坝体防渗设计方法与处理技术工艺探讨

2017-07-12陈伟强

河南水利与南水北调 2017年6期

关键词：趾板溢洪道坝基

□陈伟强

（深圳市广汇源水利勘测设计有限公司）

坝体防渗设计方法与处理技术工艺探讨

□陈伟强

（深圳市广汇源水利勘测设计有限公司）

在我国，水库为常见水利工程，国内水利的建设年代比较久远，目前诸多水库存在危险，主要包含坝基渗漏严重、设计的标准比较低与坝体渗漏等，容易危及到坝体的安全。所以需要复核坝体防洪的标准，评价渗流安全与结构的安全，同时对病险水库实施防渗设计，确保坝体稳固性。文章主要分析了坝体出现渗漏的主要原因，深入分析坝体的防渗设计方式方法，深入研究坝体防渗处理的技术与工艺，以期延长坝体使用寿命。

坝体；渗漏原因；加固方法

1 前言

目前，国内水利建设还处在迅速发展的时期，并且水库使用率越来越大，而水库坝体防渗是水坝加固中的重要环节。所以需要应用科学措施，强化坝体加固设计，对河道防洪的安全问题和病险水库问题进行解决。在加固设计水库时，需要严格按照水利行业的标准和国家标准设计，并且对比选设计方案进行优化，确保防渗加固的措施可靠、安全。

2 实例分析坝体发生渗漏的主要原因

2.1 工程简介

本次研究的坝体在坝脚外的5～180 m位置，有7处发生渗漏与涌泉，每秒钟的流量为0.07 m3。经过堵塞与截流等方式处理以后，效果不够显著，水库的渗漏问题仍没有得到解决，并且水库无法正常蓄水，水坝坝面有多处发生垮塌，坝体也极度不规则。而溢洪道只可以当作导墙砌筑与基础开挖，无法正常的溢洪。在经过相应治理以后，在现溢洪道的出口底板，也就是下游河床的左岸发现存在岩溶的漏水点，每秒钟的渗漏量是0.12 m3，其渗漏方式主要是岩溶的管道流。本次研究水库为某区域农灌蓄水的骨干水利工程，对于粮食丰收至关重要，因为水库的渗漏比较严重，导致溢洪道的底板发生沉陷与变形。而且该水库有着潜在的安全问题，严重威胁到下游居民财产与生命安全，制约了灌区农业的生产发展。基于此，需要相关人员将工程隐患彻底消除，保证工程能够顺利进行，继而确保水源供给，促进当地农业的发展。

2.2 分析坝体发生渗流的原因

2.2.1 接触带的渗漏

本水库的施工主要是把当地农民工的队伍当作主要施工人员，缺少技术性人员，技术力量相对薄弱。此外，在坝基开挖时，没有将岩石的强风化层彻底清除，继而导致水库蓄水以后下游发生渗漏。

2.2.2 坝体的渗漏

在修建坝体的过程中，因为当时历史条件的限制，施工队伍主要是农民工，缺乏技术性人员，并且没有严格控制坝体的施工工艺，未完善质量控制的体系，严重影响了坝体辗压的质量，使得土体不够密实。在坝体建成以后，坝身以及接触带上尚有漏水的情况，继而导致坝体产生浸润面，严重影响了坝体施工质量。

2.2.3 坝基与坝肩的渗漏

由于水库库区与坝区的地质比较复杂，部分岩溶管道与岩溶裂隙开始发育，库首与坝区表面露出了白云岩、灰岩与白云质的灰岩，而岩溶裂隙的发育比较特别，是强岩溶的透水层。此外，因为坝基岩石的表层风化比较严重，使得节理裂隙开始发育。虽然坝基坝肩与库首库盆都进行了防渗处理，然而，在长期库水压力作用下，裂隙与岩溶管道防渗体渐渐被击穿，造成管道渗漏与岩层裂隙，致使库水渗漏。

2.2.4 洪水的调节与计算

本次所选水库溢洪道是开敞式的溢洪道，根据实测得出溢洪道的总宽度是15 m，中间的墩厚有0.52 m，两个孔净宽度是14.45 m，而溢流堰顶的高程为1 169 m，该水库未规定防洪限制的水位，所以起调水位依然是正常的高水位。按照所求入库洪水、水库水位和泄流的关系曲线，通过瞬态法计算，经计算得出坝体的坝顶部高度需要超过1 171 m。通过实测资料得出坝体的坝顶当下高程为1 170 m，破坏到了防浪墙，因为设计规范的要求，本坝体坝顶的高程比校核洪水位安全超高的高度低。当下坝顶高程与防洪要求不符，经过现场的检查得出，防浪墙的底部和坝体防渗的材料有密实的接触，将较差防浪墙拆除以后，需要重新建立高0.80 m与宽0.80 m防浪墙，保证防浪墙的高程为1 171 m，坝顶的高程为1 170 m，比正常的蓄水位高出1 m。

