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江油市小型水库渗漏成因及防渗处理的技术措施

发布时间:2015-07-16 10:34

  江油市位于四川盆地北部边缘,幅员面积2719.3km2,1954年兴建水库以来,共建成小型水库186座。小型水库兴建高峰期是20世纪50~60年代,建设期大部分工程设计资料不全,加之多年来资料保管不善造成残缺、遗失等,水库运行几十年,已进入老化期,特别是“5.12”汶川特大地震,四川大量的水库出现严重震损,安全隐患十分严重,江油的小型水库全部为震损病害水库,见表1。
  这些震损水库中,大坝渗流较为突出,共有99座水库发生过渗流。截止2011年,这些水库全部进行了防渗处理,经过运行,部分水库又发生了新的渗流现象,如向阳水库、东安柏林水库、茶果湾水库等又出现新的渗流现象。渗漏是小型水库最为重要的安全隐患,主要有坝体渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏等。造成的危害包括坝身渗漏,坝坡塌陷,坝脚出现管涌、滑坡、流土、大坝移位等。本文就江油的小型水库土石坝渗流成因及处理技术作简要分析。
  2 小型水库大坝渗漏成因
  针对江油小型水库建设时间、设计资料、建设管理记录资料,以及运行管理情况,文章对造成小型水库大坝渗漏的主要原因进行分析。
  2.1 设计缺陷
  江油在20世纪50~60年代掀起农田水利建设高潮,据调查,江油186座小型水库大多采取“边勘测、边设计、边施工”的方法,致使工程缺乏规范的图纸。设计缺陷主要有四点:①大量采用了坝下涵管,以及地勘资料不详等原因造成基础处理不彻底,基础沉降导致涵管变形、折断、漏水;②未充分考虑放水、检修等的需求,造成放水涵(卧)管尺寸偏小,检修困难;③坝坡偏陡或坝身过于单薄,易造成滑坡;④部分小(二)型水库坝后排水棱体偏小,部分未设置反滤层,从而导致大面积散浸及漏水。
  2.2 施工缺陷
  施工控制不好、把关不严是造成水库安全隐患的主要原因之一。①部分水库施工时缺少必要的质量监测和控制手段,致使多数坝体辗压强度不够,筑坝材料不符合要求,造成大坝渗漏;②部分水库施工工艺、工序没有严格按照规范要求进行,且分段施工衔接未能作有效搭接处理;③大型施工机械不足、设备简陋,造成大坝碾压质量差;④雨季施工没有控制好填筑材料含水量,以及霜雪天施工没有做好防护处理措施,也给大坝安全带来隐患;⑤绝大部分水库坝下涵管截水环施工未按规范操作,有些基础未按设计要求处理,导致涵管变形折断和漏水,新安镇任家河水库就是这种情况,“5.12”地震灾后重建加固后,2012年涵管又出现漏水,隐患十分严重。
  2.3 地质缺陷
  江油属典型的喀什特地貌地区,由于部分水库大坝选址未充分考虑溶岩地质地貌,或地勘资料不全面、或地质情况发生突变,且施工时没有开挖到新鲜基岩,也没有进行基础灌浆处理,最后导致坝基渗漏,水磨沟水库、狮儿河水库就是这种情况。茶果弯水库、上游水库、白杨坪水库等水库为了节约投资,将一些风化严重或节理发育破碎的山包,未经处理或处理不完,就作为坝体的一部分,从而造成坝体渗漏。
  3 渗流的安全评价方法
  渗流安全评价是大坝安全评价的重点内容之一。渗流安全评价常用的方法有现场检查法、监测资料分析法、计算分析与经验类比法及专题研究论证法等。由于江油小型水库一直以来缺少监测手段,或监测项目不全,或监测资料较少。因此,江油小型水库渗流安全评价大多采用现场检查法,或辅之以计算分析法、经验类比法。
  3.1 现场检查法
  现场检查法是通过直接检查或辅以简单的测量、测试,复核建筑物的形体尺寸、外部质量以及运行情况等是否达到了原设计的要求和功能,主要适用于资料不足的中小型水库。《水库大坝安全评价导则》(SL 258-2000)明确指出,对工程现场进行检查,发生以下现象时可认为大坝的渗流状态不安全或存在严重渗流隐患:
  ①通过坝基、坝体及两端岸坡的渗流量在相同条件下不断增大;渗漏水出现浑浊或可疑物质;出水位置升高或移动等。
  ②土石坝上、下游坝坡湿软、塌陷、出水;坝址区严重冒水翻砂、松软隆起或塌陷;库内出现漩涡漏水、铺盖产生严重塌坑或裂缝。
  ③坝体与两坝端岸坡、输水管(洞)壁等接合部严重漏水,出现浑浊。
  ④渗流压力和渗流量同时增大,或突然改变其与库水位的既往关系,在相同条件下有较大增长。
  如果仅仅根据某一项渗流现象,不进行认真深入的分析,就将渗流大坝安全评价为C级,有失简单之嫌。只有对发现或曾出现的各种渗流现象的成因、发展变化过程及其发展趋势进行仔细论证分析,方能给出准确的安全评价,为除险加固提供依据。
