大坝渗漏（精选7篇）
大坝渗漏 篇1
0 引言
修建一座水库不仅能促进社会经济的稳定发展,而且一定程度上提高了人民生活的水平。而水库大坝除险防渗漏的设计,对大坝的使用和寿命有直接影响,所以在设计水库大坝时,应充分考虑到除险防渗漏设计的实际应用性,以最大化地利用水库的价值。
1 水库大坝防渗漏的重要性
1.1 水库大坝的总体质量需得到提升
水库大坝是水利工程中最为常见的一种建筑形式,其主要作用是调节水源。在雨季来临时,水库大坝能及时排水,保证水利工程的正常运行和农业的发展。具体来说就是,雨量多时水库大坝能及时调整水量,雨量少时能开闸放水。我国修建一座水库大坝一般都需要很长的时间,所以输送水的能力不强,通过除险防渗漏的措施不仅及时解决了一些水患灾害带来的问题,在一定程度上也改良了一些存在病害的水库。
1.2 维持水库工程建设
水库除险防渗漏是一项复杂的工作,所以在此之前需要设计出有效的方案。大坝出现渗漏情况时应采取相应的措施,例如当大坝溢洪道出现了泄流水面线时,需要马上加固其边缘地带,以保证水利工程建设的实用性。
2 水库大坝防渗漏设计的处理方式
2.1 稳定水库大坝坝体结构
2.1.1 对水库大坝结构进行分类
从施工角度来说,大坝的主要形式有常态混凝土大坝和碾压混凝土大坝两种,所以在防止水库大坝渗漏的工作中,坚持上堵、中截和下排的原则。对常态混凝土大坝采用天然黏土材料,垂直防渗漏的方式对其进行水平覆盖;对碾压混凝土大坝采用人工填筑材料,防挂井方式进行覆盖。
2.1.2 维护大坝结构的其他建设项目
为了实现大坝结构的稳定,不仅需要及时处理好涵洞及其边坡的险情,而且对排水棱体的处理工作也要做好。当泄洪道的排水能力增强时,滑坡对水库的影响力也会有所改变,所以要综合考虑滑坡产生的原因及其自身的性质、成因,从而保证大坝安全性和稳定性。
3 水库大坝的防渗漏的措施
3.1 对水库大坝进行除险加固
水库大坝的除险防渗漏的实施必须遵循简单可行的原则,这样才能避免不必要的经济支出,具体要求就是在施工现场要进行必要的地质勘查工作,分析大坝渗漏产生的原因,因为大坝的任何一条裂缝都可能导致整个大坝的溃堤,因此除险防渗漏的过程中裂缝问题只有得到很好地解决,防渗漏的措施才能更好地开展。当渗漏情况不是很严重时,可使用高压胆管混凝土的旋喷施工技术,对渗漏的各个缝隙进行高效堵截,这样水库就真正起到了安全可靠、防洪防灾的作用。
3.2 优化大坝的设计,增强其防渗漏能力
为了及时有效地排除大坝体及基础部分的渗水,减少渗水带来的压力;排除大坝雨水,防止下游位水对大坝的冲洗,需要建有大坝排水的设施,只有将排水和防渗漏有效结合在一起,才能实现上堵下排,真正解决大坝的渗漏问题,进而保证水利工程安全有效地运行下去。在整治大坝的过程中,要重视大坝体的排水情况。大坝体的排水方式主要有两种,棱体和贴坡排水,要处理好旧的排水体和新的排水体的连接部位,在设计的时候要将原来棱体没用的部分拆除。为了节省开支,避免不必要的材料浪费,当新的排水体相距原来排水体较远时,可以重新利用旧的排水体材料,在新旧排水体之间建立起水平的排水带,连接起来后,用金包银的方式,在干砌块石外部砌条石,保证棱体外观平整好看,同时,在大坝坝脚和下游的河道间设立排水沟,这样就可以及时排走雨水。
3.3 水库上游坝坡防渗漏的设计办法
上游坝坡因为形成时间较早的缘故,所以使用的材料都是由砂砾等物质组成的粉质坝壳,这种材质透水性很差,完全满足不了现代水库的需求。所以在设计上游坝坡的时候,应该使用堆石体等透水性强的材料。堆石体不仅能提升坝坡的抗滑坡性,也能相应降低上游坝坡的坡度,一定程度上增强坝坡的稳定性和安全性,所以目前已成为了替代粉质坝壳、修建上游坝坡的主要材料。
3.4 灌浆防渗
我国现有的水库大坝,从施工的角度来说,分为常态混凝土施工的大坝和碾压混凝土施工的大坝;从设计的角度来说,分为重力坝、拱坝、支墩坝。有的水库大坝如常态混凝土施工的大坝出现渗漏现象时会伴有沉孔和穿孔等集中渗水现象发生,笔者认为这种情况一般可用大坝固结灌浆来处理。以新疆地区平原水库大坝为例,具体就是在施工过程中,用高压填充式灌浆法,用1.5倍水头压力进行固结灌浆。从实施效果来看,这是一种颇有成效的方法。空口灌浆压力表如表1所示,在灌浆孔承受范围内,可适当加大灌浆压力,只要灌浆速度不受影响即可。
3.5 冲抓套井回填防渗墙
在处理某些水库大坝的防渗问题时,如果大坝渗漏现象比较严重时,可采取冲抓套井回填防渗墙的方式进行解决。因为大坝坝顶是迎水的一侧,采用冲抓方式钻取质量差的大坝土体,然后在后面施工中有层次性地分工回填黏土,这样不仅能夯实大坝基础,也能保证设计的完善。在后面的操作中,应该连续作业,当粘土渗透墙的宽度达到1 m时,才能够让防渗设计起到作用,同时能保证大坝的功能。一般的冲抓回填工艺的流程图如图1所示。
3.6 防渗漏的处理细节
(1)在设计防渗墙和地基的连接处时,墙低嵌入进轻微风化的基岩深度一般为0.5~1 m,当基岩不透水比较严重时,设计形式以灌浆帷幕式为佳。
(2)根据两侧岸边的情况,防渗墙与之连接一般采用普通方法;当两边有较多碎石,不透水层比较大,可在两边段墙底部用帷幕灌浆法;如果碰到两边坡度较大的情况时就只能用帷幕灌浆法了。
(3)在进行顶部连接时,注意防渗墙顶部高度应不低于非常运行条件的平均水平,坝顶到建筑防渗墙部位的轴线应该向上布置。
4 结语
总而言之,在我国社会经济不断发展的形势下,水库大坝对区域的经济发展作用至关重要。而水库大坝的除险防渗漏的设计和措施又深深影响着大坝的使用,所以为保证水库的除险防渗漏正常运行,要依据综合治理、因地制宜或是就地取材的科学原则,在充分认识大坝渗漏危害的起因上一定程度地对症下药,首先要做好除险设计工作,增强水库除险防渗漏能力,提升施工质量,进而提高水库防洪抗灾的能力,只有这样才能降低洪水事故的发生率,提高水库的使用寿命,保证当地人民的财产和生命安全,进而满足当地的基本生产需求。本文结合了新疆南疆地区平原水库大坝的情况,对水库大坝的渗漏问题及实际情况作了分析和探究,为我国的水库大坝渗漏情况提供了有益参考。
参考文献
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[2]李梅华,王建伟.陆浑水库大坝渗漏病理及控制对策探究[J].中国农村水利水电,2010(9):63-64,67.
