水利工程中水庫堤壩防滲施工探究
——以陽江市江城區某水庫為例

黃曉嵐

(佛山市順德區水利水電勘測設計院有限公司陽江分公司,廣東 陽江 529500)

0 引言

農田水利工程中,水庫堤壩常會出現滲漏情況,降低了堤壩工程質量,對水利工程正常運行帶來了不利影響。需結合實際情況采取有效措施進行防范及處理,發揮農田水利工程灌溉農田、防洪抗旱等功能[1]。

引發水庫堤壩滲漏的主要原因包括以下幾方面。①環境因素。生態環境直接影響水庫堤壩的防滲效果。不同區域生態環境有較大差別,特別是在遭遇汛期強降水后,水庫堤壩會受到雨水的頻繁反復沖刷,出現破壞、滲漏情況。②施工因素。水庫堤壩若未按規范進行施工作業或采用的工藝技術較為落后會導致其存在安全質量隱患,極易在投入使用一段時間后出現裂縫、滲水等問題。③材料因素。水庫堤壩施工中,材料選用是否合理、質量是否達標等會直接影響工程質量,若施工中沒有嚴格按照設計要求選擇合適材料、實際作業沒有對材料質量進行嚴格檢驗會使水庫堤壩潛藏滲漏風險。④維護因素。完成水利工程水庫堤壩施工后要定期維護管理,及時發現存在的裂縫、破壞等問題,采取有效措施優化解決,確保水庫堤壩正常使用。若水利工程后期運行維護不到位,沒有及時發現水庫堤壩的滲漏,將影響水利工程的正常運行[2]。

1 水庫堤壩防滲施工方法

1.1 灌漿施工

大壩基坑開挖與防滲處理方法。作為水利工程施工的基礎環節,深化落實好大壩基坑開挖工作可以起到較好的防滲作用。由于水利工程水庫堤壩的基礎土層較為復雜,要確保基坑的穩固性需要采取加固措施處理。利用高壓噴漿技術,將水泥漿注入基坑底部,使其與土壤充分融合,加固基礎土層,提高大壩基礎防水性能。可根據水利工程的設計強度、厚度和深度選擇合適的高壓噴漿方式,取得操作簡單、效率較高的防滲施工效果。

壩體劈裂灌漿施工處理方法。在水利工程水庫堤壩施工中,填土是比較重要的施工環節,若作業過程中出現質量控制不嚴問題,水庫堤壩容易受到應力影響而發生裂縫和變形,引發滲漏問題。運用壩體劈裂灌漿技術可提高壩體安全性、穩定性和防滲性。實際操作中,需詳細勘察施工現,掌握應力分布狀況,制定正確的路線灌入水泥漿,使之形成防滲泥墻,提升壩體整體防滲能力。

混凝土大壩碾壓防滲處理技術。施工時可采用復合土工膜防滲處理方法,提高大壩整體強度和防滲性能。實際操作要重點把控施工材料質量,根據施工需要選擇合適的材料,處理好接縫處,保證接縫質量達到施工規范要求。

1.2 防滲墻施工

防滲墻施工是水利工程水庫堤壩防滲施工常用的技術方法,可提高水利工程整體防滲性能,保證水庫堤壩安全穩定,具體內容如下。

1)射水地下成墻技術方法。 采用射水法原理成槽及導管法水下澆筑技術建造地下混凝土連續墻, 可通過噴射器形成強大射流,破碎土層和沖成槽孔,再由成型器下口刀刃進行孔壁修整,使之形成一個規則的矩形槽孔。完成該項工作后,使用泥漿進行護壁作業,再實施混凝土澆筑施工,最終形成防滲墻。施工中要注意控制防滲墻的深度,保持在30 m以上,厚度則控制在25～45 cm。

2)多頭深層攪拌防滲墻技術。考慮到一些地區經常出現降水,工程遭遇過多雨水侵蝕后會導致工程結構出現滲漏問題,借助多頭攪拌機,根據實際施工需要,將一定數量的水泥漿噴到水體中,待均勻攪拌使土體與水泥漿充分融合后,對形成的水泥樁進行科學搭接,最終形成防滲墻,提高整體工程防滲性能[3]。

