水利工程中水库堤坝防渗施工探究——以阳江市江城区某水库为例

黄晓岚

(佛山市顺德区水利水电勘测设计院有限公司阳江分公司,广东 阳江 529500)

0 引言

农田水利工程中,水库堤坝常会出现渗漏情况,降低了堤坝工程质量,对水利工程正常运行带来了不利影响。需结合实际情况采取有效措施进行防范及处理,发挥农田水利工程灌溉农田、防洪抗旱等功能[1]。

引发水库堤坝渗漏的主要原因包括以下几方面。①环境因素。生态环境直接影响水库堤坝的防渗效果。不同区域生态环境有较大差别,特别是在遭遇汛期强降水后,水库堤坝会受到雨水的频繁反复冲刷,出现破坏、渗漏情况。②施工因素。水库堤坝若未按规范进行施工作业或采用的工艺技术较为落后会导致其存在安全质量隐患,极易在投入使用一段时间后出现裂缝、渗水等问题。③材料因素。水库堤坝施工中,材料选用是否合理、质量是否达标等会直接影响工程质量,若施工中没有严格按照设计要求选择合适材料、实际作业没有对材料质量进行严格检验会使水库堤坝潜藏渗漏风险。④维护因素。完成水利工程水库堤坝施工后要定期维护管理,及时发现存在的裂缝、破坏等问题,采取有效措施优化解决,确保水库堤坝正常使用。若水利工程后期运行维护不到位,没有及时发现水库堤坝的渗漏,将影响水利工程的正常运行[2]。

1 水库堤坝防渗施工方法

1.1 灌浆施工

大坝基坑开挖与防渗处理方法。作为水利工程施工的基础环节,深化落实好大坝基坑开挖工作可以起到较好的防渗作用。由于水利工程水库堤坝的基础土层较为复杂,要确保基坑的稳固性需要采取加固措施处理。利用高压喷浆技术,将水泥浆注入基坑底部,使其与土壤充分融合,加固基础土层,提高大坝基础防水性能。可根据水利工程的设计强度、厚度和深度选择合适的高压喷浆方式,取得操作简单、效率较高的防渗施工效果。

坝体劈裂灌浆施工处理方法。在水利工程水库堤坝施工中,填土是比较重要的施工环节,若作业过程中出现质量控制不严问题,水库堤坝容易受到应力影响而发生裂缝和变形,引发渗漏问题。运用坝体劈裂灌浆技术可提高坝体安全性、稳定性和防渗性。实际操作中,需详细勘察施工现,掌握应力分布状况,制定正确的路线灌入水泥浆,使之形成防渗泥墙,提升坝体整体防渗能力。

混凝土大坝碾压防渗处理技术。施工时可采用复合土工膜防渗处理方法,提高大坝整体强度和防渗性能。实际操作要重点把控施工材料质量,根据施工需要选择合适的材料,处理好接缝处,保证接缝质量达到施工规范要求。

1.2 防渗墙施工

防渗墙施工是水利工程水库堤坝防渗施工常用的技术方法,可提高水利工程整体防渗性能,保证水库堤坝安全稳定,具体内容如下。

1)射水地下成墙技术方法。 采用射水法原理成槽及导管法水下浇筑技术建造地下混凝土连续墙, 可通过喷射器形成强大射流,破碎土层和冲成槽孔,再由成型器下口刀刃进行孔壁修整,使之形成一个规则的矩形槽孔。完成该项工作后,使用泥浆进行护壁作业,再实施混凝土浇筑施工,最终形成防渗墙。施工中要注意控制防渗墙的深度,保持在30 m以上,厚度则控制在25～45 cm。

2)多头深层搅拌防渗墙技术。考虑到一些地区经常出现降水,工程遭遇过多雨水侵蚀后会导致工程结构出现渗漏问题,借助多头搅拌机,根据实际施工需要,将一定数量的水泥浆喷到水体中,待均匀搅拌使土体与水泥浆充分融合后,对形成的水泥桩进行科学搭接,最终形成防渗墙,提高整体工程防渗性能[3]。