大坝渗漏 篇2
摘要：水库渗漏问题是水库大坝工程中十分严重的工程危害，水库大坝渗漏对于工程质量有着重要影响，因而有必要对水库大坝的渗漏加强研究，对其渗漏原因进行详细分析，并积极探讨相应的防治措施。本文主要对水库大坝的渗漏原因进行了分析，并针对性提出了相关防治措施，以期能够为水库大坝工程的建设提供有益建议。
关键词：水库大坝；渗漏；防治措施
随着电力工程的发展，水库大坝工程的规模越来越大，水库大坝工程的质量就成为工程中的关键，而水库大坝渗漏一直以来是影响水库工程的重要原因，因而如何有效防治水库大坝渗漏问题，对于维持和延长水库大坝寿命具有重要价值。
一、水库大坝存在的破坏隐患
水库大坝长久受到河流、山体等压力的冲击，使得水库大坝在长久使用过程中会出现一定的病害，主要包括变形破坏和渗漏破坏，其中渗漏破坏主要是大坝基体下渗漏的水流，会使大坝本身的某些颗粒发生移动，导致大坝基体部分结构会出现变化，导致渗漏的发生。而变形破坏则是在渗流的冲击下大坝本身抗剪强度降低，使得坝体某些部位出现不均匀的裂缝、变形或下滑，导致形成崩岸、滑坡等变形形式。由此可见，渗漏问题是导致水库大坝寿命降低，经济效益下降的主要原因，大坝渗漏会使坝体软弱结构面的强度降低，是坝体中的某些断裂带或岩土的结构发生变化，导致变形发生。而随着时间的推移，大坝周围的相邻低谷和洼地扬压力会增加，使得下游地的水位抬升，淹没建筑物的地基。
二、水库大坝渗漏的原因
渗漏问题对水库大坝的稳定性影响极大，有研究表明，有40%的大坝是因为渗漏导致的变形，同时水库大坝中的很多问题，例如减压井淤塞、地表塌陷、供水井淤塞、软弱夹层等都是由于渗漏变形造成的，而造成水库大坝渗漏的原因不同坝体不同，总的来说一般存在以下几个方面的原因：
1、坝体质量不过关。坝体质量直接关系着大坝的使用寿命，同时也是直接造成渗漏问题的主要原因。目前很多大坝出现渗漏问题有很大一部分是由于当时的条件有限，在进行大坝工程施工过程中，对于坝肩岸坡和坝基的处理不彻底，导致坝体的主副部分落在了河床的冲击层上，而坝斜墙结合槽的主副部分也落在了淤泥覆盖层上，这就使得大坝的主副部分结构容易发生变化，力的平衡容易被打破，导致渗漏的发生。再者，在施工过程中大坝所使用的填充物质量不过关，大坝斜墙的填土中包含大量的砂和砾石，且成分比较杂乱，含有很多中细砂、淤泥、草根、沙壤土、粘土团等，这种填土在强度上不够，渗透系数和干密度均未达到大坝设计要求，从而容易导致渗漏问题的发生。再者，在施工过程中主坝体所使用的堆石成分主要包括流纹岩、凝岩等，其强度均较低，稍微用力即能够挤碎，而块径较小，结构较为松散，块石容易碎裂，导致主坝体在长期渗流冲击之下容易出现渗漏问题，给水库大坝留下了很大安全隐患。
2、坝后的渗流量较大。渗流量也是影响渗漏问题的主要方面，由于经过大坝主副部分的渗透渗流不同，基础渗透稳定性较差，导致坝体渗漏问题严重，很多大坝会出现多次被击穿的问题，给水库大坝的安全带来了极大隐患，因而如何保持大坝渗透的稳定性也是控制大坝渗漏问题的一个重要方面。
3、在设计上存在大坝超高不足问题。由于河流中的水量是根据月份不同会出现很大差别的，因而在设计阶段应该将水库水量最大的时期考虑进去，并以此来确定大坝的高度。而目前有部分大坝在设计超高上不足，当水库处在满库时期时就容易出现浪花飞越坝顶的问题，这样不能够及时阻挡风浪，给大坝在高水位时期的安全带来了隐患，也是引发渗漏问题的原因之一。
三、水库大坝渗漏防治措施
针对于上面提到的导致渗漏问题的原因，大坝施工或管理人员可以采取的防治措施主要是对大坝进行加固措施，具体来说，在加固过程中可以采取的防治方法主要有以下几点：
1、在处理地基上采用垂直防渗。这种方法比较适合于透水层和隔水层比较薄的地基，做成封闭式的防渗幕墙，这样能够有效控制坝基的扬压力和渗流量，从而减少坝基的渗漏破坏问题。具体的技术主要有两钻一抓、锯槽法、射水法等，通过封闭式幕墙能够有效阶段渗流途径，有效清除大坝中的安全隐患。但同时也会对原地下水平衡造成一定影响。这类技术并不适用于透水层和隔水层较厚的坝基，因而在采用此方法进行渗漏防治处理前应该对大坝的基体情况进行详细勘察，并充分计算相应渗流后再实施，这样能够有效提高垂直防渗的防治效果。
2、背水侧压渗盖重技术。如果大坝的背水一侧地形允许的话，可以采用压渗盖重的方法来避免在压盖范围之内发生管涌的现象。在实施前要先对后盖宽度进行计算，如果后盖宽度较长时，施工人员可以在后盖的末端设施减压井来达到缩短后盖宽度的目的，从而有效减少渗漏造成的管涌问题。这种压盖技术在实际当中的应用也比较广，由于这一技术的施工比较简单、投资比较少，且压盖后的坝基稳固性高，因而在实际大坝加固过程中得到了广泛的应用。同时，这种压盖技术的形式有很多种，可以是不透水的，也可以是完全自由排水的，在实际施工过程中，施工人员应该根据大坝的具体情况来选取不同的压盖形式，这样才能取得事半功倍的效果。
3、减压井技术。减压井是目前水库大坝加固除险中非常常见的一种技术措施，它的适用性非常广，几乎所用的管涌坝基问题都可以采用减压井来进行处理，但同时上面也提到，减压井的淤塞也是水库大坝中的常见问题，一旦减压井发生淤塞就会严重影响大坝的实际运行，甚至加重渗漏和管涌问题，因而在采用减压井技术时首先要处理的就是减压井的淤塞问题。淤塞的发生于减压井自身结构、地下水质、过滤器位置等分不开，因而施工人员在设置大坝减压井时应该注意尽量将其布置在背水一侧的坝脚周围，这样既能够控制坝基的渗流问题，又能够减少一些淤塞情况的发生。减压井常与压渗盖重联合应用，这样能够有效保证大坝加固除险过程中的安全，使大坝中渗出的水能够及时从明沟中排走，减轻渗流对大坝直接的冲击。
4、劈裂灌浆技术。劈裂灌浆方法是在将坝体沿着轴线方向劈裂后灌注泥浆，形成强度较高的防渗泥墙，堵塞坝体中本身存在的软弱层和漏洞裂缝，从而有效提高坝体自身的防渗能力。并且通过向坝体中灌注泥浆还能够有效改变坝体内部的应力分布情况，增强坝体的稳定性。这种方法比较适合本身坝体质量较差，坝体存在漏洞或裂缝情况的大坝。泥墙的厚度可控制在5到20cm左右，具体的厚度可以根据坝体本身的土质优劣、坝高、隐患性质等进行确定，制定适合大坝的泥墙类型，从而有效防止坝体渗漏的发生。
结语
渗漏问题是水库大坝工程中的常见问题，而随着近年来水坝加固技术的不断发展，在水库大坝的渗漏防治上有了很大的进步，对于出现渗漏的水库大坝应该具体分析其出现渗漏的原因，并根据原因针对性地采取相应的防治措施，从而有效维持和延长水库大坝的寿命，增加水库大壩的经济效益。
参考文献：
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某电站大坝混凝土渗漏研究 篇3
电站枢纽主要由拦河碾压混凝土重力坝、泄洪消能建筑物、引水发电建筑物等组成, 枢纽布置为碾压混凝土重力坝挡水、右岸首部地下厂房、坝身5个表孔+2个中孔, 坝身承担全泄、底流消能的枢纽布置方案。水库正常蓄水位1330.00m, 设计洪水位1330.18m, 校核洪水位1330.44m, 死水位1328.00m, 极限死水位1321.00m, 总库容7.6亿m3, 属日调节水库。电站装机容量2400MW, 多年平均发电量118.7亿k W·h。
1.1 大坝防渗排水布置