3 坝体工程防渗设计的方法

3.1 溢洪道侧墙的加高与加固

在溢洪道原侧墙的迎水面水泥浆出现空鼓与脱落现象，需要将原有的旧缝彻底清除，通过水泥浆进行勾缝，并且溢洪道的侧墙砌筑1.50 m高的条石。

3.2 放水系统的加固

虽然放水系统与溢洪道比较类似，但是放水系统不仅需要一次性清除既有的旧勾缝，而且要进行二次勾缝，同时固结灌浆全线，降低渗漏量。

3.3 坝体的加固处理

首先，培厚与压载。如果坝体的背水坡实际高程在30.12～36 m之间，需要实施培厚与压载。其次，对坝体实施劈裂灌浆。因为坝体的密度不够均匀，容易加大渗透的系数，所以需要实施劈裂式的灌浆，对坝体孔隙进行充填，提升坝体的密实度，降低棱体的渗流量，减小浸润线。最后，加大加高排水的棱体。将排水棱体加至25.70 m高程以后，根据1：1.20的比例增加棱体。

4 坝体防渗处理技术与工艺

4.1 帷幕灌浆的技术

在坝体防渗处理的技术中，帷幕灌浆施工的原理是在坝体工程的基础部分开始帷幕式的钻孔，钻孔完成以后，对孔洞中灌注一定量的水泥，水泥凝固以后在坝体工程基岩的表层形成一层保护层，由于水泥凝固后的渗水性比较差，所以可以将水分阻挡在外，防止水分通过基岩渗入坝体工程内部，对坝体造成破坏。帷幕灌浆技术有两种分类方法：第一种是根据钻孔孔洞底部位置来划分，可以分为孔底接触到不透水岩石层的封闭式帷幕灌浆和孔底未接触到不透水岩石层的悬挂式帷幕灌浆；第二种是根据钻孔孔洞的排数来划分，可以分为两排灌浆孔的帷幕灌浆技术与多排灌浆孔的帷幕灌浆技术。

4.2 高压喷射灌浆的技术

通常高压喷射灌浆技术指的是利用高压喷射的方法将配制好的泥浆喷射到土层当中，与土层混合从而达到加固土层的目的。在运用高压喷射灌浆技术时，压力要足够，而且喷射浆料时要均匀，保证每一个部分都有覆盖。泥浆在与土层混合以后会逐渐凝固，形成一层加固型的防渗层。高压喷射灌浆有许多种喷射方式，比如：定点式喷射、旋转式喷射、摇摆式喷射等，每一种喷射方式都适用于不同的条件。高压旋转式喷射灌浆技术，一般是用于需要挖基坑的防渗工程当中；高压摇摆式喷射灌浆技术和高压定点式喷射灌浆技术一般是用于固定板面或者墙面的防渗工程当中。而在当前的坝体防渗工程施工中，使用得最多的就是高压旋转式喷射灌浆技术，因为目前坝体工程的土层大多是淤泥土层、可塑性粘土等，所以比较适合高压旋转式喷射灌浆技术。在采用高压旋转式喷射灌浆技术之前，需要对现场进行考察，观察土层中是否有比较大块的碎石块、是否存在其他类型的杂物、水流的速度是否过快等，必要时可以预先进行实验。

4.3 混凝土的趾板施工技术

趾板主要设置于两岸基岩、面板的周边与河床位置，是混凝土的结构，属于面板底座，同时是防渗的帷幕灌浆压重板，和面板一起组成坝基防渗体。由于该工程坝高没有超过70 m，弱风化线比较深，所以把趾板设置在弱风化的上部，按照相关要求地基允许的水力梯度在5～10之间，趾板的最小宽度超过3 m，该工程趾板所能承受最大的水头是52.32 m，趾板的宽度根据最大承受的10%水头来计算，得出宽度是5.30 m。为了符合趾板的下游面与面板垂直，面板高度需要〉0.90 m，当趾板和面板在同一个平面上时，趾板需要超过0.60 m滑模止息的长度。

4.4 钢筋混凝土的防渗面板施工技术

本次所研究水库面板的堆石坝实际坝高约为52.60 m，按照相关原则将面板的混凝土强度具体控制设定为C25，其抗渗的标号是W8、抗冻的标号是F100。钢筋混凝土的面板厚度具体公式如下：t等于0.30+（0.002-0.0035）H，在公式中t代表面板的厚度，H代表计算断面到面板顶部垂直的离，得出Hmax为50.20 m，tmax在0.40～0.48 m之间，由于该工程的坝高不超过70 m，按照规范可以使用等厚的面板，厚度是0.40 m。在面板的内部设置了单层双向的钢筋，主要用来承受钢筋混凝土干缩应力与温度应力，横向与纵向钢筋的配筋率都是0.40%。面板的混凝土使用滑膜的浇筑方法，为了与坝体变形相适应，需要对面板实施分缝，且缝间距约为12 m，可按照岸坡情况对缝间距进行调整，面板分块的情况从表1中能够看出。