1.3 渗水防治方法

对水库堤坝出现的渗水情况进行防治处理时可根据不同的渗漏位置科学选用防、截、排、护等措施。坝前运用水平防渗方式。堤坝内部可以使用竖向截渗方法,坝后则使用减压排渗措施进行处理。实际运用要结合现场情况,组合式应用防、截、排等防渗措施,取得理想的防渗效果。针对处于运行状态的水利工程,要实现对水库堤坝的有效防渗,采用竖向截渗方法,在坝内设置防渗体,如在坝内修筑防渗墙,根据现场情况选择防渗帷幕。施工中要重视地质条件勘察作业,获得真实准确的数据,为施工材料、工艺技术等科学选用提供有力支持。水利工程水库堤坝防渗设计中,由于靠上游拦截的渗水压力较大,需增强防渗体的抗渗强度,下游渗透坡降较小,坝体浸润线较高,因此通常选择在上游修筑截渗体,以取得更好的防渗效果。

2 实际应用

阳江市江城区某水库是一座以灌溉、防洪为主的综合利用小型水库,最近一次水库除险加固时间是2011年,涉及大坝加固、重建溢洪道、输水洞改造等,以确保水库正常功能的有效发挥。该水库运行至今出现了混凝土部位风化毁损严重、输水洞进口破损严重、大坝背面水坡杂草丛生等情况,难以充分发挥水库的生态社会效益,需结合实际实施水库除险加固[4]。

该水库存在大坝抗洪能力不满足规范要求、迎水坡面板水位变化区风化严重、防浪墙普遍存在裂缝、溢洪道进口段於堵严重等问题,故将除险加固任务设置为加高大坝防浪墙,在坝顶铺设混凝土路面和设置坝顶排水沟;对迎水坡混凝土面板进行修复处理,背水坡则清理杂草和设置排水沟;对溢洪道进行拆除重建,尾水渠要实施清淤疏浚处理;拆除输水洞进水口,对输水洞进口启闭塔和工作桥进行修建,涉及的下游排水渠进行清淤整治;对管理房进行拆除重建,通过增设水库大坝安全监测设施,及时处理破损、渗漏等问题。

2.1 水文地质勘察

开展除险加固工作前应深入实际进行地质水文勘察作业,为后续施工设计和科学实施奠定良好的基础。①明确本次勘查目标任务。开展水文地质勘察工作的主要目的是为水库除险加固提供工程地质和水文地质资料,包括收集分析水库大坝所在区域的地质资料、施工记录和隐患情况等,明确坝体和坝基的隐患性质及分布范围;调查坝体和坝基病害险情,实践中要将重点放在滑坡、塌陷、管涌等不良地质现象上;查明坝体填料颗粒组成、物理力学特性、分层填土结合情况等;查明坝基地层结构与各层分布深度、厚度、渗透特性、渗透稳定特性等。②加强水文地质情况分析。在地形地貌方面,库区地貌类型为低山丘陵区,一般地形坡度处于15°～25°,勘察过程没有发现不良的物理地质现象。在地层岩性方面,从新到老有第四系、第三系、二迭系、石炭系、寒武系和震旦系。常见岩性为条带状混合岩、条纹状混合岩和带状透镜混合岩。在地质构造及区域稳定性方面,尽管水库位置有断裂,但经过场地勘察没有发现有活动断裂经过,整体来看工程场地较为稳定。在气候水文地质条件方面,阳江市属于亚热带季风气候,主要特点是热量丰富、雨水充沛和灾害性天气多。区域水文地质条件比较简单,根据含水层可分为第四系孔隙水和基岩裂隙水,地下水位会随着季节和地形的变化而变化。③了解大坝工程地质条件。在地层岩性分布特征方面,根据钻探结果,坝址地层由新至老依次为填筑土(Q4ml)、第四系冲坡积土(Q4al)、第四系坡积土(Q4dl)、残积层(Q4el)、下伏基岩为花岗岩(γ)。在地质构造与地震烈度方面,根据区域地质资料坝址区没有断裂通过,经过野外地质测绘发现,坝址区基岩风化局部较浅,可能是小断裂通过的反应。该项目场地基本地震动峰值加速度为 0.10 g,场地抗震设防烈度为7度。在水文地质条件方面,孔隙水主要赋存于第四系松散层,并向下游低处进行排泄或渗入到基岩中。勘察测得各钻孔地下水位处于4.10～6.70 m,水质带给建筑材料的腐蚀性判定结果见表1。

