水利工程防滲處理施工技術應用的探討

尹華剛

[摘要]結合工作經驗,對常用的各種防滲處理方式、方法進行總結整理,并結合小型水利水電樞紐工程的現狀提出當前適用性較高的防滲方法。

[關鍵詞]水利工程 水利除險加固 灌漿處理

中圖分類號:TV22文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0910103-01

我國的小型水利水電樞紐工程為數眾多,它們分布廣,壩型多樣,發揮著防洪減災的重要作用,同時為農業灌溉生產和人民生活用水以及工業用水提供水源。然而,由于它們多屬于特殊歷史時期的產物,而且經過多年的運行,其中許多工程都不同程度存在一些病險問題,屬于水利行業的重點關注對象。這些工程的主要病險有:(1)防洪標準偏低,達不到現行有關規范,標準要求。(2)壩體、壩基多有滲漏、滲透破壞等。(3)工程建筑物老化失修。這些病險不僅造成水利水電樞紐工程不能正常運行,不能充分發揮其效益,而且還嚴重威脅到下游人民生命財產的安全,因此急需進行除險加固處理。病險水利水電樞紐工程最主要的病征是滲透問題,有地基(包括壩肩)滲透和壩體滲透。根據不同的壩型、壩基和病因情況,應采取不同的處理方法。常用的是防滲墻和灌漿。

一、防滲墻類型及其特點

防滲墻一般要求墻體厚度小、滲透系數低、柔性強、耐久性好及單位面積造價低。防滲墻施工有多頭深層攪拌水泥土、鋸槽法、鏈斗法、薄型抓斗、射水法和倒掛井法等成墻工藝。

(一)多頭深層攪拌水泥土成墻工藝

多頭深層攪拌樁機一次多頭鉆進,把水泥漿噴入土體并攪拌,使土體與水泥漿液混合固結成一組水泥土樁,樁與樁搭接形成水泥土防滲墻,目前最大成墻深度為22m,水泥土滲透系數<10cm/s,抗壓強度>0.3MPa。其優點是施工簡便、無泥漿污染、造價較低,適用于粘土、砂土、淤泥和砂礫層(砂礫直徑小于5cm)。實踐證明,多頭深層攪拌水泥土防滲墻防滲效果明顯,在地下防滲工程中質量可靠,投資最經濟、最有效,具有一定發展前景。

(二)鋸槽法成墻工藝

在先導孔中,鋸槽機的刀桿以一定的傾角一邊作上下往復切割運動,一邊以0.8-1.5m/h的速度(根據地層狀況)向前移動開槽;被鋸切割下來的土體可由反循環或正循環方式的排渣系統排出槽外,并采用泥漿護壁。澆筑塑性混凝土,形成寬度為0.2-0.3m的防滲墻體。鋸槽機由行走底盤、動力及傳動系統、刀桿及支架加壓系統、排渣系統、起重設施及電氣控制系統組成;傳動方式有機械式與液壓式2種。以不同規格的刀桿進行組合,開槽寬度可達0.2-0.5m、深度達到40m。鋸槽法的優點是連續成槽、工效高、墻體連續、質量好,并且成墻深,適應于粘土、砂土和卵石粒徑小于100mm的砂礫石地層;還可以采用自凝灰漿、固化灰漿形成不同強度和抗滲指標的防滲墻。

(三)鏈斗法成墻工藝

由鏈斗式開槽機排樁上的旋轉鏈斗取土,同時將斜放的排樁下放到成墻深度,開槽機前進開挖溝槽,并采用泥漿護壁,其澆筑混凝土方法類似鋸槽法。鏈斗式開槽機的開槽寬度為16-50cm,深度可達10-15m。適應于粘土、砂土和粒徑小于槽厚的、含量小于30%的砂礫石地層。

(四)薄型抓斗成墻工藝

采用斗寬為0.3m的薄型抓斗挖土開槽,泥漿護壁,澆筑塑性混凝土或用自凝灰漿形成薄壁防滲墻,最大成墻深度可達40m。適用于粘土、砂土及卵石和砂礫的含量與粒徑在一定范圍內的土層。

