水库除险加固工程中防渗处理设计的应用探讨

2012-08-15姜成启

黑龙江水利科技 2012年7期

姜成启

(徐州市水利建筑设计研究院，江苏铜山221000)

1 我国水库除险加固工程的现状

水库具有防洪兴利的作用，为人们的生活和径流调节提供了便利。中国作为世界上拥有水库数量最多的国家，目前大约8.7万座，而大部分水库修建于上世纪的50～70年代，限于当时的经济和技术水平，很多水库现在都出现了问题。1975年的“板桥事件”，给人们留下了惨痛的教训，水利部先后于2001年和2004年组织编制了两期病险水库除险加固规则报告，先后对全国的1 346座和2 117座大中型和中西部小型水库进行了除险加固。2008年的《全国病险水库除险加固专项规则》开始了中国乃至实际上最集中、最大规模的水库维修工程。在2008－2011年间，中国投入 620多亿元对7 356座水库进行了除险加固。2011年，水利部宣布:经过除险加固，基本上解除了637座县级以上城市、0.11亿hm2良田以及大量基础设施的溃坝洪水威胁，保证了水库下游1.44亿人的生命安全。2010年7月，经国务院同意，启动了5 400座重点小一型水库的除险加固。2011年4月，又启动了全部4.1万座小二型病险水库的加固工程，其中中央负责1.59万座，地方负责2.5万座。按照中央的计划，至2015年，大规模的、由国家集中力量完成的除险加固工程将宣告全部完成，中国将基本消减病险水库。

2 防渗处理技术的应用

水库的渗漏问题，是水库除险工程中面临的最主要的问题，而造成水库渗漏的原因以及坝体的渗漏位置也是复杂多样的，因此给水库除险加固工程的实施增加了难度。一般来说，对水库的的渗漏采取“上堵下排”，上下结合的方式进行处理。在施工中，通常会用到对坝面较大裂缝用灌缝加固胶灌注、采用环氧砂浆勾平缝、修建混凝土防渗墙或者帷幕灌浆等办法。目前，国内外的水库防渗处理技术主要有混凝土防渗墙技术、复合土工膜防渗处理技术、高压喷射灌浆防渗技术、套孔冲抓回填防渗墙技术和振动沉模防渗板墙技术。

2.1 混凝土防渗墙技术

混凝土防渗墙是对闸坝等水工建筑物在松散透水地基中进行垂直防渗处理的主要措施之一，也是应用较早的工程防渗技术。它的施工程序比较繁琐，主要分为固壁泥浆，清孔换浆、槽孔连接及防渗墙混凝土的浇筑。在施工过程中，对槽孔控制和浇筑混凝土有很高的要求。例如:在造孔中，孔内泥浆面应保持在导墙顶面以下30～50 cm，槽孔位偏差≤3 cm，孔斜率≤0.4%。槽孔嵌入基岩的深度必须满足设计要求，在泥浆固壁中新制膨润土浆需存放24 h，经充分水化溶胀后方可使用。清孔结束后1 h孔底淤泥厚度≤10 cm。清孔合格后，应于4 h内开浇混凝土。此外，要严格按混凝土配合比上料，不合格混凝土不得入仓，还要严格按照监理审批的拌和时间、拌和速度等指标进行。

从目前来看，这种技术已经相当成熟，工艺流程也很完善了，这种技术具有弹性模量低，极限变形大，弹性比小的特点，原材料和配合比适当的塑性混凝土能兼顾力学性能和抗渗性能的要求，但这种技术的弊端是施工所形成的墙体和地基的连接不够牢固，而且造槽的机械设备相对较大，不利于小型的大坝采用。

2.2 复合土工膜防渗处理技术

符合土工膜是一种新颖的工程材料，它由土工织物、土工膜组成，具有很好的防渗效果。在渗漏的水库坡面上，铺上复合土工膜，再在其上层铺设砂垫层及混凝土，堤顶封顶层混凝土形成一个整体完全封闭的防渗体系。近年来，我国采用的土工膜防渗的堆石坝坝高已达到60 m以上，取得了良好防渗效果。

复合土工膜铺设应力求平顺，松紧适度，不得绷拉过紧;复合土工膜应与土面密贴，不留空隙，在复合土工膜铺设之前，坡面的平整度、压实度需达到设计要求并要通过监理工程师的验收。它的工艺流程分为:施工准备、复合土工膜铺设、复合土工膜的拼接、质量检验、垫层铺设、混凝土保护层铺设和验收。为方便施工，复合土工膜应尽量采用宽幅，减少现场拼接量，施工前要根据复合土工膜幅宽、现场长度需要，在单位内裁剪，并拼接成符合要求尺寸的块体，卷在钢管上，人工搬运到工作面铺设，并且要求在干燥暖和的天气进行，施工人员应穿平底布鞋或软胶鞋，严禁穿钉鞋，以免踩坏土工膜，施工时如发现土工膜损坏，应及时修补。所以这种防渗处理技术的弊端是要求严格，土工膜容易损害而且还受天气的影响。

2.3 高压喷射灌浆防渗技术

高压喷射灌浆技术是使浆液在很高的压力下通过注浆管，从喷嘴高压射出，注入地基，在射流的冲击、切削、搅拌的作用下，浆液与原地基混为一体，对地基产生挤压、渗透作用，使旋喷桩及周围土体的密度和承载能力得以提高，可以应用于构筑防渗墙体、加固地基和地下构筑物的修补。

高压喷射灌浆的可灌性、可控性好，节约灌浆材料，目前仍处于迅猛发展阶段。它的优点是不需明挖、施工现场小，因此，在水库除险加固工程中广泛应用。但这种方法成本较高，对现场电力设备的要求也很高，从性价比来看，其防渗性能并不是最优的。

2.4 套孔冲抓回填防渗墙技术

套孔冲抓黏土防渗墙技术是一种垂直防渗处理措施，是利用冲抓式打井机具，在坝内造孔，回填防渗性能好的黏土，分层夯实，形成一道连续的黏土防渗墙，适用于中、小型均质土坝。套孔冲抓回填防渗墙的设计，主要包括钻孔平面套接布置、孔距、排距、孔深、有效墙厚及回填土料设计等。

套孔冲抓黏土防渗墙技术具有机械设备简单，施工方便、工程量小、造价低、防渗效果好等特点，适合推广应用。但这种技术在设计中，如果回填土与岩基相接，其允许渗透比将为正常土体的50%～70%，由于不宜加大防渗墙与基岩接触面处的防渗墙厚度，可以采用改善涂料性能的办法来提高涂料允许渗透坡度，如改填水泥，同时避免工程量大。另外，这种技术在雨天不宜施工。