1.3 滲水防治方法

對水庫堤壩出現的滲水情況進行防治處理時可根據不同的滲漏位置科學選用防、截、排、護等措施。壩前運用水平防滲方式。堤壩內部可以使用豎向截滲方法,壩后則使用減壓排滲措施進行處理。實際運用要結合現場情況,組合式應用防、截、排等防滲措施,取得理想的防滲效果。針對處于運行狀態的水利工程,要實現對水庫堤壩的有效防滲,采用豎向截滲方法,在壩內設置防滲體,如在壩內修筑防滲墻,根據現場情況選擇防滲帷幕。施工中要重視地質條件勘察作業,獲得真實準確的數據,為施工材料、工藝技術等科學選用提供有力支持。水利工程水庫堤壩防滲設計中,由于靠上游攔截的滲水壓力較大,需增強防滲體的抗滲強度,下游滲透坡降較小,壩體浸潤線較高,因此通常選擇在上游修筑截滲體,以取得更好的防滲效果。

2 實際應用

陽江市江城區某水庫是一座以灌溉、防洪為主的綜合利用小型水庫,最近一次水庫除險加固時間是2011年,涉及大壩加固、重建溢洪道、輸水洞改造等,以確保水庫正常功能的有效發揮。該水庫運行至今出現了混凝土部位風化毀損嚴重、輸水洞進口破損嚴重、大壩背面水坡雜草叢生等情況,難以充分發揮水庫的生態社會效益,需結合實際實施水庫除險加固[4]。

該水庫存在大壩抗洪能力不滿足規范要求、迎水坡面板水位變化區風化嚴重、防浪墻普遍存在裂縫、溢洪道進口段於堵嚴重等問題,故將除險加固任務設置為加高大壩防浪墻,在壩頂鋪設混凝土路面和設置壩頂排水溝;對迎水坡混凝土面板進行修復處理,背水坡則清理雜草和設置排水溝;對溢洪道進行拆除重建,尾水渠要實施清淤疏浚處理;拆除輸水洞進水口,對輸水洞進口啟閉塔和工作橋進行修建,涉及的下游排水渠進行清淤整治;對管理房進行拆除重建,通過增設水庫大壩安全監測設施,及時處理破損、滲漏等問題。

2.1 水文地質勘察

開展除險加固工作前應深入實際進行地質水文勘察作業,為后續施工設計和科學實施奠定良好的基礎。①明確本次勘查目標任務。開展水文地質勘察工作的主要目的是為水庫除險加固提供工程地質和水文地質資料,包括收集分析水庫大壩所在區域的地質資料、施工記錄和隱患情況等,明確壩體和壩基的隱患性質及分布范圍;調查壩體和壩基病害險情,實踐中要將重點放在滑坡、塌陷、管涌等不良地質現象上;查明壩體填料顆粒組成、物理力學特性、分層填土結合情況等;查明壩基地層結構與各層分布深度、厚度、滲透特性、滲透穩定特性等。②加強水文地質情況分析。在地形地貌方面,庫區地貌類型為低山丘陵區,一般地形坡度處于15°～25°,勘察過程沒有發現不良的物理地質現象。在地層巖性方面,從新到老有第四系、第三系、二迭系、石炭系、寒武系和震旦系。常見巖性為條帶狀混合巖、條紋狀混合巖和帶狀透鏡混合巖。在地質構造及區域穩定性方面,盡管水庫位置有斷裂,但經過場地勘察沒有發現有活動斷裂經過,整體來看工程場地較為穩定。在氣候水文地質條件方面,陽江市屬于亞熱帶季風氣候,主要特點是熱量豐富、雨水充沛和災害性天氣多。區域水文地質條件比較簡單,根據含水層可分為第四系孔隙水和基巖裂隙水,地下水位會隨著季節和地形的變化而變化。③了解大壩工程地質條件。在地層巖性分布特征方面,根據鉆探結果,壩址地層由新至老依次為填筑土(Q4ml)、第四系沖坡積土(Q4al)、第四系坡積土(Q4dl)、殘積層(Q4el)、下伏基巖為花崗巖(γ)。在地質構造與地震烈度方面,根據區域地質資料壩址區沒有斷裂通過,經過野外地質測繪發現,壩址區基巖風化局部較淺,可能是小斷裂通過的反應。該項目場地基本地震動峰值加速度為 0.10 g,場地抗震設防烈度為7度。在水文地質條件方面,孔隙水主要賦存于第四系松散層,并向下游低處進行排泄或滲入到基巖中。勘察測得各鉆孔地下水位處于4.10～6.70 m,水質帶給建筑材料的腐蝕性判定結果見表1。

