水库土石坝渗漏事故及控制策略
本文作者(余 雷,黎耀贵),请您在阅读本文时尊重作者版权。
摘要:当前,我国很多土石坝存在着不同程度的渗流破坏等问题,因而出现了许多病险库,使工程不能充分发挥效益,甚至发生溃决,给人民生命和财产带来严重的损失和灾难。文章探讨了土石坝渗漏事故的机理,同时在现有土石坝加固技术的基础上,对现有土石坝加固技术提出了建议。
关键词:水库;土石坝;渗漏事故;加固技术文章编号:1009-2374 #8197;(2010)28-0065-02
2010年我国水害频发,许多事故看起来像是突然发生的,实际上却是由多环节事件失事所酿成,其中由于土石坝渗漏造成的灾害性事故非常多见。至今我国已经投入了10多亿对病害土石坝进行加固修补,但目前也只修了不到全部土石坝的1/3。还有2/3多的土石坝待修补整治。为此研究土石坝的渗流破坏机理,掌握土石坝渗流造成土石坝破坏的一般律,对防治土石坝破坏、发挥土石坝应有的效益具有很大的工程实用价值和指导意义。
1水库土石坝渗漏事故机理分析
土石坝都是由各种土体及碎石料经堆积碾压而成,它的稳定性及是否会产生滑坡、裂缝是由土的强度所控制。而自然界岩石风化成土的形成模式是各种各样的,使得它的组成、结构千差万别,决定其强度各不相同,而对于组成土石坝的土体来说,其外部条件的改变引起土体应力状态发生变化。而发生渗流的原因如下:(1)坝体各部分不均匀变形,是产生扳限应力状态区,受拉和剪切区的必然结果,势必导致坝体中产生裂缝;(2)水力劈裂。水力劈裂是由于接触范围附近应力的再分配引起的,在某一点上土的总垂直压力小于水压力,此压力即能劈裂土体,尤其是承受水力梯度较大的心墙坝,若土体中存在细微裂隙或其他薄弱环节时,将会加剧这种作用;
(3)坝体的反复吸、失水。土石坝的建立主要是用来挡水、丰水期水库将蓄满水,然后放水灌溉、发电,库水位下降,这样年复一年,大坝土体将长期处于反复吸、失及周围压力和渗透水流的作用下,土体的吸、失水,实际上是物理化学过程。这一过程的部分是不可递的,它将对粘性土的强度和抗渗性能产生重要影响;(4)层状的坝基岩体,在坝上、下游水压力以及坝体自重等荷载的作用下,岩体受正应力或剪应力作用产生变形,导致裂隙发生变形,主要是裂隙的宽度发生改变,同样也会影响渗流。
2水库土石坝渗漏事故的控制措施
上世纪70年代以前,我国堤坝防渗加固技术较落后,手段单一,较多采用传统的粘土铺盖、粘土截水槽、灌浆等措施。当前我国防渗墙的施工水平已跨入了世界先进行列,主要措施如下:
2.1混凝土防渗墙技术
目前防渗墙的施工技术有了很大发展,出现了很多造墙、造孔的新技术。在墙体材料方面,有钢筋混凝土、普通混凝土、塑性混凝土、自凝灰浆和固化灰浆等。比如在造孔机具方面,有正、反循环冲击钻机、抓斗机、链斗(刮板)式挖槽机、射水成槽机、锯槽机、振动板桩、振动切槽、振动沉膜等。目前浅薄型防渗墙深度一般为10～20m左右,最大≤30m,厚度10～25cm、最大≤30cm。这类防渗墙除可用于水头较小、坝基厚度≤30m的土石坝防渗外,主要被用作江河堤防工程。墙体材料多为普通混凝土或塑性混凝土,根据地层和防渗要求确定。一般是承受的水头越大、透水性越强,要求的防渗性能越高,墙体刚性也越大。
2.2高压喷射防渗墙技术
高压喷射防渗墙是借助于高压射流冲击扰动坝基覆盖层,同时灌入水泥浆,使浆液与被灌地层土颗粒掺混,形成防渗墙。此法既可作定喷或摆喷,也可使用旋喷或多排孔构建厚墙。既可用于细颗粒地层,也可用于大颗粒地层。高压喷射构筑防渗墙法施工简单,速度快,造价较低,但深度>20m时,底部成墙的连续性不易保证。
2.3水泥土搅拌桩防渗墙技术
运用深层搅拌桩机把水泥浆喷入土体并搅拌,使水泥与土体混合,经水泥的水解、水化和离子交换等一系列反应,硬结成墙。2009年淮河堤防防渗工程中被广泛应用,共造墙98×104m2,占总成墙面积的69%。其优点是造价低,设备轻便,墙厚为25～30cm时,在深15m范围内墙体完整性较好。适用于细粒料的土砂层及含少量砾石的砂砾石层。
2.4帷幕灌浆技术
帷幕灌浆是把一定配合比的具有流动性和胶凝性的浆液,通过钻孔压入岩层裂隙中,经胶结硬化后提高岩基的强度,改善岩基的整体性和抗渗性。我国常采用孔口封闭灌浆法,随着二滩、小浪底工程的建设,国际上一些高效率的施工方法,如GIN灌浆法、自下而上纯压式灌浆法等引进我国,促进了我国灌浆技术的发展。
2.5振动沉模防渗墙技术
振动沉模防渗墙是利用高频液压振动锤,将带有底靴的空腹H型钢梁垂直振入地层中,当达设计深度后,振动提升H型钢梁,并从其底部向槽孔注入复合浆液,直至地面导向槽,形成一段单墙。然后将主机移至下一槽段,与上一墙段搭接15cm,重复以上的施工程序,形成一道连续的防渗墙。主要适用于松散的软基地层,从粘性土到层厚较薄的砾卵石层,处理深度不超过20m。
3结语
总之,土石坝无论是何种破坏,土的渗透破坏都是从薄弱的渗流出口开始的,渗流渐渐向上蔓延,最后形成渗流破坏,我们需要采取多种措施进行控制与防范。
参考文献
[1] 丁树云,蔡正银.土石坝渗流研究综述[J].人民长江,2008,39(2).
[2] 邹振宇.广东省大中型水库土石坝工程渗漏问题及处理[J].广东水利水电,2006,(5).