水库土坝渗流稳定和除险加固措施研究

2015-03-23姜书锋

河南科技 2015年7期

姜书锋

（郑州市水利建筑勘测设计院，河南郑州450000）

1 水库土坝的安全评定体系及规定

目前，中国正在使用中的水库土坝的安全检测体系，是从多年来的实际操作中和对基本运作原理熟练掌握的基础上建立的，已经具备一定的标准性和规范性。现在需要对已经完工的土坝工程进行安全方面的鉴定，根据中国水利工程的相关规定，已经完工的水库土坝工程要定期进行安全检测，在完工后的5年内进行第一次检测，在完工后的6～10年内进行第二次检测，在土坝出现严重的损坏或者因为自然灾害导致水库的运行发生了改变，应该及时寻求有关部门的帮助，为了保证水库土坝能安全运行，一定要严格遵守安全鉴定的规定，对土坝的运行、管理和性状都及时的进行检测，当土坝发生损坏时，对土坝的损坏程度进行鉴定。根据损坏程度的不同，采取不同的处理方式，避免事故的发生，保证水库周边居民的生命财产安全［1］。

2 土坝的渗流问题

所谓的渗流，就是地下水在孔隙、裂隙和溶洞中流动。渗透场就是渗透水所占得领域。由于渗流处在不同的渗流场中，可以把渗流分成饱和渗流和非饱和渗流两种。处在饱和地带中的渗流是饱和渗流，处在非饱和地带中的渗流是非饱和渗流，依据渗流的水头、渗透的速度、水利梯度可以把渗流分为稳定渗流和非稳定渗流。非稳定渗流就是渗流的一个或多个基本表征量跟着时间发生变化。非稳定渗流主要是受自然原因和人为原因两个方面影响。降水、地表的水位变化、水井抽水等做法会给地下水的径流、排泄条件和补给造成影响。土坝的地基、土基、岩基的建造质量直接关系着坝基渗流的破坏程度。超压、渗漏、不均匀沉陷、滑动、液化等原因都会导致土坝的内部发生一些大大小小的事故。如果土坝的防渗措施不够完善，不但会给水库的蓄水能力带来影响，还会威胁水库的安全。

3 土坝防渗处理技术的探讨

3.1 土石坝垂直防渗工程

坝体、坝基渗漏是病险水库大坝中常见的问题。病险水库土坝的问题主要表现在三个方面［2］。

3.1.1 在土坝完工后，经行蓄水作业，由于在施工过程中选取的原材料质量不合格、土料的物理学指标不得当，导致实际的浸润线比原设计的浸润线高。使渗流从水库土坝的下游坡面流出，导致下游的坡面失去稳定性。

3.1.2 由于渗流的原因，导致坝基和坝体发生具有危险性的变形。如坝基、坝体被掏空，损坏。

3.1.3 由于部分水库处在地质条件较差的地方，基础的防渗方式无效，导致坝基发生漏水的情况。

3.2 土石坎的垂直防渗措施

面对众多原因导致的坝体、坝基渗漏的现象，大多数的水库土坝设计者采用垂直防渗的方式防止土坝发生渗漏问题。地基隔水层比较浅或者是地基的透水层比较薄等问题，都适合使用垂直防渗的方式处理。采用封闭式的处理方式可以从根本上解决土坝渗流的问题。土石坝的垂直防渗方式主要有五个：劈裂灌浆防渗、土工合成材料防渗、混凝土防渗墙、高压喷射灌浆防渗、冲抓套井回填黏土防渗。主要讲解劈裂灌浆防渗、混凝土防渗墙、高压喷射灌浆防渗这三种防渗措施。

3.2.1 劈裂灌浆防渗。劈裂灌浆防渗技术是在坝体的沿坝轴线上单排布设钻孔，用压力灌入泥浆，采用人为的方式把坝体轴线上的应力面劈开，用泥浆析水固结、堤体湿陷密实和浆堤互压的原理。让裂缝、洞穴、砂层等与浆脉相连的安全隐患能够得到紧密、挤压、填充。最终在水库土坝的坝体上产生一道垂直连续的泥浆防渗墙。提升坝体的紧密程度、增强坝体的抗渗性，最终达到坝体防渗的目标。

3.2.2 混凝土防渗墙。混凝土防渗墙是使用特定的机具，在坝体或者覆盖过程中，建造一些槽孔，用泥浆坚固墙壁，使用直升的导管，在这些槽孔内浇灌混凝土，建造一座不间断的混凝土墙，达到防渗的目的。有的水库地基不是岩石而且透水层比较厚，在这种情况下就可以采用混凝土防渗墙的方式对坝体和坝基的渗流情况进行预防。混凝土防渗墙主要分两种，一种是板桩式防渗墙，另一种是槽板式防渗墙。混凝土防渗墙在垂直防渗的处理中具有可以适应各种各样不同材料的坝体和适应复杂的坝基水文和工程地质条件的优点。如果要全面解决坝体和坝基的防渗的问题，可以在土坝顶部建造一面防渗墙直接到达基岩，防渗墙的两边与岸坡上的防渗设施、岸边的基岩相连，从而建立一个全面的防渗系统。在建造的防渗系统的过程中要严格地遵守设计原理，保证系统的安全性。从根本上解决水库土坝的渗流问题。建造混凝土防渗墙是处理病险水库防渗问题的一个重要方式。在20世纪50年代初期，意大利和法国就已经在使用混凝土防渗墙的技术处理水库土坝的渗流问题。之后这种处理方式在各国投入使用，中国在五十年代后期的时候对这种防渗方式进行了探索和研究。这么多年来，不论是国内还是国外都在防渗墙的材料、厚度、造价和应用范围的研究上有了新的发展。在防渗墙的使用范围上，从新建水工建筑物的基础上发展到病险水库土石坝坝基和坝体的处理问题上。在城市建筑地基的基础和码头建造工程上的使用范围不断扩大，目前，混凝土防渗墙的使用前景十分的广阔。

3.2.3 高压喷射灌浆。高压喷射灌浆技术就是钻机钻孔达到设计深度，然后放入一个喷射管，用高压的液流冲搅需要灌浆的地层，破坏地层中的土体结构，用灌入的水泥浆或复合浆，把被冲搅部分的泥浆置换出来。在冲搅的过程中，喷射管一边向上升一边旋转，让灌入的水泥浆或者复合浆在凝固后形成一个凝结体，这种方式形成的凝结体稳定性高、抗渗性强，相对强度比较高。建造一段不间断的混凝体，可以作为一道防渗墙，拦截渗流的通道，最终达到水坝防渗的目的。高压喷射灌浆的防渗方法在喷射方式上分旋喷、定喷和摆喷三种方式。定喷会形成板状，旋喷会形成柱状，摆喷会使墙体的长度和厚度处在定喷和旋喷之间，高压喷射灌浆技术适合用在各种地层中，在砂卵石层中的防渗效果尤为显著。施工方式的差异使高喷灌浆的防渗方式分为单管法、两管法和三管法三种不同的方式。三管法就是用三管输送水、气、浆这三种施工材料，水和气同轴喷射，让内嘴喷射的高压水与外嘴喷射的环绕气流互相冲击、切割地层，下方的喷嘴喷射凝结体，这种施工方式形成的凝结体宽度比两管法大。用高压喷射灌浆技术，可以有效地控制水库土坝的渗流问题，保护坝体不受渗流的侵害。