大坝防渗排水分为坝体和坝基两部分。
1.1.1 坝体
坝体上游面防渗以富胶凝二级配碾压混凝土防渗为主, 上游面设1~1.5m厚变态混凝土, 并配置防裂钢筋, 并在表面涂刷防渗材料。富胶凝二级配混凝土厚度在1240.00m高程以上均为5m, 1240.00m高程以下为7m。
为降低坝体内渗透压力, 在坝体内上游面防渗层后设置了竖向排水孔构成排水幕, 排水孔孔距3m, 内径15cm。挡水坝段排水管通至距坝顶3m, 溢流坝段排水管通至溢流面下2m, 与各层排水廊道相连通。坝内排水系统以右中孔坝段以左7m处为界, 以左的坝段渗水通过廊道排水沟排至左中孔下1#集水井;以右的坝段渗水通过廊道排水沟排至右中孔下2#集水井, 再由安设在中孔边墙上的排水管排至下游消力池。坝体防渗排水设计具体见图1。
1.1.2 坝基
坝基防渗采用防渗帷幕。防渗帷幕采用双排孔, 主帷幕深度为坝高的0.5~0.7倍, 副帷幕孔深取为主帷幕孔深的2/3倍, 帷幕排距1.50m, 孔距2.0m, 孔间错布置。河床及右岸帷幕一般深入弱偏下透水带 (3Lu>1) 。
为降低坝基扬压力, 在防渗帷幕的下游设置一排主排水孔, 深度取为主帷幕孔深的0.5倍, 孔距3m。在河床溢流坝段11#、12#、13#、14#、15#坝段设两排纵向辅助排水廊道, 在4#~10#、16#~21#坝段设一排纵向辅助排水廊道, 并在9#~18#坝段之间的分缝处共设置5排横向辅助排水廊道连接帷幕灌浆廊道及各排纵向辅助排水廊道。廊道内钻副排水孔, 副排水孔深为8~15m, 孔距3m。在左、右中孔坝段基础下各设一个集水井, 通过中孔边墙上的抽排水管将集水井中的水抽往下游。
1.2 大坝渗漏
电站于2011年11月5日开始一期蓄水, 至2011年11月7日中午12:00水位蓄至1254.0m高程, 中孔开始开闸放水。根据巡视检查发现, 坝内廊道同时出现不同程度的渗水。渗水主要分布在7#~9#坝段、16#~18#坝的1190.0~1224.0m高程范围内, 主要在主帷幕灌浆廊道拼缝及缺陷渗水。
2012年2月9日水库开始二期蓄水, 至3月4日水位达到1317.0m高程, 表孔开闸放水。蓄水过程中廊道1254.0m高程以上部位未出现明显渗水, 1254.0m以下原渗水部位局部存在增大现象, 坝后下游永久面出现不同程度的渗水。
2012年5月份~2012年6月底, 随着2#机组调试发电, 坝前蓄水位由1317.0m高程蓄水至目前的1323.4m高程, 在此期间, 随着坝前水位上升, 1295m高程以下坝后及廊道内渗漏水量没有明显增加, 1295.0~1334.0m高程排水孔漏水量增加显著, 且坝后1295m以上7#~9#坝段1317m高程层间缝出现不同程度的渗水。
2012年7月上旬电站开始第四次蓄水, 至7月底蓄水至正常蓄水位1330m高程, 在此期间, 除了坝后8#、9#坝段1317高程层间缝出现少量浸水点, 其它部位没有变化。渗水多出现在现浇廊道局部不密实部位、预制廊道拼装缝、冷却水管预留孔、坝后层间及坝段横缝处。
据不完全统计大坝渗水量超过100m3/h。
大坝渗漏具体情况见图2~3。
2 无损检测
2.1 渗漏检测
左右岸各坝段采用排水孔进行电视成像检测, 综合统计看, 1254~1180之间, 无渗漏孔28个、微弱~较小渗漏孔31个、较大渗漏孔18个、很大渗漏孔14个, 涌水孔2个。即较大以上渗漏孔约占35.8%。总体看, 1254~1205廊道之间的渗漏点主要分布在7#、8#、9#和10#坝段, 右岸主要分布在14#, 15#、16#和17#坝段;1205廊道以下的渗漏点左岸主要分布在9#、10#和11#坝段, 右岸主要分布在15#和16#坝段。
2.2 缺陷检测
碾压混凝土缺陷的判断由钻孔声波和钻孔全景图像综合判断。正常碾压混凝土平均波速4000~4500m/s之间, 波速低于3500m/s孔段可判断为缺陷部位。大坝坝体各高程廊道的碾压混凝土缺陷情况如下:
(1) 1295~1254廊道之间:碾压混凝土声波平均值一般在4200~4500m/s, 碾压混凝土质量总体较好。从波速看, 11#、12#、13#、14#、15#、16#、17#、18#、19#、20#、21#坝段声波低波速比例相对较多, 即右岸声波低波速缺陷较多。
(2) 1254~1205廊道之间:碾压混凝土平均波速一般在4200~4500m/s之间, 碾压混凝土波速总体较高。部分孔的声波曲线起伏较大, 波速不稳定, 局部有低波速缺陷。
(3) 1205~1180廊道之间:碾压混凝土波速大部分分布在4000~5000m/s之间。碾压混凝土波速总体较高, 且略高于1254廊道各孔。
3 渗漏原因分析
3.1 层间结合
右岸大坝渗水点主要集中在EL1254以下主帷幕灌浆廊道16、17、18坝段, EL1254-EL1295的13、14、16、19、20、21、22坝段, EL1295-EL1334的15、16、17、21、22、23坝段。层间结合不好产生原因为:
(1) 有些部位浇筑时段在5、6、7月, 该时段为汛期, 多降水, 突发暴雨时浇筑仓面大来不及覆盖, 造成部分胶凝材料流失, 层间结合不好, 出现渗水通道;
(2) 19#、20#、21#坝段1285~1297之间渗水点较多, 且多为连成一条线, 可能为渗水通道, 该3个坝段正处于大坝浇筑上游汽车直接入仓口附近, 行走车辆在此部位来回碾压, 形成薄弱浇筑层, 可能存在渗水通道;
(3) 砂石料供应不足, 混凝土浇筑高峰期, 由于砂石料供应不足, 导致混凝土入仓强度降低, 混凝土间歇时间过长, 层间结合不好;
(4) 坝体结构原因:廊道纵横交错, 且主帷幕廊道离上游较近, 又是上游汽车直接入仓, 且入仓口封仓时间较长, 使层间间隔时间较长, 仓口混凝土反复碾压 (虽然铺设钢板, 但对混凝土还是存在扰动) , 致使局部混凝土层间结合存在缺陷;
(5) 由于廊道距离大坝上游边线只有7m, 除去上游模板蛇形柱、拉杆以及廊道钢筋, 上游二级配防渗区施工工作面只有4~5m, 且受入仓强度、加浆振捣等因素的影响, 造成上游防渗区局部混凝土不密实或层间结合不好等缺陷。
左岸层间结合不好原因与右岸大致相同。
3.2 止水绕渗
坝体迎水面1m后设置3道铜止水, 每道止水中心距周边不低于1m厚度采用变态混凝土。止水位置横缝由2cm厚度沥青木板成缝。止水构造设计上是合理的, 不存在渗漏问题。但变态混凝土的施工质量难以控制, 均匀性、水灰比控制远比常态和碾压混凝土难, 而水灰比对混凝土抗渗指标有直接影响。如果不考虑在止水周边存在的漏振、止水错缝等问题。那么变态混凝土的质量就决定了在止水处是否出现绕渗。从前面层间结合资料看出, 变态混凝土施工不会比碾压混凝土更好。有些坝段横缝出现严重渗水, 很可能是止水绕渗和层间缝漏水的综合作用结果。
4 结论
通过无损检测及施工过程分析, 大坝混凝土渗漏的主要原因是施工期混凝土质量缺陷。重力坝的横缝成为止水绕渗等缺陷渗水的汇集通道, 再通过混凝土层间缝等缺陷贯穿到大坝整体。
参考文献
[1]水工设计手册 (第二版) 第五卷混凝土坝.中国水利出版社, 2011.
[2]杨华全, 李文伟.水工混凝土研究与应用.中国水利出版社, 2005.
