防渗技术在玉环县小型水库加固中的应用

2012-08-14林维仁

浙江水利科技 2012年4期

林维仁,董波

(玉环县水利局,浙江玉环 317600)

玉环县位于浙江东南沿海,地貌以丘陵为主,丘陵与山地面积约占陆域面积的68.2%。县域地势北高南低,丘陵平原相间,河流依山脉走向自成体系,源短流急,多为独流入海,洪枯径流变化大。县域内共建有小型水库16座,总库容2 266万m3,无中型及以上水库。小型水库在当地城乡居民生活供水、工农业生产中具有重要的作用。这些水库工程的挡水建筑物绝大多数属于20世纪50—70年代初 “三边”工作方式下修建的土石坝,受当时物质、技术匮乏和认识水平等客观条件的限制,再加上三四十年运行管理维护跟不上,致使大坝工程存在诸多问题,其中渗漏问题尤为突出。玉环县自2003年实施 “千库保安”及2008年实施“强塘工程”以来,加固的13座水库中12座存在不同程度的渗漏问题,尤其对其中的8座水库大坝采取了全断面防渗漏处理措施。

1 土坝渗漏类型与成因

1.1 土坝渗漏类型[1]

土坝渗漏类型主要有:坝基渗漏、坝体渗漏、绕坝渗漏。玉环县小型水库均为土石坝,由于建坝时人工清基不彻底,防渗措施不到位,填筑土料差,碾压不密实,受白蚁侵害等因素,以上3种渗漏类型均有不同程度的体现,甚至一座水库中兼有几种不同渗漏类型的情况。

1.2 土坝渗漏成因

玉环县小型水库土坝渗漏成因主要可归纳为以下4种情况:

(1)基岩风化及接触部位产生的坝基渗漏。一是早期建设的土石坝大多为人工清基,河床部位施工难度大,坝基冲洪积层清基不彻底,或设计中未考虑截水槽或截水槽深度不够,都可引起坝体和坝基结合部产生渗漏。二是坝基存在节理裂隙发育地层,建坝时未采取有效的防渗措施。如玉潭水库,1958年开始建坝,且大坝建于强风化凝灰岩上,地质勘探反映强风化凝灰岩厚度为1.3～7.8 m,渗透系数为0.104×10-4～29.600×10-4cm/s,属中等～强透水层。另外从一个横断面勘探发现,坝基岩面起伏较平缓,原设计齿槽轮廓不明显。

(2)河床含泥砂砾石层产生的坝基渗漏。大坝建于砂砾层上,建坝时没有采取专门的防渗措施建立起完整的防渗体系,再加上松散堆积物孔隙水长期对基础的侵蚀致使坝基渗漏。如小闾水库,大坝直接建在覆盖层上,覆盖层由第四系全新统坡积洪积(al-plQ4)含泥砂砾 (卵)石组成,层厚1.9～21.4 m,渗透系数为 2.79×10-4～32.50×10-4cm/s,属中等～强透水层。

(3)白蚁侵害引起的坝体渗漏。大坝遭受白蚁侵害,蚁道贯穿大坝上下游而形成渗漏通道。白蚁活动范围一般在水库浸润线以上,但玉环县缺水异常严重,水库空库时间较长,蚁穴也往纵深发展,危害程度也大大增加。如牛栏水库,采用人工挖巢及药杀治理时,挖出蚁王、蚁后近100对,最大的巢穴可容纳1个成人进入。

(4)防渗土料填筑质量差产生的坝体渗漏。一是筑坝土料差,含有杂质,不同料场的土料同时上坝填筑,土料混杂等。二是施工时碾压不密实,碾压机械功能不足或分组分块施工各仓面上升速度不一导致,每层填土上下部或层间或相邻两块结合部出现少压或漏压的松土带。如石门坎水库,坝体填筑土料为粉质黏土夹较多砾砂,套井回填时冲抓上来的土料中还含有树根、瓦片等。

2 防渗处理技术方案[2-3]

大坝防渗处理技术措施较多,在玉环县小型水库加固中主要采用:混凝土防渗墙 (薄墙)、复合土工膜黏土斜墙、冲抓套井回填黏土防渗墙和帷幕灌浆基础处理等方案。

2.1 混凝土防渗墙

混凝土防渗墙是在坝体中连续造孔成槽,以泥浆护壁,在泥浆下浇筑混凝土,形成一道起防渗作用的地下连续墙。防渗墙是一种防渗结构,但其实际的应用已远远超出了防渗的范围,可用来解决防渗、防冲、加固、承重及地下截流等工程问题。混凝土防渗墙具有地层适应性强、防渗效果及耐久性好、施工方法比较成熟、施工质量可靠、检测手段简单直观等优点,因而应用比较广泛。该项技术防渗处理彻底,但造价较高,适用于坝体普遍渗漏的大坝。小型水库选用该方案首先需考虑投资的可承受能力。

(1)芳杜水库采用了混凝土防渗墙方案。初设方案选择时充分考虑了该水库实际情况:该水库为小(1)型,是玉环县最重要的供水水库之一,且下游居民集中;外坝脚多处渗漏逸出点有可见絮状物带出;水库存在加高扩容条件。芳杜水库防渗墙厚80 cm,深8～56 m,防渗墙造价约占建安工程投资的68.5%。

