實(shí)際情況,對裂縫形狀、規(guī)格、走向等進(jìn)行評估,根據(jù)土石壩設(shè)計(jì)要求和實(shí)際情況,選擇對應(yīng)的加固處理方法。在壩體裂縫處理過程中,常用方法有3種:①開挖回填。這種工藝可以有效處理裂縫問題,比較適用于深度≤0.5cm的裂縫中。②裂縫灌漿。由于開挖和回填工作量大,壩體裂縫和非滑動裂縫可采用重力灌漿處理工藝。③開挖回填與裂縫灌漿相結(jié)合的方法。處理深層非滑動裂縫時,應(yīng)采用地表開挖回填法,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)圖見圖2:
圖2 壩體剖面結(jié)構(gòu)圖(尺寸單位:cm)
在重力或外力用下,土石壩邊坡會出現(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,土石壩邊坡將發(fā)生滑坡。土石壩邊坡滑坡會給壩體結(jié)構(gòu)安全帶來隱患。因此,在加固處理前,需要觀察滑坡具體情況,勘察現(xiàn)場土質(zhì),確定滑坡類型和成因,然后選擇對應(yīng)的加固處理技術(shù)[5]。在對滑坡加固處理過程中,應(yīng)該按照以下要求進(jìn)行。①減少滑動力,增加抗滑力。在實(shí)際中,可以通過設(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影響的物體,并對壩體和壩基進(jìn)行清理。③在滑坡體結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定的情況下,及時處理滑坡中出現(xiàn)的裂縫問題。
對于合成纖維來說,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。
在使用防滲砂漿墻時,需要利用專用的锽孔金屬機(jī)械等設(shè)備進(jìn)行開槽處理,墻面利用土壤進(jìn)行保護(hù),混凝土經(jīng)過管道傳遞到裝滿濕泥的凹槽中,可以利用沙子來代替。這種施工技術(shù)具備的優(yōu)勢有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)場施工平臺對縫隙穩(wěn)定性有著嚴(yán)格要求,現(xiàn)場施工速度慢,施工周期長,成本投放多。
通過采用沖抓套井回填黏土心墻對壩體、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。
總而言之,做好土石壩加固處理工作,是保證我國水利工程建設(shè)質(zhì)量的關(guān)鍵,在對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,對水庫土石壩工程中存在的質(zhì)量問題進(jìn)行調(diào)查研究,對壩基、壩體等問題位置嚴(yán)格檢查,了解水庫病險情況,找出病險產(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。