大坝渗漏 篇4
陆浑水库位于黄河流域伊河中游的河南省嵩县境内, 是一座以防洪为主, 结合灌溉、发电、供水和水产养殖等综合利用的大 (1) 型水利工程。水库总库容13.2亿m3, 最大坝高55 m。
该工程于1959年12月开始兴建, 1965年8月底建成。主要建筑物包括拦河坝 (黏土斜墙砂壳坝) 、输水洞、泄洪洞、灌溉发电洞与水电站、溢洪道。水库1 000年一遇洪水设计, 1万年一遇洪水校核, 洪水位分别为327.5 m (黄海高程系) 和331.8 m, 正常高水位319.5 m。
大坝坝顶高程333.0 m, 顶部宽度8 m。上游坝坡坡度为1∶3.25～3.5, 在308.0 m和321.0 m高程处设有马道。下游坝坡1∶2.4～2.7, 在320、310、299.5、293 m处设有马道。下游坝址处设有贴坡排水, 其顶部高程281.5 m。
坝址处河床内覆盖层砂卵石覆盖层厚度10 m左右, 采用黏土截水槽防渗, 槽底宽度8 m, 顶宽37 m, 上下游边坡分别是1∶1、1∶1.4, 并在下游边坡设置反滤层。大坝横断面见图1。
2 大坝渗漏原因
陆浑水库始建于1959年, 建成后, 留下了诸多隐患, 特别是大坝基础和西坝头渗漏比较严重, 大坝日平均渗漏量曾高达1万m3, 若不及时采取措施处理, 则高水位时很可能产生渗透破坏, 严重时可能导致溃坝。
大坝渗漏的主要原因表现在以下几个方面:
(1) 坝基勘测不清楚, 坝基存在F2-F4顺河断层破碎带。陆浑水库坝址位于嵩县盆地出口峡谷地段, 峡谷长500 m, 峡谷上游盆地宽3～4 km, 坝址处河床宽320 m。伊河谷内有4级阶地, 峡谷上口河谷内2级阶地缺失。坝址区出露地层自老到新有震旦纪火山岩、第三纪红色岩层及第四纪各种沉积物。老第四纪冰积砂砾石出露于左坝肩, 东接F2-F3断层破碎带, 向西延伸很远, 出露厚度25 m, 总厚度40 m。中第四纪冲积砂砾石层, 在第四级阶地底覆盖于震旦纪火山岩上, 厚1.8～3.5 m, 红黏土覆盖于砂砾石上, 厚25～35 m, 组成第4级阶地。新第四纪砂砾石为第3阶地的底层, 红黏土覆盖于砂砾石上, 厚15～25 m, 组成第3级阶地。近代冲积层分布在1级阶地和河床内, 为河流冲积亚黏土和砂砾石层, 厚约27 m, 其中砂砾石层厚12 m。坝址区大小断层达112条, 绝大多数为平推断层, 少数为逆断层, 较大断层有F2-F3, 走向北东75°～85°, 倾向北西, 倾角70°, 断距大于300 m, 断层带宽10～100 m, 位于左坝肩。F4走向北西328°, 倾向南西, 倾角60°, 断层带宽5～7 m, 位于左坝肩冲沟内。此外, 在第四纪地层中有新构造断裂3处, 编号为f1、f2、f3, 其中f1、f2沿F2-F3断层复活产生, 断距0.5～2 m。
由于当时勘测不清楚, 断层破碎带没有处理, 黏土截渗墙没有建在新鲜的岩基上, 而是建在没有处理的断层上。黏土截渗墙回填时曾经出现泉涌, 在泉水较大的局部部位填土的干密度没有达到设计干密度;局部截水墙底宽仅6～7 m, 未达到原设计的8 m的要求。
(2) 左坝肩山体单薄。陆浑水库左坝肩山体厚度只有100 m左右, 山体比较单薄, 水库蓄水后, 在上下游水位差的作用下, 上游水库的水会通过山体产生渗透。由于山体过于单薄, 则渗透水流的水力坡降过大, 引起西坝头渗漏。
(3) 水库安全管理手段不完善。陆浑水库没有任何有效的大坝安全观测设施, 缺乏安全监测必设的变形、渗流等观测设备, 致使微小变形被忽视, 从而引起渗漏。
(4) 工程老化。陆浑水库始建于1959年, 距今已半个世纪, 经过近50年的运行, 大坝已经进入老化期。大坝作用机理衰退, 不能承受原有的结构负荷而显示出的病态:坝体内部由于沉陷变形而出现裂缝, 进而引发渗漏问题。
3 渗漏控制对策
渗漏处理的原则为“上堵下排”。“上堵”即在大坝的上游采取措施拦截渗流, 常用的方法有混凝土防渗墙法、帷幕灌浆、旋喷灌浆、黏土铺盖等;“下排”即在大坝的下游采取排渗导渗, 将渗入坝体内的渗水尽可能安全地排出坝外, 常用的方法有排渗沟、减压井、透水盖重、排水棱体等。
3.1 坝基防渗处理方案选择
(1) 混凝土防渗墙法。
结合本工程的工程质量问题分析, 该坝体系黏土斜墙砂壳坝, 且安全鉴定认为大坝基础和西坝头均有渗流现象, 采用混凝土防渗墙处理渗漏, 可以将坝体、坝基的渗漏进行统一治理。施工时可以一次开槽直至坝基相对不透水层, 连续浇筑一次成墙, 施工方便, 治理效果好[1], 故这种方法常常被采用。但是, 陆浑水库大坝为黏土斜墙砂壳坝, 混凝土防渗墙如果选择在大坝上游坡, 防渗墙将穿透大坝原来的防渗斜墙, 破坏其防渗效果;混凝土防渗墙如果选择在大坝中央, 将会在斜墙与混凝土防渗墙之间形成坝内水库, 势必会影响水库上游坡的安全。故本工程不考虑采用此处理方案。
(2) 帷幕灌浆。
该方法是用一定的压力把浆液压入坝基的透水层中, 使浆液填充地基土中空隙, 使之胶结成不透水的防渗帷幕。在本工程中, 帷幕灌浆法存在与混凝土防渗墙法同样的缺陷, 故不予采纳。
(3) 旋喷灌浆。
主要用于封闭和加固岩土。该方法使松散土体的基础, 局部受高达60 MPa压力的喷射水或灌浆浆液的冲蚀作用。由此产生的空隙, 随后由灌浆材料和被疏松土的混合物所充填。它并不是通常意义上的灌浆, 而是一种土体原位混合改良方法[2]。工程中常用的是水泥土 (灰土) 搅拌桩处理方案, 由于该方案造价高, 本工程不考虑使用。
(4) 黏土铺盖法。
此方法施工简单, 造价低廉, 易于群众性施工, 但需要放空水库下进行。陆浑水库大坝本身设有人工铺盖, 并且人工水平铺盖与天然淤积层相连接, 发挥着一定的防渗作用。
(5) 排渗沟与减压井。
排渗沟是坝基下游排渗的措施之一。其目的:一方面有计划地收集坝身和坝基的渗水, 排向下游, 以免下游坡脚积水;另一方面当下游有不厚的弱透水层时, 尚可利用排水沟排水减压。为了方便检查, 排渗沟一般布置成明沟;但有时为防止地表水流入沟内造成淤塞, 亦可做成暗沟, 但工程量较大[3]。
减压井可把地基深层的承压水导出地面, 以降低浸润线, 防止坝基渗透变形, 避免下游地区沼泽化。当坝基弱透水层覆盖较厚, 开挖排水沟不经济, 而且施工也较困难时, 可采用减压井。减压井是保证覆盖层较厚的砂砾石地基渗流稳定的重要措施。减压井虽然有良好的排渗降压效果, 但施工复杂, 管理、养护要求高, 并随时间的推移, 容易出现淤堵失效的现象[3]。
陆浑水库采用在下游坝址设置排渗明沟法排除坝基渗水。
(6) 增设透水盖重法。
透水盖重是在坝体下游渗流出逸段的适当范围内, 先铺设反滤料垫层, 然后填以石料或土料盖重, 既能使覆盖层土体中的渗水导出又能给覆盖层土体一定的压重, 抵抗渗压水头。其特点简单易行, 是处理坝基渗漏中较常采用的一种下排措施, 主要适用于坝基不透水层较薄、渗漏严重、有冒水翻砂现象, 或坝后长期渗漏积水、大面积沼泽化, 甚至发生管涌和流土破坏的情况[4,5]。
透水盖重各点压重的厚度可用下式进行计算:
式中:t为透水盖重厚度, m;γ为透水盖重的密度, kN/m3;Hr为坝下游弱透水层底面上测压管水位与下游水位差, m;γw为水的容重, kN/m3;t1为弱透水层厚度, m;γ1为弱透水层土体的密度, kN/m3;K为安全系数, 一般采用1.2～2.0。
陆浑水库坝基防渗结构遗留问题较多, 因施工资料被烧毁, 情况不完全清楚, 缺乏有效的观测手段, 而且坝基地质复杂。虽施工质量粗糙, 但还是经过一定处理 (如坝基与基岩接触面大部分作了水泥土垫层, 少数作了水泥板, 截水槽下游侧作了2层粒径很细的反滤层, 截水槽与人工铺盖相接, 人工铺盖与较厚的天然淤积层相接, 斜墙和截水槽后砂砾石层坝体长约270 m) , 虽不能排除今后水位抬高后发生局部破坏的可能, 但发生突然全面破坏的可能性不大。自1973年水库蓄水运用以来, 312 m高程水位 (水头37 m) 已一次连续运用超过92 d (累计169 d) , 1975年8月洪水位高程达315.47 m。从现有渗流测压管水位分析成果看, 没有发现异常现象, 说明坝基还具有较大抗渗潜力, 现在就下决心处理坝基渗漏, 根据还嫌不足。故坝基渗漏暂缓处理, 但必须在加强监测、科研的同时, 逐步抬高水库蓄水位, 既可以兴利, 又能对大坝防渗进行实际检验。
鉴于以上分析, 陆浑水库大坝坝基渗漏的处理采用水平铺盖与下游的排渗沟相结合的方法。西坝头渗漏的处理:对西坝头冰、水积砂砾石层, 采用设置透水盖重方案;在青石板沟和樱桃沟之间, 考虑到山体单薄, 压坡以填方为主, 为防止雨水冲刷, 排水反滤做好排水防护措施。同时增设坝体、坝基渗流观测设施, 以便以后加强对大坝的安全运行进行监视和观测, 为大坝的渗流安全提供可靠的依据。
3.2 防渗处理效果
2003年, 陆浑水库全面进行除险加固。除险加固工程不涉及水库规划, 也不改变兴利任务和水库运用办法, 主要任务是解决水库历史上遗留下来的一些问题, 消除影响水库安全运行的隐患。除险加固工程于2003年12月开工, 2006年6月全部完工, 工期2.5 a。
工程完工后, 水库的病险隐患得到改善, 在加强观测、合理调度的基础上, 水库可按设计水位319.5 m正常运行, 大坝观测、闸门控制及水情测报等将实现自动化管理, 真正做到防汛决策系统的适时调度和大坝适时监控, 工程整体效益将得到更大地发挥, 库容库貌也将焕然一新。
参考文献
[1]段祥宝, 谢兴华, 速宝玉.水工渗流研究与应用进展[M].郑州:黄河水利出版社, 2006:345.
