河道橡胶坝的渗漏防治

2020-01-14宋守国

河南水利与南水北调 2020年10期

□宋守国

（汝州市水利局）

0 引言

当前河道治理工程中的橡胶坝建设，主要基于坝基存在的渗漏、渗透变形或涌水问题，以及河道流域橡胶坝坝体土质的透水性等要素，进行排水蓄水、坝体渗流状况的分析，并提出坝区防渗墙、橡胶坝渗漏加固装置的建构对策。其中汝州市北汝河1号橡胶坝场区地下水为第四系松散层孔隙潜水，卵石混合上地层为主要含水层，勘探期间滩地地下水埋深一般为0.20～1.50 m。滩地及河床段地下水与地表水联通，一般丰水期河水补给地下水，枯水期地下水补给河水。该区卵砾类地层厚度较大，力学强度较高，允许承载力建议值300～350 kPa。各坝址区坝基第②层强度较高，无软弱下卧层，在清除表层的人工采砂堆积物后可采用天然地基，但应采取适当防渗、抗冲刷措施。

1 河道坝体工程的地质条件与橡胶坝设计规范

1.1 河道橡胶坝坝体的工程建设与地质状况

文章以汝州市北汝河河道橡胶坝作为研究案例，北汝河橡胶坝作为具有防洪、灌溉的综合性水资源调控设施，其在二期坝体加固设计时，对原有坝基、溢洪道等作出加固。汝州市北汝河1号橡胶坝场区地下水为第四系松散层孔隙潜水，卵石混合上地层为主要含水层，勘探期间滩地地下水埋深一般为0.20～1.50 m。滩地及河床段地下水与地表水联通。该区卵砾类地层厚度较大，力学强度较高，允许承载力建议值300～350 kPa。各坝址区坝基第②层强度较高，无软弱下卧层，在清除表层的人工采砂堆积物后可采用天然地基，但应采取适当防渗、抗冲刷措施。河道长期冲刷、浸泡情况下易出现泥化，不稳定岩体受到水动力冲击易发生裂缝、切穿等问题，这表明原有坝体的透水性较强，坝基、坝肩等主体结构需进行防渗漏加固处理。

1.2 橡胶坝整体设计规范

根据北汝河河道橡胶坝的改造与运行要求，重新进行橡胶坝坝高、混凝土中墩高度、坝袋内压比等的设计，选择橡胶坝类型为注水型橡胶坝。1 号橡胶坝共6 跨，单跨净长78.50 m，坝高2.50 m，内压比1.35，单跨充水量763 m3，橡胶坝段总长476.00 m，蓄水高度2.90 m；回水长度1 000 m，蓄水量70万m3，坝袋使用螺栓压板完成锚固操作。

其中橡胶坝底板结构采取钢筋混凝土，底板高程高于河床0.50 m，满足蓄水、排水泄洪的使用需求。坝袋内纵向、径向抗拉强度分别为450 kN/m、900 kN/m，安全强度系数为8.00、内压比1.25。河道及两岸包括亚砂土岩、砂质泥岩和黏土岩等土层，其透水性好、抗冲刷能力弱，因而橡胶坝注水时需始终保持坝顶在溢流状态下，来作为蓄水、排水泄洪过程中的防渗补充，减少由于土壤渗透产生的坝体破坏问题。

2 河道橡胶坝存在的渗漏问题分析

2.1 河道坝体、坝基存在的主要渗漏问题

当前北汝河河道橡胶坝面临的地质工程问题，通常包含有坝体渗透变形、坝基渗漏、地震液化、基坑涌水等。与橡胶坝相连河道水域的土质结构，为第四系地貌全新统冲积细砂质岩，砂砾岩石层下部为黏土岩、泥质砂岩层，河床为砂卵石夹淤泥所覆盖，可以当做隔水层来保证防渗。在坝体渗漏大于土壤防渗指标情况下，则会由于蓄水或地下水位升高，而发生渗流破坏与变形现象。多层演示的细颗粒土质结构，很容易受到水动力冲刷、管涌、流土的作用影响，使坝体出现渗透变形问题。

