病险水库除险施工技术

2011-10-21钟爱华

大众科技 2011年5期

关键词：造孔粘土水头

钟爱华

（广西海河水利建设有限责任公司一分公司，广西南宁 530022）

病险水库除险施工技术

钟爱华

（广西海河水利建设有限责任公司一分公司，广西南宁 530022）

为了防止洪水泛滥，缩小洪水淹没范围和减少灾害损失所采取的方法和手段，称为防洪措施，包括防洪工程措施和防洪非工程措施。

水库；病险除害；施工技术。

（一）渗漏的原因分析及处理

土坝的坝基、坝体都有一定的渗水性。如渗水从原有导渗排水设施排出，其逸出坡降不大于允许值，不会引起土体破坏，称正常渗漏。凡是渗透能引起土体破坏和影响蓄水兴利的，称异常渗漏。

1.原因分析

（1）坝基渗漏的主要原因：基础或两岸山坡接触处理不善；施工时清基不彻底；没有将淤泥杂物等清理干净；开挖基础没有挖到不透水层，或透水层很深，截水墙、铺盖和坝下游坡脚的反滤层不符合设计要求或设计不当；基础有泉眼、溶洞、断层或破碎带没有处理好等。

（2）坝体渗漏的主要原因：除由于设计的坝体断面单薄、边坡太陡，渗水从滤水体以上逸出等设计原因所造成外，施工时由于坝体填筑质量控制不严，特别是粘土防渗体质量控制不严，致使碾压达不到设计要求的密实度；分段填筑时，土层过厚或分层碾压时层面处理不好；大坝堵口，抢进度，忽视质量而留有隐患；土质不纯，含砂过多，透水性大，土中含有草皮、树根等杂物造成孔隙，引起渗漏；因坝身年久被动物打洞营窝造成孔穴或集中渗漏通道；坝脚反滤层失效，排水不良，引起浸润线升高，长期失修以致渗漏和管涌。

（3）涵管漏水的主要原因：坝身涵管由于基础产生不均匀沉陷，或因土坝多次加高，荷载应力超过涵管原设计要求强度而产生断裂；涵管周围填土不实，结合不好，或未设截水环，形成沿管身渗漏；有些涵管强度低，接头处理不善，砌筑不密实造成渗漏。

2.处理措施

土坝渗漏处理的原则是上截、下排。上截是在坝轴线以上封堵渗漏入口，截断渗漏途径。如抛土放淤，重做粘土铺盖、粘土斜墙、粘土截水墙、粘土灌浆、砂浆板桩、连锁井柱、混凝土防渗墙等。下排就是在下游采用导渗和滤水措施，使渗水不带颗粒，迅速安全排出，如导渗、压渗、减压井等。

（1）对于坝基渗漏，当不能放空水库时，可采用在上游水中抛土的方法，把粘土抛人漏水进口处，沉淀后形成铺盖；在下游可加做反滤层等导渗设施。当有条件放空水库时，可以从迎水坡坝脚开始，沿河床底做粘土铺盖处理。

粘土铺盖的长度应满足地基中的水力坡降小于或等于允许值的要求。一般在水头较小，透水层较浅的工程中，其长度为水头的5～8倍；如水头较大，透水层较深时，采用水头的8～10倍。铺盖的厚度应保证铺盖不因受渗透压力而破坏，其前端厚度一般为水头的 1/10，用碾压法施工不宜小于 1～2m，靠近坝趾处厚度可采用水头的1/4，但极少有超过4～5m的。其他各处厚度参照式（1），即

式中

tx——铺盖厚度，m；Hz——铺盖任意点的上、下水头差，m；

J——铺盖土料的允许渗透坡降，无试验资料时，可参考粘土采用4～6；壤土较粘土减小、20%～30%。

（2）对于坝体渗漏，应根据渗漏程度不同，而采取不同的处理措施。如上游采用粘土斜墙防渗，下游采用导渗来解决。有的采用连锁井柱、套井回填的方法处理。

套井回填处理坝体渗漏，是利用打井机冲抓钻在坝体渗漏的地方造孔，然后用粘上进行分层回填，并利用冲抓钻的动力和卷扬机设备，带动夯锤加以夯实，一个个套井连接成截水墙，截断坝身或基础的渗流，如图 1所示。与其他办法比较，套井截水墙具有省工省料，效果显著，处理彻底的特点。处理操作分为造孔、回填、夯实、检查等4个环节。

图1 套井截水墙

①造孔。造孔前应尽早将水库蓄水位放低到要求处理的高程以下；在需要处理的坝段整修操作平台架设钻机；将钻头对准事先指定好的井位桩，开钻造孔。第一个孔打完后粘土回填好，再继续打第二个孔。为了保持井孔垂直度，造孔程序应相间一个孔进行，即先完成奇数井，再间插中间偶数井，如图2所示。

处理坝段的长度与渗漏范围有关，一般从渗漏点向左、右沿坝轴线延伸约坝高的一倍距离，对均质坝、心墙坝，可沿坝轴线或心墙的中心线布孔。截水墙深度，建议做到填筑较密实的、渗透系数与截水墙接近的土层内。但必须处理到漏水层以下的一定深度，或与坝体上游面防渗铺盖以及截水槽相衔接处。对于坝基渗漏，最好处理至新鲜岩基。

井孔间要有一定的搭接，以保证在一定水头下有足够抵抗破坏坡降的有效厚度，如图3所示。

图3 套井造孔搭接(单位：cm)