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[3]茹乃华, 牛云光.大坝事故与安全:土石坝[M].北京:中国水利水电出版社, 2001:136-138.
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[5]谭德远.防渗处理设计在水库除险加固工程中的应用[J].中国农村水利水电, 2007, (7) :118-120.
大坝渗漏 篇5
根据《防洪标准》 (GB50201-94) 及《水利水电工程等级划分及洪水标准》 (SL252-2000) , 水库防洪标准采用50年一遇洪水设计, 500年一遇洪水校核。经调洪演算得:设计水位111.54m, 相应库容145.2万m3;校核水位111.89m, 相应库容157.4万m3。水库起调水位110.70m, 兴利水位110.70m, 兴利库容109.8万m3;死水位103.1m, 死库容8.0万m3。水库主要建筑物包括大坝、溢洪道、输水洞等。大坝为均质土坝, 坝顶长285m, 坝顶现状高程113.79~114.17m, 最大坝高15.57m, 坝顶宽3m, 无防浪墙。上游坡比1∶2.5左右, 其中104.00m高程有2.0m宽的平台, 高程110.70m至坝顶为砼护坡, 厚0.1m, 无垫层, 110.70m以下无护坡。下游坡比为1∶3.0左右, 其中104.00m高程有5.0m宽的平台, 草皮护坡, 无排水沟, 坝脚处无反滤设施。为了确保大坝安全, 充分发挥水库效益, 2007年3月, 信阳市水利局组织力量对水库进行了安全鉴定, 同年7月, 河南省水利厅对安全鉴定进行了核查, 核定为三类坝, 需对其进行除险加固。
2) 坝址区工程地质:该区地层结构较简单, 从上至下可分为四层。第 (1) 层坝填土由粘土组成, 黄~棕黄色, 填筑密实度不均;第 (2) 、 (3) 、 (4) 层土强度高, 为良好持力层土。大坝渗漏严重, 主要是坝体填筑不密实、呈中等透水性, 坝基与坝体接合处施工处理不当及大坝桩号0+070~0+120、高程97.50m~95.50m之间坝基分布有第 (3) 层泥卵石造成, 存在渗透安全问题。
1 大坝存在的主要病险问题
白土堰水库兴建于“文革”时期, 由当时的洋河公社组织24个大队村民兴建。工程在勘测设计资料不全的情况下仓促上马, 属于“三边”工程。由于当时建筑材料缺乏, 建筑物结构简陋, 施工质量较差, 存在较多影响大坝安全问题:
1.1 坝体、坝基渗漏
经现场勘察, 下游坝坡及坝脚出现严重渗水现象, 其中104.00m平台高程以下全坝段大面积散浸, 坝脚渗漏严重, 呈沼泽化。经计算, 下游坝坡逸出点的渗透坡降大于允许渗透坡降。
1.2 迎水坡护砌损毁严重
大坝迎水坡护砌采用砼护坡, 护砌范围为全坝段。由于坝体填筑质量差, 坝坡沉陷, 经多年水流冲刷及风吹日晒, 大部分砼护坡已严重碳化、断裂, 无法抗御风浪, 危及坝体安全。
1.3 下游坝坡不平及排水设施不完善
大坝下游为草皮护坡, 无排水设施, 由于施工质量较差, 经多年运行, 下游坝坡不平, 104.00m平台以下出现了明显的塌陷、滑坡现象。
1.4 观测设施缺乏, 管理设施不完善
2 大坝防渗设计
2.1 坝体、坝基截渗设计
经方案比较, 坝体渗漏处理采用深层搅拌桩结合土工膜方案。深层搅拌桩防渗墙设置范围为桩号0+015~0+210坝段, 在上游坡104.00m以下设置深层搅拌桩防渗墙, 104.00m以上铺设土工膜。
深层搅拌水泥土桩防渗墙, 其原理是用深层搅桩机钻孔至预定深度, 向孔中注入水泥浆液, 用螺旋型钻头进行搅拌, 尽量使土体和水泥浆强制拌合均匀而凝结, 形成水泥土柱, 互相搭接成墙, 起到防渗作用。本工程采用单排桩布设, 直径为500mm, 桩与桩搭接宽度为100mm。搅拌桩防渗墙底部深入坝基低液限粘土1.0m, 并穿透泥卵石层。设计水灰比为1.0∶1, 水泥土中水泥掺入比为12%, 施工时根据试验具体确定施工参数。深层搅拌桩技术指标:成墙最小厚度为0.3m, 渗透系数K
坝坡由内到外材料依次为原坝体填土、复合土工膜、20cm砂砾垫层, 15cm厚C20砼面板 (兼作护坡) ;复合土工膜底部开挖锚固槽与搅拌桩防渗墙相衔接, 土工膜埋设槽内, 然后分期浇筑C25砼。在土工膜与坝体两侧岸坡交接处开挖锚固槽锚固土工膜, 槽内回填粘土, 锚固槽顶宽3m, 底宽1m, 深1m。土工膜铺设时, 每幅之间搭接处宽度不小于10cm。膜下坝坡开挖齿槽, 槽深20cm, 每槽间距3m。砼护面板每3m设一横缝, 每4m设一纵缝, 缝间采用无砂砼排水带, 宽10cm, 厚15cm, 其下铺设30cm宽土工布。
2.2 下游排渗设计
根据渗流计算结果, 在大坝下游102.00高程至坝脚处设贴坡排水, 从内到外分别为0.20m厚粗砂垫层, 0.20m厚碎石垫层, 0.30m厚干砌石护坡。坡脚处与坝脚排水沟相连。
2.3 渗漏观测设施
在大坝桩号0+120处增设1排共计3点浸润线观测管;坝脚排水沟中部汇流处增设三角形量水堰一个。
3 处理效果分析
白土堰水库除险加固工程于2009年10月开工、2010年5月竣工, 工程建设内容包括大坝坝体、坝基防渗加固, 上游坝坡翻修, 坝顶路面及下游坝坡培厚, 增设下游排水设施, 白蚁危害处理;溢洪道整修加固;更新改造输水洞进出口;完善大坝观测及管理设施等。在施工过程中, 施工单位严格按设计图纸精心施工, 建设及监理单位严格监督管理, 使工程得以顺利实施。大坝渗漏处理是水库除险加固工程的重要分部工程, 隐蔽单元工程较多, 各参建单位均把它作为关键部位来抓, 如搅拌桩施工坚持旁站监理、对于土工膜的粘接必须由厂家派专业技术人员进行等, 且对工程质量进行第三方检测, 以确保工程质量。大坝渗漏处理工程结束后, 下游坝坡及坝脚渗漏现象逐渐消失, 水库加固后运行两年多来, 未观测到渗漏现象, 效果良好。主要原因在两方面:1) 抓住了大坝渗漏的原因, 运用了较为先进的深层水泥土搅拌桩防渗墙结合土工膜的防渗技术, 采取了正确的“上截下排”渗漏处理措施;2) 参建各方高度重视, 严把质量关, 确保了工程质量。
4 结语
白土堰水库大坝渗漏处理是水库除险加固工程的重要分部工程, 运用了较为先进的深层水泥土搅拌桩防渗墙结合土工膜的防渗技术, 有效地解决了大坝的渗漏问题, 取得了良好的效果, 有一定的推广价值。
摘要：白土堰水库大坝渗漏已严重影响到大坝及下游群众和公共设施的安全。本文针对大坝存在的主要问题, 运用了较为先进的深层水泥土搅拌桩防渗墙结合土工膜的防渗技术, 有效地解决了大坝的渗漏问题, 取得了良好的效果, 有一定的推广价值。
大坝渗漏 篇6
