浅议堤坝灌浆防渗加固技术

包礼海

摘要:文章阐述了堤坝发展概况及运行现状,以及现有堤坝防渗技术的原理、优缺点和适用性。对劈裂灌浆加固处理方案,对防渗帷幕设计、灌浆施工组织设计、灌浆期出现问题的处理措施以及灌浆过程中的监测内容进行了详细分析。

关键词:堤坝防修;劈裂灌浆;帷幕设计;加固技术

中图分类号:TV641文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)22-0141-02

我国有许多大坝和堤防需要进行防渗处理。每种新技术有各自的原理、施工工艺、优缺点和适用性。在工程实际中,根据工程的实际情况选择相应的综合防渗技术,以达到科学、经济、合理的目的,这是在当前以及今后堤坝防渗方案选择中值得深入研究的课题。尽管新技术、新材料不断发展,可是在基础处理及大坝防渗、补强等工程中,劈裂灌浆仍然在技术上、经济上保持着较为重要的地位。

一、堤坝病害

土石坝以其取材方便、适应性强、施工灵活、结构简单等优点而在当今世界中得到广泛的应用。因其主要有坝址附近的土石料填筑而成,故又称“当地材料坝”。根据坝体所用材料的不同,又可分为土坝和堆石坝。

(一)国内外土石坝事故

土石坝成为水利蓄水工程中一种重要和较普遍的坝型,是因为土石坝具有以下三方面特点:一是坝型适应条件广,包括不良地基情况下,均可填筑土石坝;其二可就地取材,减少钢筋、水泥等建筑材料的运输,成本低;第三,易于机械化施工,施工工期短,易于导流,坝体易于抗震,经济效益较佳。

由于种种原因,有不少水库存在着不同程度的隐患,成为病险水库,不仅影响了工程效益的充分发挥,有的甚至造成了垮坝的事故,给国家和人民带来了巨大的损失。

(二)堤坝渗漏分析

与其它建筑物不同,坝的建筑除了要考虑地基变形和稳定等一般性问题以外,还要特别考虑水的渗漏问题。大坝渗漏带来的不仅仅是经济损失,它对大坝的安全还会造成影响。以往的经验表面,许多坝的破坏,往往不是因坝本身和地基的强度不够,而是由于地基岩土没有抵住水的作用。

坝基及两岸山体渗漏的原因有两个:(1)水库蓄水形成的巨大水头压力;(2)存在着过水通道。渗漏量的多少,与水头的高低和通道的大小两因素成正向依从关系。

实践表明,凡在裂缝中产生较大渗漏的,一般都具有以下条件:这些裂缝都与水库内外相连通,而且具有一定的开度。那些不与水库和外界连通的,已被充填得很密实的裂隙或溶洞,不会形成严重的漏水。

因此,在分析判断坝基和岸边能否产生严重漏水时(小的渗漏不可避免),不但要查明坝区岩石内是否存在断层、裂隙、溶蚀等,还要查明其产状及充填情况。在详细调查、勘探的基础上,最后应尽可能地将坝址选在工程地质问题最少而又渗水量小的地段上。事实上,这只是相对概念,大多数坝址选择,地质条件都不同程度上存在着地质缺陷,尤其在近一段时期的病险库处理工程,绝大多数是处理由于地质缺陷引起的坝基渗漏问题。

二、堤坝防渗处理

(一)堤坝防渗处理原则和主要处理方法

针对上述几种情况,我国防渗一般采用灌浆或防渗墙措施来处理渗透或降低浸润线,采用防滑桩或压重等措施来提高抗滑稳定性安全系数。滑坡的处理比较复杂,要从滑坡的起因上解决问题。最好的途径是降低坝体浸润线或提高土体强度指标。近些年来,随着土工合成材料的发展,用土工膜或复合土工膜防渗和用加筋材料提高土体稳定性得到越来越广泛的应用。对坝基渗漏的处理一般依据上游“铺、截、堵”,下游“导、减、排”的原则。所谓铺、截、堵就是修建铺盖、防渗墙和帷幕灌浆等以减小渗漏量;导、减、排是修建导渗反滤体、减压井、排水沟等以降低扬压力。