其中坝基使用砂砾岩石颗粒构筑，通常由第五系地貌砾石群组成，砂砾直径约为2～5 mm、土质颗粒不均匀系数Cu 80，坝内蓄水后将迅速形成沿水流方向的渗漏通道。而坝基在蓄水及泄洪中的渗漏问题产生，则往往由岩石性质、人工开挖或填土，以及地下水位冲击而形成涌流砂产生，夏秋丰水季节地下水位高于坝基，河道施工过程中基坑涌砂、涌水情况严重。

2.2 河道橡胶坝出现的渗漏问题

2.2.1 橡胶坝渗漏规律的检测

为减少正常河道蓄水所带来的干扰影响，文章采取橡胶坝袋注水检测的方式，对坝袋泄水后的渗漏情况作出检测分析。其中3孔橡胶坝共存在2个混凝土中墩，在坝袋南北孔正常运行期间内补水，观测不同坝袋一段时间内高度的变化情况（观测时长两个月为最佳）。

2.2.2 坝袋外观检查和漏水原因排查

2017年10月，汝州北汝河河道管理所、工程管理单位与坝袋厂家等，对工程建设的坝袋外观作出例行检查，得出坝袋外露部分无破损、漏水问题。而坝袋触水区域、底部压板和混凝土中墩等，也无明显的水位变化、渗漏现象，其中坝袋底部迎水面存在着20～30 cm 高度的水草。北边孔坝袋补水后高度由2.25 m 升高至2.70 m，南边孔坝袋补水后高度升高趋势较小，水位差为0.18 m。这表明北汝河河道橡胶坝坝袋北边孔，出现的渗漏问题最为严重、中孔较稳定，南边孔也有一定程度渗漏，且渗漏水量与当下气温呈现反比例关系。

因而可以判定坝袋压板处、非挡水部位，以及充泄水闸阀不存在漏水情况，坝袋下部2 个混凝土中墩也不漏水，充水池水位变化状况不明显。初步认定为，北边孔橡胶坝坝袋的渗漏问题严重，且低温时段渗漏的现象更加明显，分析可能是坝袋螺栓破损、锚固受热胀冷缩撕裂，或者坝袋底部垫片漏水，而造成坝袋注水后在上、下游产生渗漏点状况。

3 河道橡胶坝的渗漏防治处理方案研究

3.1 河道坝体防渗处理对策

河道橡胶坝坝区采取“水平防渗+垂直防渗”相结合方式，对橡胶坝区域地质条件做下防渗处理，通常包含库底防渗、库岸护坡防渗等内容。其中坝体使用垂直防渗模式，设置钢筋混凝土防渗墙，防渗应与相对隔水层深度保持平齐。而在橡胶坝区水平防渗方面，选取钢筋混凝土、土工膜和黏土毯等防渗技术，以及厚度5 mm的膨润土防水毯，进行河道坝肩、坝底防渗层的设计，还要在防水毯上回填并压实2 cm的厚素土，然后将一定厚度无纺布放于素土作为过滤层，以避免石笼护垫对黏土毯、防水毯等的穿刺作用。

而对于橡胶坝河岸的防渗操作，则需要围绕河道浆砌石护岸、景观平台等进行加固处理，浆砌石护坡混凝土配合比为砂（1.08）∶中石（0.81）∶小石（1.21），护岸防渗墙已完成区域使用面板防护，面板顶部与防水毯形成锚固固定，宽度为0.40 m。景观亲水平台与库岸防渗结构层形成连接，高度应高于地表水位0.50 m以上。通过河道坝体、坝肩防渗之间的互相结合，构建起封闭式的橡胶坝防渗漏体系。

3.2 橡胶坝防渗漏处理对策

橡胶坝坝基、坝袋等的防渗漏处理，要根据不同区域所在的地质条件、渗漏情况，进行橡胶坝防渗漏方案的制定。针对北边孔橡胶坝坝袋出现的渗漏问题，依照坝基挡水高度3.00 m、坝袋内压比1.25，以及坝底压板高程高于河床0.20 m 的要求，用高压喷射灌浆方法，进行橡胶坝纵剖防渗面的垂直加固工作，同时对钢筋混凝土防渗墙作出清理。随后开始坝袋供水管道、垫片和压板等重点位置的安装作业，进行坝袋锚固螺栓紧固、压板更换、清理压板螺栓、锚固槽，完成压板安装后使用砂浆抹平。最后将完成安装设置的坝袋注水，24 h后观察坝袋高度、是否存在漏水点等状况，从而实现橡胶坝蓄水、排水泄洪的养护工作。