中小水库土坝防渗施工技术分析

中小水库土坝防渗施工技术分析 中小水库土坝防渗施工技术分析 摘要：许多水库存在渗漏现象, 严重影响工程的平安运行和经济效益的发挥, 威胁着水库下游人民群众的生命和财产的平安, 给社会造成不利的影响, 也给工程管理带来不少问题。本文分析了土坝体渗漏类型和成因，探讨了防渗方案的选择以及复合土工膜防渗施工工艺。 关键词：水库 土坝 防渗 技术 中图分类号： P343文献标识码：A 前言 我国有大量的小土坝, 因某些土坝的填筑质量差、抗渗坡降低, 坝后发生大面积散浸、管涌、流土等渗透破坏现象, 加之管理放松, 因此垮坝事件时有发生。随着我国经济和科学技术的高速开展, 尽快解决小型土坝的防渗加固问题, 已成为当务之急, 应当有一种较适应的新技术,以供需求。 一、土坝体渗漏类型和成因 1、坝体渗漏 水库蓄水后, 库水通过坝身逸出, 渗漏的逸出点均在背水坡和坝脚, 叫做坝体渗漏。大局部小水库存在坝体渗漏, 产生的原因主要是土坝坝体没有设计防渗体或设计薄弱, 坝后没有排水设施或滤水体排水设计不好, 使浸润线抬高。在分层施工填筑时,土层太厚, 碾压不透；在分段施工时, 上升速度不一致, 相邻两段结合局部出现松土带；土料含砂砾太多, 渗透系数大, 土料中含杂草、树根腐烂后在坝身内形成空隙； 冬季施工时, 碾压后的冻土没有清理, 冻土填在坝内, 形成渗漏通道；在南部山区森林覆盖率高, 白蚁、獾、蛇、鼠洞等生物孔穴和地震引起坝体或防渗体发生横穿性的横向裂缝也是造成坝体集中渗漏的原因。 2、坝基渗漏 水库蓄水后, 渗水通过坝基的透水层, 从坝脚或坝脚以外的覆盖层的薄弱部位逸出, 如坝后流土、管涌和坝后沼泽化等, 均为坝基渗漏。坝基渗漏产生的原因通常是坝基存在透水层, 未能采取有效的防渗措施, 或防渗措施不满足抗渗要求。施工时施工质量没有控制好, 清基不彻底, 水平铺盖或垂直防渗设施施工质量差；岩基的冲击层、风化层及破碎带未处理,在坝身和根底结合面上产生渗漏。另外由于管理的原因,如在坝后任意取土, 修建鱼池等, 也可能引起渗漏。 3、接触渗漏 水库蓄水后, 渗水从坝体、坝基、岸坡的接触面或坝体与刚性建筑物的接触面通过, 在坝后相应部位逸出为接触渗漏。接触渗漏的主要原因为根底清理不好, 未做结合槽或做的不彻底；土坝两端与山体结合局部的坡面过陡,未做防渗刺墙；涵管或闸墙混凝土或圬工建筑物等与坝体接触处,回填土夯实质量差,未做截水环( 墙) 及其他止水措施等引起渗水。 4、绕坝渗漏 水库蓄水后,渗水通过坝端山包未挖除的坡积层、岩石裂缝和生物洞穴等, 从下游岸坡逸出叫绕坝渗漏。绕坝渗漏的主要成因为与土坝两端连接的岸坡有砂砾透水层, 或山体岩石破碎、节理发育和断层通过；因施工取土或水库蓄水后风浪的掏刷, 岸坡的天然植被被破坏；生物洞穴或植物根茎腐烂后形成的空洞等。 二、方案选择 1、套孔冲抓回填式防渗墙 原理 套孔冲抓回填法是利用冲抓钻头造孔, 套孔回填粘性土, 经夯实后, 形成一道连续的粘土防渗墙。主要机械设备为冲抓机, 配有抓瓣式钻头和马蹄式夯锤。冲抓钻头常用的直径为1 10c m。施工时, 先钻抓、回填单号主孔, 再套打双号孔套孔, 主孔和套孔之间相互套接, 形成连续防渗墙。主孔和套孔之间的距离, 根据钻头直径和设计最小墙厚计算确定。 优点和适用条件 本工法的优点为：机械设备简单,对施工场地无特殊要求；防渗效果好, 套孔回填的粘土经过夯实后,干密度增大,渗透系数减少。