华能功果桥水电站是澜沧江干流水电基地中下游河段“两库八级”梯级开发方案的最上游一级电站,下游为小湾水电站,上游为规划的苗尾水电站。华能功果桥水电站枢纽工程主要建筑物按2级建筑物设计,枢纽建筑布置形式为:碾压混凝土重力坝+坝身泄洪+右岸地下厂房,设计特点是大坝与厂房相对独立布置,主河床内仅布置体型相对简单的碾压混凝土重力坝。拦河坝坝顶高程1 310.0 m,最大坝高为105.0 m,坝顶长度为356.0 m,地下厂房内安装4台225 MW机组。该水电站主要包括左岸非溢流坝段、左岸泄洪底孔坝段、溢流坝段、右岸泄洪底孔坝段、右岸非溢流坝段等19个坝段。本工程枢纽主要由挡水建筑物、泄洪建筑物、引水及发电建筑物等组成,其中拦河大坝为碾压混凝土重力坝,泄洪建筑物为坝身泄洪(布置在主河床略靠右侧),引水发电系统布置在右岸地下。
功果桥水电站于2009年大江截流,2012年3月工程完工。在该电站建设过程中,导流洞下闸蓄水,基坑过水后,大坝廊道内相继出现了渗漏水现象。为了保证施工质量,需对廊道内不同类型的渗漏水情况进行渗漏治理。
2 渗漏情况及原因分析
蓄水后水位不断提高,加之二汛期间水量较大,大坝廊道出现了不同程度的渗漏水,主要渗漏点集中在4#坝段、13#坝段及消力戽廊道。现场调查看到,有些地方渗漏较严重,流量达到几十L/min,有些地方仅发生轻微的渗水,流量不到1 L/min,有些地方则产生了析钙现象。廊道渗漏水有3种表现形式:1)现浇部位渗漏点集中渗水,有些部位呈涌水状态;2)坝体混凝土由于温差产生裂缝,导致渗漏水;3)两块预制廊道之间接缝处或坝段间的结构缝处渗漏水。
根据施工情况分析,该廊道渗漏的原因主要有:施工过程中混凝土产生的温度裂缝,破坏了混凝土的完整性;预制廊道和混凝土间结合不密实;坝段结构缝原设有的止水结构破损等。
3 施工工艺
本工程由于渗漏通道多为混凝土缺陷裂缝,而水泥浆液可灌性较差,无法起到堵水作用,故未采用水泥灌浆。结合现场实际情况并参考以往类似工程处理经验,本次渗漏水治理根据廊道内混凝土裂缝及集中漏水点所处位置、产状及渗漏水情况,遵循“堵排结合”的原则,采取了钻孔埋管进行化学灌浆堵漏、表面再进行防渗封闭处理的方法,通过多重止水措施进行堵漏治理。坝体廊道混凝土裂缝进行化学灌浆处理的目的是防渗补强。防渗堵漏要求缝面灌后具有较高的抗渗性和抗老化性能,能阻止外来水汽侵蚀混凝土,满足结构耐久性和安全运行;补强加固则要求缝面浆液固化后具有较高的粘结强度,最终恢复混凝土结构的整体性。
3.1 施工材料选择
3.1.1 LW/HW聚氨酯化学灌浆材料
化学浆材选择应掌握的原则:一是浆材的可灌性,所选化学浆材必须能够灌入裂缝,充填饱满,灌入后能凝结固化,以达到补强和防渗加固的目的;二是浆材的耐久性,所选用材料在使用环境条件下性能稳定,不易起化学变化,并且与混凝土裂缝有足够的粘结强度,不易脱开。对于一些活动裂缝和不稳定裂缝要特别注意这条原则。水工地下隧洞衬砌混凝土裂缝的特点是裂缝开度较小、外水压力大、浆液较难灌入,一般处理既要求补强又要防渗堵漏。对于不渗水的裂缝,主要以补强加固为主,灌浆材料一般采用高渗透改性环氧浆材;对于渗水的部位,主要进行防渗堵漏处理,灌浆材料一般采用聚氨酯化灌材料。本次治理所用的灌浆材料主要为LW、HW水溶性聚氨酯浆材。LW具有良好的亲水性能,浆液遇水后先分散乳化,进而凝胶固结;产品黏度低,可灌性好;可在潮湿或者涌水环境下施工,适用于变形缝的防水处理以及混凝土或基础的补强加固处理;可与HW水溶性聚氨酯浆材以任意比例混合,配制不同强度和不同水膨胀倍数的材料。LW/HW聚氨酯化学灌浆材料满足JC/T 2041—2010《聚氨酯灌浆材料》的标准要求。
3.1.2 903聚合物防渗砂浆
903聚合物防渗砂浆防水胶由高分子乳液和相关的助剂组成,与普通硅酸盐水泥、砂等配制成聚合物水泥砂浆。该材料具有优良的物理力学性能,抗渗性能好,与混凝土的粘结强度高,施工工艺简单,采用喷涂或涂抹的方法,可在潮湿基面施工,具有突出的抗裂性能。903聚合物防渗砂浆可广泛应用于水利、水电、隧洞、地铁、人防等工程中的混凝土表面防渗处理和新老混凝土界面处理。本工程所用的903聚合物防渗砂浆满足JC/T 984《聚合物水泥防水砂浆》的标准要求。
3.2 施工工艺
3.2.1 渗漏裂缝处理
混凝土渗水裂缝采用打斜孔化学灌浆的方法进行处理,修补工序为:凿槽→钻斜孔→清孔、埋管→表面封缝→通风检查→浆液配制→注浆→观察渗点重新分布情况→补孔并重复以上过程→封孔。具体施工工艺如下:
1)凿槽、钻孔:骑缝凿宽3 cm、深3 cm的V形槽,清除松动混凝土块及杂物;再在裂缝中心线10～15 cm两侧钻斜孔,孔径14 mm,孔距40 cm,倾角约50°,孔深以孔需和缝相交为原则来确定。图1为灌浆孔布置图。
2)清槽及洗孔:用钢丝刷及压力水冲刷开槽表面,清除灰尘及杂质,并用压力水对钻孔进行洗孔,直至回水清澈为止。
3)埋设灌浆管、封缝:整条缝灌浆孔全部成孔并清洗干净后,用快干水泥密封埋设孔口灌浆管,并用快干水泥对开槽进行封缝,需保证封缝可靠不漏浆。
4)通风检查:对灌浆孔进行压气检测,检查密闭性,压力控制在0.3 MPa左右;若发现止浆有缺陷,应在灌浆前进行修补。
5)化学灌浆:安装好灌浆设备,连接好灌浆管路,根据温度高低和缝的宽度按比例配制适量的浆液,启动灌浆机,按要求调节好灌浆压力,灌浆机上的输浆管出浆后接上所需灌注的1#孔进行灌浆,当此孔不进浆或吸浆率小于100 mL/min时,转注下一孔,如在灌浆过程中出现两个或两个以上的灌浆孔窜浆时,可进行隔孔灌浆。单一裂缝最后一个注浆嘴灌注时,在0.5 MPa的压力下不进浆后稳压10 min即可结束全缝的灌浆。若一个循环灌浆结束后,渗点重新分布,需要补孔再灌,直至整条裂缝无渗漏点。图2为灌浆嘴埋设示意图。
6)封孔、填补903聚合物砂浆:待浆液固化后,凿除灌浆管及部分封孔材料,孔口未被浆液充填段,需进行封孔;先用净浆(水∶903乳液=1∶1)打底,保持基面潮湿,将配制好的903聚合物防渗砂浆嵌入修补区内,表面用泥板等工具刮抹平整。
3.2.2 渗漏点处理
对于单独的渗漏点,先凿除渗水点位置部分混凝土,找出渗水源,然后进行钻孔、埋管、灌注HW水溶性聚氨酯化学浆液,最后用903防渗砂浆进行表面封闭处理。具体施工工艺如下:
1)凿除、钻孔:凿除渗水点周边区域混凝土,查明渗漏点;在渗漏点处钻Φ14 mm的灌浆孔,孔深15～20 cm(具体视衬砌厚度而定)。
2)埋管、封闭:清洗钻孔和凿除部位,使其露出新鲜的混凝土基面;在钻设好的灌浆孔内埋设灌浆管,要求密实稳固;用快干水泥封闭接缝位置凿出的小槽(坑),使其粘结牢固无裂缝。
3)化学灌浆:用电动压力泵灌注水溶性聚氨酯灌浆材料,逐孔灌注,灌浆压力为0.3～0.5 MPa,吸浆量小于0.1 L/min、稳定约5 min后,即可结束该孔灌浆,移至下一孔继续灌注,依次类推直至灌浆结束。若一个循环灌浆结束后,渗点重新分布,需要补孔再灌,直至整个渗漏区域无渗漏点。
4)封孔、填补903聚合物砂浆:方法同渗漏裂缝处。
3.2.3 结构缝、预制廊道接缝渗漏处理
结构缝及预制廊道接缝渗水处理方法,主要为通过钻斜孔在缝间注入水溶性聚氨酯浆液,浆液固结后形成一道连续的聚氨酯浆液固结体防渗圈,其修补施工工序为:缝面清槽→钻斜孔→清孔、埋管→表面封缝→通风检查→浆液配制→注浆→观察渗点重新分布情况→补孔并重复以上过程→封孔→引排水处理。具体施工工艺如下:
1)缝面清槽、钻孔:骑缝凿宽6 cm、深4 cm的V形槽,清除松动混凝土块及杂物;在裂缝中心线10～15 cm两侧钻斜孔,孔径14～16 mm,孔距40 cm,倾角约50°,孔深20～30 cm,以交缝为原则。
2)清槽及洗孔:用钢丝刷及压力水冲刷开槽表面,清除表面灰尘及杂质,并用压力水对钻孔进行清洗,直至回水清澈为止。
3)埋设灌浆管、封缝:整条结构缝灌浆孔全部成孔并清洗干净后,采用快干水泥密封埋设孔口灌浆管或灌浆专用嘴;用快干水泥对开槽进行封缝,并保证封闭可靠,不漏浆。
4)通风检查:对灌浆孔进行压气检测,压力大于灌浆压力;发现止浆有缺陷,应在灌浆前进行修补。
5)化学灌浆:灌浆时,自下而上逐孔灌浆,当邻孔出浆时,封闭原孔,从邻孔灌浆,依次类推直至结束。开灌压力为0.3 MPa,当吸浆率小于5 m L/min时,逐渐加压至0.5 MPa,终孔结束标准为0.5 MPa压力下不吸浆且持续10 min。若一个循环灌浆结束后,渗点重新分布,需补孔再灌,直至整个环向结构缝无渗点。
6)封孔:待浆液固化后,凿除灌浆管及部分封缝材料,孔口未被浆液充填段,需进行封孔,封孔材料采用干硬性预缩砂浆,强度40 MPa以上。封孔材料的配合比为:水灰比0.30～0.32,灰砂比1∶(2～2.5);拌好后放置30 min使用。
7)埋设排水管、填补903聚合物砂浆:凿除部分临时封缝用快干水泥,缝面槽内埋设PVC排水暗管,延伸至附近排水沟;先用净浆(水∶903乳液=1∶1)打底,保持槽面潮湿,将配制好的903聚合物防渗砂浆嵌入槽内,表面用泥板等工具刮抹平整。结构缝位置预留小槽,嵌填弹性聚氨酯密封胶,保持结构缝的抵抗变形功能。
3.2.4 涌水部位处理
对于涌水(呈喷射状)部位,先对涌水点的高程、桩号进行测量,并对渗水情况进行描述,再采用“浅层灌浆、深层引排”的方法进行处理,具体措施为:对涌水点周边混凝土进行钻孔、埋管、灌注HW水溶性聚氨酯化学浆液,以起到防渗补强的作用,预置廊道预留孔可作为灌浆孔,进行化学灌浆处理,然后在原渗水量大的部位钻深孔(其深度以穿过混凝土衬砌为准)排水,孔口接PVC暗管引至附近排水设施,暗管表面用903防渗砂浆封闭,最后外表面恢复原状。具体施工工艺如下:
1)布孔、钻孔、埋管:布孔面积根据涌水点周边混凝土情况(是否存在裂缝、疏松、渗水、析钙等)确定,根据面积确定钻孔孔数,一般0.25 m2左右布置1孔(孔距约0.5 m,边孔距渗水与未渗水交界内侧25 cm左右),布孔采用梅花形布置,要求孔径为14～18mm、孔深20～25 cm,用快干水泥埋灌浆管或专用灌浆嘴,要求密实稳固。
2)化学灌浆:灌浆时,首先灌注原涌水点部位,当邻孔出浆时,封闭原孔,从邻孔灌浆,依次类推直至结束。开灌压力为0.3 MPa,逐渐加压至0.5 MPa,终孔结束标准为0.5 MPa压力下不吸浆且持续10 min。
3)引排水处理:浆液固化后(通常为压力灌浆结束后2～3 d),对原涌水点部位进行钻孔,孔深超出混凝土衬砌厚度,孔口接PVC暗管,用切割机切割凹槽,用快干水泥安设PVC排水暗管,并引至附近排水沟。PVC暗管表面用903防渗砂浆抹平,最后对渗水的墙面装修进行恢复处理。
3.3 处理效果
为验证处理效果,堵漏处理完毕后,按设计要求对渗水裂缝或结构缝按每200 m进行布孔压水检查,共计布孔120个,压水检查结果为:透水率均小于0.3 Lu,满足设计要求。从电站运行情况来看,该电站自首台机组发电后,投入运行1年多以来,大坝廊道内处理过的渗漏部位未出现渗漏现象,说明治理效果是显著的。
4 结语
华能功果桥水电站大坝廊道渗漏治理工程选材适宜,工艺合理,通过“堵排结合”等措施,采用化学灌浆的施工工艺,很好地解决了碾压混凝土坝体廊道内的各种渗漏难题,治理效果明显,达到了预期的目的。实践表明,化学灌浆技术是解决碾压混凝土坝体渗漏问题行之有效的施工技术,具有一定的借鉴意义。
参考文献
[1]电力行业水电施工标准化技术委员会.DL/T 5144—2001水工混凝土施工规范[S].北京:中国电力出版社,2002.
[2]黄国兴,陈改新.水工混凝土建筑物修补技术及应用[M].北京:中国水利水电出版社,2002.
大坝渗漏 篇7
青松水库位于葫芦岛市前所果树农场境内, 是一座以果树农田灌溉、防洪为主, 兼顾水产养殖的小 (1) 型水库, 设计库容172.65m3。水库大坝全长340m, 最大坝高13.5m, 为粘土心墙坝, 坝顶宽5m, 坝顶高程56.4m, 设计洪水位54.12m。
青松水库建于1977年, 1980年建成, 是依靠民工担土修建的水利工程, 修建时没有水文地质资料。属于边勘察边设计边施工的“三边工程”, 水库运行至今, 从未对水库进行过维护加固。
根据对现场查勘及水库管理人员的介绍, 青松水库在建坝时, 首先清除整个坝基约2m厚的覆盖层, 对粘土心墙底部继续清除覆盖层及透水风化岩层约4m深, 但由于当时受技术和资金条件的限制, 透水风化岩层未全部清除, 坝基的左右岸均为未清除的强风化花岗岩。水库建成蓄水后, 一直带病运行, 渗漏问题尤为严重。为确保水库大坝的安全, 为水库安全评价、除险加固设计提供重要参考依据, 前所果树农场要求查明大坝渗漏隐患的位置、规模及其渗漏原因。经充分研究决定采用以高密度电阻率法对该水库的渗漏隐患进行探测。
2、物性条件分析
高密度电阻率法是通过观测记录人工建立的稳定电流场的分布规律, 计算测线下地质体的视电阻率值, 并利用反演软件计算得出地质体的电阻率大小及空间分布形态, 实现勘探目的。其理论基础是地下不同岩土层以及构造体存在导电性差异。高密度电阻率探测系统通过计算机硬软件的有机控制, 在同一条多芯电缆上布置多个电极, 自动组成多个垂向测深点, 实现了自动布点, 自动跑极, 自动观测, 自动记录, 自动计算, 自动成图, 自动成像的全过程, 消除了点位误差, 观测误差, 记录、计算误差, 绘图误差, 大大提高了探测成果的准确性。
坝体土壤、砂、砾石等第四系松散沉积物的孔隙度一般都比较高, 如果处于饱水状态, 便有比较低的电阻率。风化使岩石的孔隙度增加, 因而如果处于饱水状态, 便使岩石的电阻率降低, 风化的岩浆岩裂隙发育, 其电阻率大大低于新鲜岩石。
如果地层是在地下水位以上, 并且处于不饱水状态, 则孔隙度高的风化岩石和土层的电阻率反而比较高。由于毛细现象, 使地下水位以上一定高度内的地层仍然接近饱水状态, 但高出地下水位很多的地层就明显处于不饱水状态, 其电阻率便会相应增高。
以上物性分析表明, 大坝渗漏通道区域与围岩存在明显的 (或悬殊的) 电阻率差, 这是本区采用高密度电法的物理前提条件, 故认为所选方法有效可行。
3、测线布设及数据解译
3.1 测线布设
此次探测所用高密度探测仪器为WGMD-3 (60道) 高密度电阻率测量系统, 观测装置采用温纳装置, 即测量时, AM=MN=NB为一个电极间距, A、B、M、N逐点同时向右移动, 得到第一条剖面线;接着AM、MN、NB增大一个电极间距, A、B、M、N逐点同时向右移动, 得到另一条剖面线, 这样不断扫描测量下去, 得到倒梯形断面, 排列装置数据采集示意图见图1。