图2 套井造孔程序

②回填。回填土料要选择符合粘性土料物理力学的要求，应具有粘性大，易夯实，抗渗性能好的特性，不允许掺杂树根杂质。回填时最好控制在最优含水量附近，以使夯实较好。在底层回填土料时，要把井底的浮土、碎石清理干净，并保持无水。井内有渗水时要抽干，然后回填粘土。如井壁有渗水，应在渗水方向布置副井，用深井泵抽吸，拦截渗漏水，保证主井的回填。

处理坝基漏水时，在砂砾石地基及崩坍体上打套井时，要注意地基内是否夹有较大孤石，要仔细地检查，并用井下爆破彻底清除。

回填铺土要均匀，分层填筑，松土层不宜过厚，一般以25～30cm为妥。

③夯实。合理夯实是提高填土密实度和抗渗强度的重要环节，对保证填上的质量有着很大的作用，应当认真对待。经过多次试验证明，选定直径95cm，高40cm，重580～650kg的石夯锤，夯锤的底部做成15cm凸度弧形椭圆球面，夯实效果较好，不仅能获得较高的容重，而且挤实了井壁四周土体，促使新老土结合较好。

夯实时，为避免振动过大，对老坝体带来影响，按每立方用86t·m的击实要求，可增多夯击次数，减少落锤高度。在锤重650kg时，落锤高度1.5～2.0m左右，夯实土层厚度23cm，根据选用的土料，经夯击15次，达到与现场容重试验相符的结果，符合设计要求。在工地施工中，还应根据容重试验来确定压实质量。

④检查。包括井孔检查和回填土质量检查两个方面，检查是处理过程中极其重要的环节。套井回填粘土截水墙，加固了土坝，处理了隐患，在进行工作的同时，对坝体质量也有了全面的了解。在处理过程中根据井孔检查情况，在比较严重的集中渗水部位，适当增加套井排数，在渗水侧打加强井，如图 4所示。在套井的两侧各增一排加强井使截水墙有效厚度增加。施工中井壁有较大范围塌方时，在发生塌方的一侧增加加强井，加厚截水墙，达到加固防渗体的目的。

图4 套井的加强井布置

在套井回填粘土时，还需对填筑土料的容重、含水量和渗透性能等进行试验梭查。对回填土料土质要随时注意是否符合设计要求，防止粗料含量过多、半风化料混合掺杂进来。在井孔回填中，要做好压实检查、质量检定，使回填质量掌握在设计要求范围，务必使回填体土的孔隙减少，即减小渗透性、压缩性，相应提高土的强度，增强抗渗性能。沿套井轴线方向每隔一定的距离，应用渗透仪现场测定套井回填土与原防渗体的渗透系数并作对比，以提供校验渗透稳定计算的数据。

（二）浆砌石坝的观察与维修

1.渗透观察

对坝体、地基、两岸接头部分，认真观察有无渗透现象。当发现渗透现象后，进一步观察其渗漏面积和程度，并注意有无游离石灰及黄锈析出。渗漏程度可分湿斑点和漏流两类。漏流又可分为点滴流、细流、射流。将渗漏水引入容器，直接量出渗漏水的容积和重量。通过观测，做出记录，提供维修资料。

2.坝体观测

在地基岩石有断层或岩层节理较发育的地方，应经常观察其外露部分有无变形、错动、张开等现象，并分析其对建筑物的安全状况的影响。汛前、汛后和用水期前后，都要观察输水、泄水建筑物有无裂缝、气蚀和磨损，建筑物的边墙、底板有无淘刷，各部位的排水孔道有无堵塞现象。根据运行后的实测扬压力值，研究扬压力的变化，并与设计采用数值对照，复核坝的稳定安全情况。同时观察坝体表面有无脱壳、松软、侵蚀等情况；防渗护面是否损坏，迎水面的浆砌块石是否因砂浆干缩产生裂缝引起漏水。可采用木锤敲击．坝体块石和砂浆的表面，以判断是否有脱壳和侵蚀的情况，

3.排水系统的观测

应观察坝内的排水系统是否完好，如排水沟、管、廊道是否畅通，下游河床的消能设备是否符合设计要求，是否起到消能作用。

4.渗漏处理

对于坝身沉陷引起的防护面渗漏，可采取补浇混凝土或钢筋混凝土，做喷浆盖面或沥青盖面等方法，恢复防渗护面的不透水性。对于迎水面的混凝土（或钢筋混凝土）的防渗面产生裂缝引起的渗漏，可采取钻孔灌浆的方法处理。

灌浆的材料和方法各地有许多先进经验。有的采取“聚氨酯”及“丙凝”灌浆堵漏收到良好的效果。经过灌浆处理表明，“聚氨酯”材料对防渗堵漏的固结性能良好，与“丙凝”相比具有较高的强度，可用于地下结构的防渗，松散地基的加固，断层处理，水工建筑物混凝土的裂缝止水等。在使用时，应合理地选用粘度比较适宜的浆液，如对细裂缝或细砂层的灌浆，应选择粘度较低的浆液；反之，裂缝大、流量大，则选择粘度大的浆液。有时甚至还需要加入一定的填料，使其发挥堵漏作用。

“聚氨酯”、“丙凝/，材料对防渗堵漏有较好的效果，但目前价格较贵，原材料的来源也有一定限制，因此，在使用时应考虑在水泥灌浆材料不能见效时，采用上述材料，更有其实用意义。

5.坝体失稳的加固处理

由于坝体结构偏小或基础承载能力不足，或原采用地基摩擦系数偏小时，坝体可能发生倾覆、滑动，需要进行加固。加固措施有的是增加坝体有效重量，以维持平衡，有的是采用接触灌浆，使坝体与基础连接更好；有的采用重力墙支撑，如图5所示。图6是结合处理裂缝漏水的加固措施。