夯实时,对井孔周围原坝体土有挤压作用，其影响范围为0.2-0.3m；可就地取材,充分利用当地的粘性土料，工程本钱低，假设土料含粘量偏低,可掺入少量水泥，改善土料性能；当工期紧时，可以增加机械设备，多开工作面，缩短工期； 对于坝体局部漏水和坝坡湿润处理迅速，有时可以收到立竿见影的效果。 本法适用条件:处理深度可达30m ，最正确深度为20m 左右；对于孔内涌水较大或出现流砂现象时, 成孔比拟困难。 2、劈裂灌浆 原理 劈裂灌浆是根据坝体小主应力的分布规律布孔。利用水力劈裂原理, 有控制性地劈裂坝体，并灌入适宜的浆液，使所有与灌浆连通的裂缝、洞穴、软弱夹层等坝体隐患, 均能得到浆液的充填挤压密实，同时通过浆、坝互压和湿陷,使坝体内部应力重新分布，以提高坝体的整体防渗能力和坝体变形稳定性。充填灌浆是利用泥浆的自重压力，充填坝体内已有裂缝、洞穴等坝体隐患，以到达加固的目的。充填灌浆以渗透理论和充填理论为根底，灌浆效果有一定的局限性, 有时细小裂缝充填不好，在坝体内形不成竖直连续的浆体防渗帷幕,坝体隐患得不到彻底治理。根据水力劈裂原理，即使是充填灌浆，坝体产生裂缝仍是不可防止的，这在很多专著中都有专门的论述。 优点和适用条件: 本工法的优点为: 机理明确、工艺合理, 效果好, 通过劈裂灌浆, 可以对坝体进行防渗处理和全面的加固; 设备简便; 所需土料可以就地取材, 造价低。适用条件: 劈裂灌浆几乎对所有心墙和均质坝都适合;劈裂灌浆施工时的排水固结时间比拟长, 因此, 工期相对较长, 用于防汛抢险工程有一定的难度。 3、深层搅拌防渗墙 原理 利用搅拌机械把固化剂( 如水泥等)送人地层深部并进行就地搅拌, 使固化剂与地层中的砂、土拌和均匀, 并在水的掺和下, 使之发生一系列物理化学反响, 硬化成水泥土桩体,或水泥土防渗墙。根据工艺可分为单头搅拌和多头搅拌。 优点和适用条件 本工法优点为: 成墙质量可靠, 如墙厚、墙段连接、墙体均匀性及各项性能指标均能满足设计要求； 工效高、工期短, 能在较短时间内成墙, 投入使用; 施工造价较低；利用原土注人水泥可就地搅拌, 对环境污染少。 适用条件: 适用于土坝坝体、堤身以及软基等各类砂、土地层加固；多头搅拌成墙接头少, 应优先选用；成墙厚度20 -30cm；成墙深度不大于20 m 。墙底不能嵌岩。 4、高压喷射灌浆 原理 高压喷射灌浆是一种采用高压水或高压浆液形成高速喷射流束, 冲击、切割、破碎地层土体, 并以水泥基质浆液充填、掺混其中, 形成桩柱或板墙状的凝结体, 用以提高地基防渗或承载能力的施工技术。高喷灌浆有旋喷、摆喷、定喷三种形式, 每种形式又有单管法、双管法和三管法之分。 优点和适用条件 本工法优点为: 质量可靠, 浆液的浓度、凝结体的强度及渗透性等可根据地层特点, 加以控制和调整；可灌性好,其可灌性和影响范围, 超过了一般的注浆效果；施工简便,施工时只需钻小孔, 即可获得较大的旋喷凝结体和较厚的板墙；材料简单, 主要为水泥。 适用条件: 高喷灌浆对地层适应性广, 从粘土、砂土、中细砂到砂砾石都能取得理想的工程效果；适用于复杂地层和地下特殊情况处理, 如张家嘴水库采用高压旋喷处理原混凝土防渗墙与坝下输水管的搭接；处理深度与地层有关, 一般砂性土和砂砾石层深度较大, 有的超过60m , 粘性土一般不超过30m，以15-20m效果最好。 5、土工合成材料防渗 土工合成材料从水力特性可分为不透水的土工膜或土工复合膜和透水的土工织物。