为解决某些病险堤坝的除险加固问题,新中国成立以来,尤其自1980年初以来,我国研究和引进了十几种堤坝防渗加固新技术,其中有的技术属于我国独创,有的技术己达到国际领先水平。这使我国在堤坝防渗加固技术方面,由20世纪70年代末以前单一的引进混凝土连续墙技术发展为适应我国国情的技术配套体系。这些技术包括了对土坝坝体、坝下覆盖层、接触带和喀斯特质的防渗加固,面板堆石坝的防渗加固,以及近年实施的利用综合技术处理病险堤坝隐患等技术。

(二)堤坝灌浆防渗的几种方法

1.劈裂式帷幕灌浆法。所谓劈裂式帷幕灌浆,主要用于加固堤身,防止堤身渗漏。其方法是根据堤坝曲直不同情况,用浅孔轻便钻机或更简单的钻具,分别采用梅花形布孔和直线布孔方式,沿堤坝轴线从堤顶离堤外肩1. 5 m 处钻孔,一般孔距3 m ,孔深根据堤身情况分别以钻透堤身填土或穿过堤身钻入基础1～2 m 为宜。灌浆时由下而上,少灌多复;泥浆由稀到稠,循序渐进;压力由大到小,灵活掌握。这样,可以较好地处理灌浆中出现的冒浆、串浆、滑坡、局部隆起等各种问题,使灌入的泥浆沿堤的轴向形成一道帷幕,达到改善堤身质量、提高坚固度和防止渗漏的目的。

2.高压填充式灌浆法。高压填充式灌浆主要用于堤基基础灌浆,亦用于堤身蚁穴、溶洞的填充。用于基础灌浆时,须用50 m 工程钻机在需灌的堤段从堤顶钻孔,孔距1. 5～2. 0 m ,孔深以钻入基础穿过砂层进入砾石层2 m 左右为宜。灌浆时压力一般为127. 40～166. 60 kPa ,套管下到填土层保证堤身干燥,基础部分砂砾层灌入水泥浆,然后逐步提升到土层,以黄泥浆封孔。这种灌浆法主要用于治理因基础不良而引起的管涌。用于填充蚁穴、溶洞时,灌浆用30 型钻机先在蚁穴或溶洞周围布孔灌入泥浆,形成包围圈,然后进行填充,则填满为止。

3.低压速凝式灌浆法。这种灌浆方法一般用于高危水位下抢险堵塞管涌,它可根据管涌所处位置的地质情况(即粘土层或砂砾层)分别采用30 型钻机或50 型钻机钻孔,然后先向孔内注入浸水后即膨胀的物质(如黄豆、大米),再以小于49kPa 的压力徐徐向孔内灌入加进速凝剂水玻璃的水泥浆。注入膨胀物质是为了加大管涌内阻力,减慢管涌内水流速度,防止水泥浆随水流出;加入速凝剂,水泥浆能很快凝固而堵塞管涌。

三、结语

目前,我国研究出了许多堤坝防渗新技术。每种新技术有各自的原理、施工工艺、优缺点和适用性。在工程实际中,根据工程的实际情况选择相应的综合防渗技术,以达到科学、经济、合理的目的,这是在当前以及今后堤坝防渗方案选择中值得深入研究的课题。尽管新技术、新材料不断发展,可是在基础处理及大坝防渗、补强等工程中,劈裂灌浆仍然在技术上、经济上保持着较为重要的地位,劈裂灌浆技术具有不需要开挖地基、可灌性、可控性好,连接可靠、施工场地的要求不高等优点,其施工工法理论己比较成熟,相对来讲应用比较广泛。在堤坝建筑物防渗补强方面,劈裂灌浆技术被广泛的应用。

参考文献

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