(五)射水法成墻工藝

射水法成墻設備主要由造孔機、混凝土攪拌機和澆筑機組成。利用造孔機成型器內的噴嘴,射出高速水流來切割土層,成型器上下運動切割修整孔壁,采用泥漿護壁,正循環或反循環出渣。槽孔形成后,澆筑水下混凝土或塑性混凝土,形成薄壁防滲墻。成墻厚度為0.22-0.45m,深度可達30m.成墻垂直精度可達1/300,適應于粘土、砂土和粒徑小于100mm的砂礫石地層。在1998年歷史罕見的特大洪水過后,在長江、贛江、鄱陽湖等國內重要堤防加固工程中,射水法得到廣泛采用,取得了較好的社會經濟效益。

二、灌漿類型及其特點

土石壩壩體、壩基防滲處理中灌漿方法主要有均質土壩及寬心墻壩的壩體劈裂灌漿、高壓噴射灌漿、壩基卵礫石層防滲帷幕灌漿等。

(一)土壩壩體劈裂灌漿

土壩壩體劈裂式灌漿是運用壩體應力分布規律,用一定的灌漿壓力,將壩體沿壩軸線方向劈裂,同時灌注合適的泥漿,形成鉛直連續的防滲泥墻,從而堵塞漏洞、裂縫或切斷軟弱層,提高壩體的防滲能力,并通過漿、壩互壓和濕陷,使壩體內部應力重分布,提高壩體變形穩定性。針對裂縫的局部灌漿,在可能有裂縫的區域,均勻布置類似固結灌漿的灌漿孔群;對壩體施工質量差,甚至出現上下游貫通的橫縫,一般應做全線的劈裂灌漿。我國廣東省寶樹水庫用土壩壩體劈裂灌漿技術來解決土壩壩體的滲漏問題,結果表明灌漿后壩體密實度得到提高,滲透系數降低,背水坡濕潤滲水現象消失,壩體滲流量減少70%以上。

(二)高壓噴射灌漿

高壓噴射灌漿防滲是借助于高壓水泥漿液射流沖擊破壞被灌地層結構,使水泥漿液與被灌地層土顆粒摻混,形成壁狀固結體而起防滲作用。根據被灌地層結構和防滲要求不同,又分為定噴、擺噴和旋噴。高壓噴射灌漿防滲處理的優點是:設備簡單、工效高、料源廣、造價低,搭接防滲的效果好。缺點是:機具較多、對地質條件的要求較高,控制不好易在較大(>200mm)顆粒背后形成漏噴現象。

(三)卵礫石層防滲帷幕灌漿

卵礫石層的防滲帷幕灌漿大都采用粘土為主加少量水泥的混合漿液進行灌注,不同于在巖石中灌漿。卵礫石層灌漿難以形成自立的鉆孔,故常采用套閥式灌漿、循環鉆灌閥跟管灌漿、打管灌漿的方法。因受地質條件的限制,不能有效控制漿液的填充范圍,為達到相對較高的防滲標準,常需采用3排以上的灌漿孔。隨著防滲墻技術的日益成熟,目前較少采用該方法,僅用于當灌漿作為補充勘探的手段,同時兼顧防滲處理,可以更加準確地針對發生集中滲漏的地點,通過少量的灌漿使問題得到解決的情況下。

(四)控制性灌漿

控制性灌漿是近年來提出的一種改進型灌漿工藝,是對傳統灌漿工藝的一種調整,通過控制漿液壓力和流量,在保證質量和效果的前提下,有效控制灌漿范圍,節約時間和投資。

三、結論

綜上所述,小型水利水電樞紐工程除險加固,多可以采用防滲、灌漿的方法得到有效處理。針對小型水利水電樞紐工程的不同特點,采取不同的方法。高壓噴射灌漿技術具有開挖量小、占地少、設備簡單、灌漿工效高、造價低、對臨近建筑物影響小的特點,應用較廣。