探测共布设3条高密度电阻率测量测线, Ⅰ—Ⅰ′测线布置在坝脚, 采用温纳装置, 电极距为2.5m、Ⅱ—Ⅱ′测线布置在距背水面坝肩3m处的坡面上, 采用温纳装置, 电极距为3m、Ⅲ—Ⅲ′测线布置在溢洪道上游, 采用温纳装置, 电极距为2m;1条浅层地震测线, 布置在溢洪道处, 测线号为Ⅳ—Ⅳ′。测线总长度727m。
A, B—供电电极;M, N—测量电极
3.2 数据解译
高密度电阻率法测量的数据是视电阻率, 视电阻率的变化特征反映了地下不均匀岩石中的电场分布情况, 需要对采集到的探测数据进行解译分析。探测数据图像处理软件采用RT/RTMapper 2.3高密度视电阻率成像软件进一步解译。对WGMD-3探测系统在探测现场实地探测记录存储的原始数据进行数据排列、突变点剔除、数据圆滑处理, 进行反演计算生成视电阻率ρs剖面图像。
4、探测结果分析与验证
4.1 探测结果分析
通过对上述高密度电阻率法探测反演成果图像的分析, 同时结合青松水库的历史资料及钻探验证孔资料, 推断如下:
1) 测线Ⅱ分析, 坝体粘土心墙下游约6m处坝基风化岩石层的埋藏深度为38.4m～47.4m不等, 中间埋藏深, 两侧埋藏浅, 且高密度反演图中在库区坝基范围内未见有断层异常显示, 未见特别突出的渗漏通道异常显示。
测线剖面Ⅱ下部对应的坝体部分, 在48.9m高程左右以上, 存在两种电阻率异常。一是在80m至270m段内, 电阻率为160Ω.m～200Ω.m, 二是在该段两侧显示相对低电阻率异常, 推断分析之所以产生电阻率差异的原因, 是由于筑坝土料的不均匀所致。
在40m～260m段, 深度在39.9m～48.9m以下直至坝基的坝体部分普遍存在低电阻率异常显示, 尤其以75m～200m范围内低阻异常明显, 根据物性条件分析该部分为含水量高的土体, 推断该位置对应的心墙部分存在渗漏问题, 导致心墙后土体含水量增高。
坝体与坝基接触部位, 即视电阻率值为130Ω.m～250Ω.m的岩石层, 推断为坝基风化岩体中的裂隙比较发育, 根据物性条件分析, 裂隙中饱水, 则反映出相对于完整岩体呈现低阻异常, 可推断出这种电阻率异常的岩体为下游水渗出的主要通道。
2) 坝体部分存在三种电阻率异常, (1) 低阻异常区主要为37.5m～122.5m段、310m～327.5m范围内, 推断这两个范围内土体中含水量高, 为浸润区。 (2) 相对高阻异常区主要为1 2 2.5 m～142.5m、267.5m～310m、327.5m～340m, 该部分电阻率相对较高, 推断是由于大坝渗漏带走了土层中的细小颗粒, 相对土体中的砾石和砂含量增大, 形成了该段相对阻值较高的异常显示。 (3) 高阻异常区主要为142.5m～267.5m, 该段正好对应坝后的干砌石反滤体段, 而且异常的长度和深度与反滤体的实际情况非常符合。
坝基部分存在两种电阻率异常, 一种为电阻率低于40Ω.m的低电阻率异常, 主要分布于反滤体的下部, 共7段, 推断产生低阻的原因是由于该部分土体中充满水, 土体含水量较高。另一种电阻率异常为电阻率大于40Ω.m, 小于200Ω.m的相对高电阻率异常, 产生该异常的原因主要有两种, 一为坝基覆盖层由于水流的冲刷而使风化层中的细小颗粒被冲走, 相对的土体中的砾石和砂的含量增大, 而产生相对高阻异常。另一种为坝基风化岩石层中的裂隙比较发育, 由于裂隙中充满水, 则反映出相对于完整岩体的低阻异常, 推断该部位为下游水渗出的主要通道。
3) 存在两种电阻率异常, 3m～60m段深度0m～4m段内, 上部分为坝前的覆盖层, 主要为饱水的粉细砂, 下部分为充满水的风化岩层。7 2 m～1 2 0 m段深度0m～4m段内, 由于库区内水位较低, 该段覆盖层位于水位之上, 故土层含水量相对较小, 反映出相对高阻异常。
电阻率在250Ω.m～300Ω.m以上, 且比较均匀的、顺滑的层状分布的岩土层推断为弱风化至完整的花岗岩体, 该层没有发现电阻率异常, 为相对不透水层。岩体呈沿测线方向埋深越来越浅, 准确地反映出了山体的倾向。
4.2 钻探验证
为对高密度探测结果展开进一步的分析解译, 根据物探结果的特征点和异常点, 在大坝坝顶布置钻孔3个, 在背水坡坡脚布置钻孔1个。钻孔的主要目的是验证坝体低电阻率异常部位对应的心墙部分的渗漏状况, 以及坝基础风化岩层的渗漏状况, 具体埋深, 破碎程度等, 验证坝基高阻异常与岩石破碎及完整程度的对应关系, 及相对不透水层的深度等。
通过ZK1、ZK2、ZK3和ZK4四个钻孔, 对本次物探推断的渗漏部位进行验证。
(1) ZK1的土工试验测定粘土心墙防渗体的渗透系数变幅为5.3～5.9×10-5c m/s, 防渗体的渗透性差异不大, 但ZK1孔注水试验成果为4.2×10-4cm/s。在ZK2、ZK3钻探施工中8.5m-16m (高程为40.39m～47.89m) 深度范围内坝体心墙不同程度漏水, 漏失量大于1 6 0 L/min, 至使在两孔坝体内定水头注水试验失败, 上述情况说明坝体质量存在瑕疵, 可能是因为防渗体发生断裂或是大坝填筑不密实所致。这一结论与物探推断的渗漏结果完全相符, 故说明物探结论推断正确。
(2) 坝基出露基岩为太古代燕山期二长花岗岩, 上部全、强风化岩体厚度为3.0m-5.0m (调查) 。据4个钻孔8段次压水试验成果, 在坝基岩体强、弱风化带中渗透较为严重, 岩石透水率一般为11.44～19.20Lu, 属中等透水层, 局部可达强透水程度, 渗透类型主要为紊流、扩张型, 微风化岩石透水率一般为0.75～1.95Lu, 属微-弱透水层, 冲蚀、充填型渗透。从4个钻孔的压水试验成果分析:大坝渗漏主要发育在坝基下5m～8m范围以内的位置, 即岩体的强、弱风化带中, 这一结论与物探结果推断的渗漏带一致。
5、结语
将高密度电阻率法探测技术应用到青松水库的渗漏隐患探测中来, 有效地查明了该水库渗漏的具体位置、渗漏成因, 通过钻探验证, 认为高密度电阻率法在探测水库大坝渗漏隐患中的优势明显, 成果可信, 可以为水库的除险加固设计提供可靠依据。
高密度电阻率法在水利工程地质勘察方面的应用越来越广泛, 作用越来越大。但大坝隐患类型复杂, 仅仅依靠物探是不全面的, 还必须采用结合地质钻探验证的综合勘察手段, 进而充分将点、面资料结合分析。物探与钻探相结合是水利工程地质勘察主要的发展方向, 水利工程上用物探普查、根据物探异常点进行钻探详查是确定堤坝隐患位置的主要手段, 这样不仅避免了钻探的盲目性, 同时也节省了投资。
摘要：本文以高密度电法在青松水库大坝渗漏隐患探测中的应用为例, 详细分析了高密度电阻率法的应用效果。实践表明, 该探测技术应用在大坝渗漏隐患探测中, 具有快速高效, 操作简便, 探测结果可靠等优点。
关键词：高密度电阻率法,大坝渗漏隐患,钻探验证
参考文献
[1]杨发杰.高密度电阻率探测方法及其应用.矿产与地质.2004.4