病險水庫的防滲及除險加固

李柏秋　周　亭

由于各種原因,許多水庫都不同程度地存在一些病險問題,這些病險問題成因各不相同,但都會造成水庫不能正常運行,不能充分發揮其效益,而且嚴重威脅到下游人民生命財產的安全。

1.水庫堤壩破壞的類型及成因

壩體的病害一般表現在滲透破壞和變形破壞。壩基下的滲透水流,使巖土體中的某些顆粒移動或顆粒成分、結構發生改變的現象稱為滲透變形或滲透破壞。變形破壞是由于滲流作用下,抗剪強度降低,某些部位產生不均勻變形、裂縫、下滑、產生變形,分為滑坡、崩岸幾種形式。水庫堤防滲透通常是指水體向圍護區,以外滲流而產生水量漏失的現象。

滲透變形對土石壩穩定影響極大,在破壞的土石壩中,有40%是由于壩基或壩體土的滲透變形所造成。我國對有問題的土石壩的調查發現其中由滲透變形所引起者竟達60%。從滲透破壞發生的機理角度,可以將滲透破壞分為四種類型:流土、管涌、接觸沖刷、接觸流土。

2.采用灌漿法對庫壩進行防滲

2.1 灌漿法的分類

灌漿工藝所依據的理論主要可歸納為下列四類:

第一類是滲人性灌漿。在灌漿壓力作用下,漿液克服各種阻力而滲入各種孔隙或裂隙,壓力越大,吸漿量及漿液擴散范圍就越大。

第二類是劈裂灌漿。在灌漿壓力作用下,漿液克服地層的初始應力和抗拉強度,引起巖石或土體結構的破壞和擾動,使地層中原有的孔隙或裂隙擴張,或形成新的裂隙或孔隙,從而使底透水性地層的可灌性和漿液擴散距離增大。這種灌漿法所用的灌漿壓力相對較高。

第三類是壓密灌漿。通過鉆孔向土層中壓入濃漿,隨著土體的壓密和漿液的擠入,將在壓漿點周圍形成燈泡形空間,并因漿液的擠壓作用而產生輻射狀上抬力,從而改變并重新排列地層土體的結構。

第四類是電動化學灌漿。當在粘性土中插入金屬電極并通以支流電后,就在土中引起電滲、電泳和離子交換等作用,促使在通電區域中的含水量顯著降低,從而在土內形成滲漿“通道”。若在通電的同時向土中灌注硅酸鹽水泥漿液,就能在“通道”上形成硅膠,并與土粒膠結成具有一定力學強度的加固體。

根據采用不同的灌漿方法及相應的灌漿材料,灌漿法可應用于砂及砂礫石地基,濕陷性黃土地基,粘性土地基等。

2.2 劈裂帷幕灌漿技術的應用

1)劈裂帷幕灌漿技術的施工工藝

施工工藝有四步,第一步是布孔。在壩頂中心線布設一道劈裂灌漿孔,按兩序施工;第二步是鉆孔。控制孔斜率等鉆孔各項參數,鉆孔過程中,詳細記錄巖性、縮孔、漏漿等情況;第三步是制漿、土料要求:土粘粒含量為20%～30%。粉粒含量為50%左右,其余為砂粒。漿液容重控制在14～16Kn/m3之間;第四步是灌漿。采用常規的孔底注漿、全孔灌注、少灌多復、循序漸進的施T32藝,使其盡量少出現異常。其特點是:注漿管下入孔底,孔內泥漿由孔底返向全孔,壩體內小主應力最小的部位首先被劈裂,然后裂縫隨漿液逐漸擴展。為了防止孔口冒漿,增大灌漿壓力,在灌漿之前以最優含水量的土料作為阻漿塞,保證壩體被順利劈開。

2)灌漿期間特殊情況處理

出現裂縫的處理:出現縱向裂縫。灌漿期間,為了避免劈裂縫過早地延伸到壩面,可采鉆孔內下護壁管或設阻漿塞的辦法處理。在兩側形成的一些細小的不連續的縱向裂縫,它們的形成多因土體張拉產生的。這些裂縫一般深1～3m,窄縫可自動閉合,寬縫可采用自重灌漿處理;出現橫向裂縫。灌漿期間,在岸坡段和壩基突起處,常出現橫向裂縫,橫縫一般都不太深,但橫向裂縫一般貫通壩體上、下游。對于與灌漿孔相通的橫向裂縫,灌漿時要適當地加大灌漿壓力,使壩體狀態得到調整,同時使縫內充填泥漿。

冒漿的處理。灌漿期間,壩體冒漿的部位在壩坡(均質壩)、壩頂、孔口和放水洞內冒漿部位原因和程度不同,處理措施也應不同。壩坡出現冒漿的原因較為復雜,一般是輕微冒漿。由于壩體內可能存在裂縫、洞穴、水平疏松層,在灌漿壓力下,冒多在壩高的2/3以上部位發生。如在上游坡冒漿,因有護坡石,可用濃漿,采用灌——?！嗟拈g歇性灌漿方法進行處理:如在下游坡冒漿、可做阻漿蓋,也可在冒漿出口處壓砂做反濾層。有的土壩在壩坡底部發生嚴重冒漿,說明壩體內有與灌漿孔相連的大通道,這種情況多出現在松散壩體。處理方法:一是封堵冒漿通道;二是控制灌漿量或灌入稠漿來防止冒漿,或采用灌——?！嗟姆椒?間隔時間適當延長;若因灌漿壓力大導致水下冒漿,應立即降低灌漿壓力;若孔口并無壓力而冒漿,說明原有裂縫、洞穴與灌漿孔相連通,應采用濃漿間歇灌注,等灌入的泥漿初凝后再繼續灌注,或在泥漿中摻加適量水泥,以加速漿液初凝,達到封堵冒漿通道的目的。