表1 環境水對鋼筋混凝土結構的腐蝕性評價

2.2 施工作業設計

1)大壩設計。主要包括上游坡、下游坡和壩體三部分。大壩上游坡15.5 m,高程至壩腳現澆C25砼護坡。新建護坡段坡比為1∶ 3.0,護坡結構自上而下為120 mm厚的C25混凝土和100 mm厚碎石砂墊層,每隔4 m設置一條護坡縱橫縫。護坡腳則采用C25混凝土矩形護腳擋墻,在護坡位置對φ50PVC的塑料排水管進行預埋,縱橫間距控制在5 m左右。在壩頂至護腳修建一條2 m寬度的混凝土臺階,方便后期維護管理。大壩下游坡則是對大壩背水坡表進行回填土作業,將坡比設計為1∶ 1.6,采取的措施包括植草皮進行護坡、設置排水溝等,防止滲水、塌陷等問題出現。因壩體滲透系數過大,擬對原壩體進行充填灌漿,本次灌漿范圍沿壩頂軸線,長度155 m,總灌漿進尺2024.64 m。灌漿孔沿壩軸線3.0 m等距布置,雙排,排距2.0 m,深入弱風化層以下不小于1.0 m,分二序孔施工,大壩主體工程完成后方可進行壩體灌漿。灌漿采用充填式灌漿技術,對灌漿土料要求如下：塑性指數10%～25%,黏粒含量20%～45%,粉粒含量30%～50%,砂粒含量0～30%,有機質含量<2%,可溶鹽含量<3%。對漿液物理力學性能要求如下：容重1.3～1.6 g/m3,黏度20～100 s,穩定性0～0.15 g/cm3,膠體率>70%,失水量10～30 cm3/30 min。灌漿壓力采用50～100 kPa,最大允許灌漿壓力由現場試驗確定。每孔每次平均灌漿量以孔深計,每米孔深控制在0.5～1.0 t/m,灌漿次數應在5次以上。

3)輸水涵管。水庫現有輸水洞主要為三級階梯式進水涵,管道進口基礎出現了較為嚴重的破損情況,在開展除險加固設計時將重點放在新建輸水洞進口啟閉塔和工作橋上面,改為閘門控制輸水洞放水,采用鑄鐵閘門、5 t手電兩用螺桿啟閉機,對出口排水渠清淤疏浚,減少滲漏水安全問題的發生。

2.3 防滲處理作業

完成水庫除險加固施工設計后,圍繞水庫滲漏原因及位置,采用有效措施進行解決。施工中,將重點放在水庫施工使用材料、壩體混凝土作業、溢洪道修筑加固上,保證選擇材料貼合工程施工實際要求。重視壩體混凝土作業,事先了解施工內容和工藝技術,嚴格按照工藝流程及操作要求施工,待完成作業后檢查驗收施工質量,確保壩體整體施工質量和防滲性能。對于溢洪道施工,要先清理進出口位置出現的於堵,嚴格遵照設計要求進行開敞式溢洪道改造施工,在達到安全泄洪的同時防止滲漏問題。完成施工作業后,對不同工況下的壩頂高程進行復核,結果見表2。復核發現,壩頂高程最大值為18.02 m,大壩現狀測量壩頂高程和防浪墻頂高程分別為17.41 m、18.0 m,與本次除險加固計算值相近。

表2 壩頂高程復核計算值

在完成水庫除險加固施工后,重新檢查大壩抗洪能力是否滿足規范要求、迎水坡面板水位變化區風化情況、防浪墻是否存在裂縫、溢洪道進口段於堵嚴重等問題,確保加固后的水庫大壩泄洪能力滿足實際要求。對坡頂至坡腳現澆C25砼護坡和背水坡表進行回填土作業,提升壩體穩固性和防滲性,充分發揮水庫作用。

3 結束語

水庫堤壩出現滲漏,如不能及時發現并處理,將影響整個水利工程的正常運行。應重視水庫堤壩防滲施工,緊密圍繞水庫大壩、溢洪道等實際工作要求,科學制定除險加固方案,落實好水庫大壩混凝土護坡、出口排水渠清淤疏浚等工作,增強水庫堤壩的防滲加固效果。