前者可以代替防渗体，起到截渗隔水作用，后者可以代替砂砾石反滤料，起到排水和反滤作用。它的重量轻，运输量小，铺设方便，重叠部位可以粘接或焊接，比粘土防渗和砂砾石料排渗节省造价，缩短工期，容易保证施工质量。 三、施工前的水文地质调查 在决定防渗措施之前，要考虑各方面的因素，其中最重要的是坝址的工程和水文地质条件，要对河床冲积层进行详细的勘探和试验,以了解河床覆盖层的总厚度，有无相对不透水层，厚度及其连续性，砂砾石层平面与空间分布、级配、渗透系数、允许渗透坡降；土层的成层性，是否是不透水层与透水砂砾石层相互间层；查明铺盖土料的料源、级配、最大干容量、最优含水量、渗透系数、允许渗透坡降等，最终确定采用复合土工膜防渗措施。 四、复合土工膜防渗施工工艺 1、复合土工膜的选择 复合土工膜有三布两膜和两布一膜两种规格，在选择复合土工膜的规格时，应该根据材料弹性模量、允许最大拉应力、铺设范围内的最大水头来选择；在确定土工膜的厚度时不仅仅要考虑强度，还应该考虑暴露、气候、埋压、使用寿命等条件，其厚度必须满足国家有关标准的规定。 2、保护层的铺设 将坝体外表的草皮层去除，然后采用原状土对坡面进行加固，利用夯钟或夯板夯实，让其密实平整后，再进行复合土工布膜及上下保护层的铺设。保护层的厚度一般为20cm ，与复合土工膜靠近的10cm 厚的保护层土粒必须要经过筛分，粒径不得6m m ，且不得有石块、杂草、树根等。应该在保护层上填筑10cm 厚的碎石或者砾石垫层，再在其上面铺设35cm 厚的干砌片石或者12cm 厚的混凝土块，做好防护层，以防止因水位变化、风浪等环境因素的影响而破坏土料保护层或者导致复合土工膜的老化。 3、复合土工膜的连接 复合土工膜的连接分两个步骤进行，即中层PE 膜的连接，上、下层无纺布的缝接采用手提缝纫机、尼龙线对无纺布缝接进行双道缝接，其搭接宽度为10cm ；一般采用热焊接法进行PE膜的连接，即用专用焊接机将外表加热，让外表熔化，进行焊接。相邻的复合土工膜块可以采用热黏、搭接、胶黏、缝接等方法拼接。 搭接 复合土工膜的长度需要连接时，应该采用T 字型搭接，不允许采用十字型搭接。搭接前，必须将搭接面的污垢、砂土、积水等彻底清理干净，以保证胶结质量。搭接宽度应按照平地搭接取30cm ，不平整及梯坎土搭接宽度50cm。 焊接 在铺好第一幅土工膜后，把需要焊接的边翻叠起来，将第二幅土工膜反向铺设于第一幅膜上面，将两幅土工膜的焊接边缘走向调整一致，让其搭接10cm。两条拼接焊缝，每条宽为10mm ，在两条焊缝间预留10mm 的空隙，以便检查其焊缝质量。在正式施焊前，必须先进行试焊，目测合格后才可以进行正式施焊，目测合格的试焊样品也应该做拉伸强度检测。 五、结束语 在进行小水库防渗处理时, 应针对小水库土坝各种不同的平安问题, 从实际情况出发, 采用相应的除险加固措施。现今对于小型土石坝的除险加固主要是防渗处理, 而产生渗漏的原因是多种多样的, 因而防渗处理技术与方法应根据具体的渗漏原因, 上截和下排应结合使用, 才能取得好的防渗效果。随着渗漏处理技术与工艺的不断开展,新技术、新工艺的不断产生和完善, 将在水库、堤坝及相应工程等的除险加固中不断取得新的成果和技术突破。 参考文献： 【1】 赵兰,徐卫忠.浅谈复合土工膜在水库除险加固中的应用J.科技创新导报. 2021(15) 【2】 万志强.小型水库常用防渗加固措施浅析J. 陕西水利. 2021(04)