表1 环境水对钢筋混凝土结构的腐蚀性评价

2.2 施工作业设计

1)大坝设计。主要包括上游坡、下游坡和坝体三部分。大坝上游坡15.5 m,高程至坝脚现浇C25砼护坡。新建护坡段坡比为1∶ 3.0,护坡结构自上而下为120 mm厚的C25混凝土和100 mm厚碎石砂垫层,每隔4 m设置一条护坡纵横缝。护坡脚则采用C25混凝土矩形护脚挡墙,在护坡位置对φ50PVC的塑料排水管进行预埋,纵横间距控制在5 m左右。在坝顶至护脚修建一条2 m宽度的混凝土台阶,方便后期维护管理。大坝下游坡则是对大坝背水坡表进行回填土作业,将坡比设计为1∶ 1.6,采取的措施包括植草皮进行护坡、设置排水沟等,防止渗水、塌陷等问题出现。因坝体渗透系数过大,拟对原坝体进行充填灌浆,本次灌浆范围沿坝顶轴线,长度155 m,总灌浆进尺2024.64 m。灌浆孔沿坝轴线3.0 m等距布置,双排,排距2.0 m,深入弱风化层以下不小于1.0 m,分二序孔施工,大坝主体工程完成后方可进行坝体灌浆。灌浆采用充填式灌浆技术,对灌浆土料要求如下：塑性指数10%～25%,黏粒含量20%～45%,粉粒含量30%～50%,砂粒含量0～30%,有机质含量<2%,可溶盐含量<3%。对浆液物理力学性能要求如下：容重1.3～1.6 g/m3,黏度20～100 s,稳定性0～0.15 g/cm3,胶体率>70%,失水量10～30 cm3/30 min。灌浆压力采用50～100 kPa,最大允许灌浆压力由现场试验确定。每孔每次平均灌浆量以孔深计,每米孔深控制在0.5～1.0 t/m,灌浆次数应在5次以上。

3)输水涵管。水库现有输水洞主要为三级阶梯式进水涵,管道进口基础出现了较为严重的破损情况,在开展除险加固设计时将重点放在新建输水洞进口启闭塔和工作桥上面,改为闸门控制输水洞放水,采用铸铁闸门、5 t手电两用螺杆启闭机,对出口排水渠清淤疏浚,减少渗漏水安全问题的发生。

2.3 防渗处理作业

完成水库除险加固施工设计后,围绕水库渗漏原因及位置,采用有效措施进行解决。施工中,将重点放在水库施工使用材料、坝体混凝土作业、溢洪道修筑加固上,保证选择材料贴合工程施工实际要求。重视坝体混凝土作业,事先了解施工内容和工艺技术,严格按照工艺流程及操作要求施工,待完成作业后检查验收施工质量,确保坝体整体施工质量和防渗性能。对于溢洪道施工,要先清理进出口位置出现的於堵,严格遵照设计要求进行开敞式溢洪道改造施工,在达到安全泄洪的同时防止渗漏问题。完成施工作业后,对不同工况下的坝顶高程进行复核,结果见表2。复核发现,坝顶高程最大值为18.02 m,大坝现状测量坝顶高程和防浪墙顶高程分别为17.41 m、18.0 m,与本次除险加固计算值相近。

表2 坝顶高程复核计算值

在完成水库除险加固施工后,重新检查大坝抗洪能力是否满足规范要求、迎水坡面板水位变化区风化情况、防浪墙是否存在裂缝、溢洪道进口段於堵严重等问题,确保加固后的水库大坝泄洪能力满足实际要求。对坡顶至坡脚现浇C25砼护坡和背水坡表进行回填土作业,提升坝体稳固性和防渗性,充分发挥水库作用。

3 结束语

水库堤坝出现渗漏,如不能及时发现并处理,将影响整个水利工程的正常运行。应重视水库堤坝防渗施工,紧密围绕水库大坝、溢洪道等实际工作要求,科学制定除险加固方案,落实好水库大坝混凝土护坡、出口排水渠清淤疏浚等工作,增强水库堤坝的防渗加固效果。