  3.2 计算分析法
  由于江油的小型水库没有渗流分析用的监测资料,因此应用理论分析计算坝体渗流形态是渗流分析评价的重点部分。建立二维非恒定渗流的有限元计算模型,在Windows操作系统下实现基于消息传递的二维渗流的有限元并行计算,可为大坝渗流分析提供理论依据。计算分析法应与现场检查法相结合,应在经勘测的坝体、坝基的特性,以及相应的地质参数的基础上进行。
  3.3 经验类比法
  经验类比法是指根据当地相邻、类似的水库的设计、运行、除险加固等情况,对照分析本工程的安全程度。由于水库的实际情况差别大,地质情况、施工方法各有不同,因此该方法得到的结论只能和现场检查法、计算分析法一起配合使用。经验类比法的应用,理论研究和工程实践比较少,暂时还没有标准。如何类比修正,以及能否根据已完成工程特征提出参数建立的模型等,需要深入研究。
 4 防渗处理技术
  大坝防渗处理措施,早些年较为常用的有粘土灌浆、坝前水平铺盖防渗、防渗墙、土工膜防渗、混凝土面板和坝基帷幕灌浆等。近些年较为常用的有劈裂灌浆、高喷灌浆、机械造槽防渗等新技术。
  4.1 劈裂灌浆
  劈裂灌浆技术是我国近年来研究成功的处理病险堤坝的一项新技术。劈裂灌浆是用浅孔轻便钻机或更简单的钻具,分别采用梅花形布孔和直线布孔方式。灌浆时由下而上,少灌多复;泥浆由稀到稠,循序渐进;压力由大到小,灵活掌握。这样,可以较好地处理灌浆中出现的冒浆、串浆、滑坡、局部隆起等各种问题 ,使灌入的泥浆沿堤的轴向形成一道帷幕,达到改善堤身质量、提高坚固度和防止渗漏的目的。
  由于小型水库除险加固中,各自对土坝劈裂灌浆技术的理解认识的不同,造成土坝劈裂灌浆效果不一样。有些施工单位将劈裂灌浆和充填式灌浆混淆。设计为劈裂灌浆,施工中却采用充填式灌浆的工艺,灌浆效果达不到设计要求或效果不能持久。设计单位应掌握检查孔、注浆实验的数据,及时根据施工现场多变因数合理调整设计参数,使效果达到最佳。
  合理的灌浆施工工艺是保证灌浆质量的一个重要因数。要想保证灌浆的质量,施工队伍必须严格按照相关规范或规程去施工,并具有对灌浆施工过程进行全面监测的手段和能力。据统计,江油99座小型水库进行过灌浆防渗处理。由于个别施工队伍自身素质不高,业务技术能力不强,加之监理监管不到位,造成部分水库灌浆防渗效果耐久性差,向阳水库、东安柏林水库等水库,施工单位没有严格按照规范施工,灌浆后又出现新的渗漏。
  4.2 帷幕灌浆
  20世纪以来,帷幕灌浆一直是水工建筑物地基防渗处理的主要手段,对保证水工建筑物的安全运行起着重要作用。江油在“5.12”地震灾后99座小型水库防渗加固中,有一些水库采用了帷幕灌浆。大坝的岩石或砂砾石地基中采用灌浆建造防渗帷幕的工程,帷幕顶部与坝体连接,底部深入相对不透水岩层一定深度,以阻止或减少地基中地下水的渗透;与位于其下游的排水系统共同作用,还可降低渗透水流对大坝的扬压力。帷幕灌浆施工工艺简单,但施工时制浆、造孔、注浆等掌握不好,灌浆效果也会事倍功半。浆液效果好坏直接影响灌浆效果和堵水效果的好坏;控制好注浆压力和浆液扩散半径,才能保证帷幕效果;造孔操作不当易发生灌浆孔斜,加剧孔内坍塌,甚至造成卡钻、埋钻现象。
  5 结 语
  水库大坝安全监测是水库大坝安全管理的重要组成部分,小型水库安全监测是水库大坝安全监测工作中的薄弱环节,是影响小型水库安全运行的突出因素。江油186座小型水库中,安全监测系统缺失严重。建立小型水库大坝安全监测系统,收集、整理水库运行资料,是掌握水库大坝安全性态的重要手段,是科学调度、安全运行的前提,意义深远。小型水库除险加固过程中,应设置观测设施。水库运行管理中,管理单位应按技术规范,并根据仪器、检查项目、工程特性,制定监测方案和检查制度。水库管理单位应根据制度要求进行巡查和监测,及时整理各监测项目的原始数据,确保数据准确、完整。江油在小型水库防渗处理技术运用中形式单一,复合土工膜防渗技术、高喷灌浆及机械造槽防渗等新技术值得推广。
  参考文献:
   马文涛,李海鸥,杨主恩,等.汶川MS8.0地震对四川省水电水利工程场地安全性评价结果的检验.地震地质,2008,(3).
   严国璋,李俊辉.堤坝白蚁及其防治.武汉:湖北科学技术出版社,2001.
   毛昶熙.渗流计算分析与控制.北京:中国水利水电出版社,2003.

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