淺析小水電工程土質(zhì)結(jié)構(gòu)破損成因及修復(fù)技術(shù)

王龍祥，石 磊，陳 蕾

(南通市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南通 226006)

0 前 言

對(duì)于農(nóng)村小水電工程而言，在一些地理位置偏僻、缺乏石材的地區(qū)，受環(huán)境條件或者其他施工原因的限制，常采用土渠、土壩等土質(zhì)結(jié)構(gòu)代替漿砌石壩、渠道。但在小水電站正常的運(yùn)行過(guò)程中，這些結(jié)構(gòu)常會(huì)出一些病害或結(jié)構(gòu)破損，影響農(nóng)村小水電工程的效率。為此，本文擬先對(duì)土質(zhì)結(jié)構(gòu)的破損類型以及成因進(jìn)行分析，之后提出相應(yīng)的修復(fù)措施，為小水電降損增效工作的開(kāi)展提供指導(dǎo)。

1 土質(zhì)結(jié)構(gòu)破損類型及成因

1.1 土壩常見(jiàn)的破損類型及其成因

土壩一般是用土、砂、礫石、風(fēng)化石碴等材料修筑的擋水建筑物。它對(duì)地基要求很低，可就地取材，無(wú)需水泥、鋼材等材料；人工填筑、機(jī)械化施工等施工方法均可；運(yùn)行周期很長(zhǎng)，管理簡(jiǎn)便，對(duì)其加高、加固也較容易。因此，一些農(nóng)村小水電工程的擋水建筑物采用土壩。與其他類型的壩體類似，在土壩運(yùn)行過(guò)程中，它同樣會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂、滲漏等問(wèn)題，其成因主要包括：①由于鋪土厚實(shí)、碾壓不均勻、分層填筑的層面未能壓實(shí)等筑壩質(zhì)量差，其中尤為需要注意的是，土壩內(nèi)部防滲斜墻、心墻的分層填筑的層面結(jié)合不密實(shí)極易導(dǎo)致壩體滲透失穩(wěn)；②當(dāng)壩體坡度較陡、斷面單薄、土料本身透水性大，造成的散浸；③壩體與心墻、斜墻之間的反濾層質(zhì)量較差，未按反濾原理鋪設(shè)、一些土石混合壩未設(shè)反濾過(guò)渡段形成的管涌坍塌，破壞斜墻與心墻；④壩后排水體高度較低，或者下游高水位會(huì)使得洪水淤泥倒灌堵塞反濾層，而浸潤(rùn)線逸出點(diǎn)提高，造成下游坡面的大面積散浸；⑤穿壩涵洞(管)的外壁與壩料結(jié)合處填充不密實(shí)，涵洞缺少截流環(huán)，造成壩前水沿管壁滲出，還有一些涵管斷裂造成壩體滲流破壞導(dǎo)致壩面坍塌等問(wèn)題；⑥白蟻、獾、鼠、蛇等動(dòng)物在壩身打洞、筑巢，壩體土料原含有樹(shù)根、雜草腐爛形成壩體內(nèi)部空隙，會(huì)造成壩身滲漏；⑦壩體不均勻沉陷形成壩身橫向裂縫、心墻的水平裂縫也會(huì)造成壩體集中滲漏。

1.2 土渠的破損類型及其成因

土渠的破損類型一般包括：渠底的變形破壞、坍塌型破壞等。其中變形破壞是由于渠道開(kāi)挖的土壤具有膨脹性、多裂隙性和超固結(jié)性等性質(zhì)造成的。坍塌型破壞如圖1所示，不存在明顯的滑面，且邊界不規(guī)則，其主要原因?yàn)橥馏w強(qiáng)度隨含水量升高而下降，當(dāng)渠道完全浸泡于水中時(shí)，土體強(qiáng)度可喪失殆盡。

圖1 某土渠坍滑型破壞

2 結(jié)構(gòu)破損修復(fù)技術(shù)

2.1 土壩的破損修復(fù)技術(shù)

由于農(nóng)村小水電工程常由于施工條件和經(jīng)濟(jì)成本等因素的限制，其土石壩滲漏修復(fù)一般采用經(jīng)濟(jì)且易于掌握的斜墻法進(jìn)行。斜墻一般采用黏土、黏壤土作防滲材料，在原壩上游面分層填筑，人工夯壓成斜墻，截堵滲流、防止壩體滲漏。值得注意的是，在土壩斜墻施工時(shí)，需將庫(kù)水放空露出壩踵，斜墻從壩基開(kāi)始修筑以保證施工的質(zhì)量與穩(wěn)定性。另外，還需拆除壩前基礎(chǔ)、上游壩坡的護(hù)坡，清除壩體表層含水量過(guò)大的部分軟土或草皮，臨時(shí)搶險(xiǎn)填塞的物料和稀泥、塌陷部位應(yīng)全部挖出，一般開(kāi)挖范圍不小于洞口或塌陷范圍最大外徑的6～12倍。若上游壩體發(fā)生大面積塌坑，還應(yīng)清理漏水坑口。均質(zhì)壩則應(yīng)挖到密實(shí)度符合要求的部位，再進(jìn)行回填夯實(shí)，并要與原壩體有良好的接合。

2.2 土渠的破損修復(fù)技術(shù)

大型土渠采用的土工膜防滲修復(fù)技術(shù)，造價(jià)高、施工工藝復(fù)雜，不適用于小水電土渠的破損修復(fù)。為了滿足小水電工程修復(fù)工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，對(duì)土渠坍塌型破壞常采用土料換填進(jìn)行處理。其換填材料一般采用回填強(qiáng)度較大的砂、石或灰土等材料。當(dāng)土料換填后，土渠坡腳強(qiáng)度得到有效提高，且可限制淺表土體的反復(fù)脹縮作用，防止外部水滲入土體裂隙，能有效防止坍滑型破壞的發(fā)生。另外，換填材料可就地取材，施工方便快捷，也不會(huì)對(duì)土渠四周造成環(huán)境污染，既完成修復(fù)加固，又保護(hù)周邊生態(tài)環(huán)境。

3 結(jié) 語(yǔ)

土壩、土渠等土質(zhì)結(jié)構(gòu)在農(nóng)村水電站正常運(yùn)行時(shí)存在著各式的破損形式，其產(chǎn)生原因也各不相同，有針對(duì)性地完成這些結(jié)構(gòu)破損修復(fù)，可快速、有效保障這類小水電工程的結(jié)構(gòu)降損與增效，希望上述成果能得到行業(yè)內(nèi)有關(guān)人員的選用。

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