(2)小陈岙水库采用了混凝土防渗薄墙方案。该水库为小(2)型,初始选用冲抓套井回填黏土防渗墙方案,在施工一开始就出现严重塌方,表明坝体土质相当松散,地下水位又高,套井回填方案很难继续实施,后改用混凝土防渗薄墙方案,墙厚30 cm,深15 m左右,防渗薄墙造价约占建安工程投资的35%。

2.2 复合土工膜黏土斜墙

在大坝上游侧铺设土工膜作为主要防渗材料,土工膜上下部位均铺填黏土,形成一道新的防渗体。复合土工膜渗透系数远比黏性土和混凝土小,且具有较大的弹性或塑性变形,可适应土体的沉降、胀缩或者偶然的超载、滑坡所造成的过量位移和变形。但在施工中对基础及两岸的结合面处理以及土工膜的焊接、锚固等存在一定难度。

牛栏水库采用了复合土工膜黏土斜墙方案。该水库为小(2)型 ,复合土工膜采用PE350/0.5/350,膜下黏土垫层20 cm,膜上设40 cm黏土保护层,内坡脚及两岸结合面开挖至基岩浇筑混凝土截水墙,截水墙下基础帷幕灌浆处理。土工膜斜墙防渗方案对节省投资极其有利,但在该工程中内坡脚开挖时遇到地质变化,工程量大大增加,整个防渗投资占建安工程投资的46%左右。故该方案在牛栏水库中其经济性、合理性尚有待商榷。

2.3 冲抓套井回填黏土防渗墙

冲抓套井回填黏土防渗墙是利用冲抓式打井机具,在土坝渗漏范围内原防渗体中造井,用黏性土料分层回填夯实,形成一连续的套接黏土防渗墙,截断渗流通道,起到防渗的目的。其具有防渗效果好、施工方便、工效高、投资少、能直观隐患且在夯锤夯击时对原坝体有增实作用等优点。一般适用于井深30 m以内,如井太深,易于偏斜,回填土搭接厚度难以保证。另外如坝体非常不密实,塌壁现象异常严重时,则应改用其它处理措施,如上述的小陈岙水库。石门坎水库、龙溪水库均采用了此方案。

(1)石门坎水库为小(1)型,大坝建于1990年,加固时套井采用单排孔,孔径110 cm,孔距75 cm,孔深6～30 m,套井回填投资约占建安投资的21.6%。

(2)龙溪水库为小(1)型,采用双排孔,孔径110 cm,孔距86 cm,排距89 cm,孔深22 m,套井投资约占建安投资的21.9%。

另外,黏土回填时兼顾了白蚁的防治,石门坎水库黏土料中掺入了5%联苯菊酯,掺入量为250 g/m3;龙溪水库黏土料中掺入了一种含氯离子的无毒物质。

2.4 帷幕灌浆基础处理

坝基帷幕灌浆包括岩石基础和砂砾石基础帷幕灌浆,是通过钻孔用灌浆设备将符合一定配比要求、具有流动性和胶凝性的浆液 (通常为水泥浆)压入岩石或砂砾石中,经过硬化胶结,形成一道连续的防渗幕墙,以达到减少坝基的渗流量,保证基础的渗透稳定的目的。灌浆帷幕对基础的变形具有较好的适应性,施工的灵活性大,较之其他方法,更适合于在深厚砂砾石地层施工。帷幕灌浆一般在空库施工时效果最好,但在玉环县水资源非常紧缺的条件下,在低水位情况下进行了施工,也达到了预期的效果。

小闾水库、玉潭水库(均为小 (1)型)采用了该方案处理坝基渗漏,均布置2排孔、自上而下循环式灌浆法,分3序施工:

(1)小闾水库坝基包括含泥砂砾石层及基岩,在基岩灌浆中还使用了硫铝酸盐超细水泥。

(2)玉潭水库坝基为岩石,使用普通水泥灌浆,其中有1孔施工时出现不起压,用灌入一定量水泥砂浆待凝24 h后继续灌水泥浆进行处理。

关于坝基和坝体接触部位的灌浆,玉潭水库的做法是:接触段分2次灌,第1次灌浆为基岩面上2.0m至嵌入基岩0.2 m,第2次灌基岩面上0.5 m至基岩下1.5 m。2个水库的帷幕灌浆投资分别占建安投资的34.5%和36.5%。

3 效果评价

玉环县小型水库加固经上述防渗措施处理后,初期效果均较为明显,如芳杜水库和小闾水库下游居民水井曾一度出现 “枯井”。但随着运行时间的延长,各方案的优劣逐渐显现。比较玉环县各水库情况,混凝土防渗墙方案效果最好,可达到完全根除的程度,套井回填方案次之,牛栏水库的复合土工膜黏土斜墙方案效果最差,完工后约5 a时间,外坝脚又隐约可见渗水现象,可能由于V型地形截水墙处理不彻底引起。坝基帷幕灌浆后,初期效果良好,但随着时间推移,防渗能力将会逐渐减弱。利用不同防渗处理方案投资及效益比较见表1。