堤壩防滲設(shè)計(jì)在水利工程中的應(yīng)用

蔣光燦

摘 要：水利工程的建設(shè)有助于合理利用水資源，為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供水資源保障。堤壩是常見的水利工程形式，對(duì)提升水資源利用效率具有重要作用，而堤壩防滲是堤壩工程的關(guān)鍵。本文對(duì)水利工程中的堤壩防滲設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，結(jié)合堤壩工程案例，分析堤壩防滲技術(shù)的施工要點(diǎn)，期望為相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：水利工程;堤壩工程;防滲設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TV223.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）07-0048-03

Application of Dyke secpage Design in Hydraulic Engineering

JIANG Guangcan

（China Water Resources Pearl River Planning Survey and Design Co.， Ltd.， Guangzhou Guangdong 510000）

Abstract： Water conservancy projects contribute to the rational use of water resources and provide water resources protection for the development of agricultural economy. Dyke are a common form of water conservancy projects， which plays an important role in improving the efficiency of water resources utilization， and seepage prevention is the key of dam engineering.? This paper studied the design of dyke seepage prevention in water conservancy projects， and analyzed the key points of the construction of dam seepage technology based on the case of dyke engineering， and hopes to provide reference for related research.

Keywords： water conservancy project;dyke;anti seepage design

水利工程是我國基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其在維護(hù)國家穩(wěn)定、促進(jìn)社會(huì)發(fā)展等方面發(fā)揮著重要的作用。建設(shè)于20世紀(jì)50年代至70年代的水庫工程，大多數(shù)以土石壩為主，受技術(shù)、歷史等多方面因素的制約，一些堤壩工程在經(jīng)過長期使用之后，出現(xiàn)了滲漏等情況，嚴(yán)重影響水資源利用效率。堤壩防滲設(shè)計(jì)是水利工程建設(shè)和設(shè)計(jì)方面的重要內(nèi)容，是確保水利工程正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提條件。由此，本文結(jié)合堤壩防滲工程，探討影響堤壩滲漏的因素，提出完善防滲設(shè)計(jì)和防滲施工的要點(diǎn)。

1 某水利工程概況

1.1 工程概況

以某河流上的水庫大壩為研究對(duì)象。該水庫距離市區(qū)7.5 km，位于該河流的重要區(qū)域。該水庫大壩的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，地震烈度為Ⅳ度，設(shè)計(jì)洪水位為903 m，堤壩設(shè)計(jì)高程為908 m，水庫正常蓄水位為903 m，大壩結(jié)構(gòu)為均質(zhì)土壩。該水庫大壩的主要功能是為周邊居民生產(chǎn)生活、城鎮(zhèn)工業(yè)等提供水資源，同時(shí)具有攔截泥沙、保障水質(zhì)的作用。水庫大壩的工程包括土方明挖、石方明挖、干砌塊石、土方填筑、碎石墊層、砂墊層、混凝土澆筑等。

1.2 工程地質(zhì)分析

水庫大壩所在的河流區(qū)域，河谷呈U形發(fā)育。該區(qū)域內(nèi)地貌主要為沖擊地貌，普遍存在一、二、三、四級(jí)階地貌。從區(qū)域構(gòu)造來看，水庫大壩的發(fā)育階段為四級(jí)，地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)簡單且整體穩(wěn)定，無大型區(qū)域性活動(dòng)斷裂，地質(zhì)環(huán)境適合建造水利工程。

1.3 滲漏分析

從《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL∕T 5395—2007）可知，堤壩滲漏受到多種因素的影響，水的漲落、蓄水期和枯水期等均會(huì)對(duì)堤壩滲漏產(chǎn)生不同的影響。從水庫大壩來看，年輸沙量為81.62萬m?，水庫引水不會(huì)造成水位的快速起落。當(dāng)?shù)虊翁幱谛钏A段，水位較高時(shí)，均質(zhì)土壩具有有效的防滲作用，但是在壩基、左岸肩、右岸肩等區(qū)域均存在不同程度的滲漏，其溢出比為0.285～0.310，超過了水庫大壩允許的滲透比率。因此，需要對(duì)水庫進(jìn)行有效的防滲處理，從而避免發(fā)生滲漏。為了確保堤壩安全，具有良好的防滲能力，需要充分考慮潮流、風(fēng)浪等環(huán)境因素的影響，選擇合適的堤壩防滲方案。

2 堤壩防滲處理

水庫大壩結(jié)構(gòu)為均質(zhì)土壩，從大壩運(yùn)行情況來看，需要對(duì)壩基、左右壩肩以及庫底進(jìn)行防滲設(shè)計(jì)，以確保堤壩的防滲效果。

2.1 壩基防滲處理

地質(zhì)勘查報(bào)告顯示，河谷基底主要由白堊系砂巖及礫巖巖面構(gòu)成。鉆孔壓水試驗(yàn)表明，巖體結(jié)構(gòu)的弱風(fēng)化厚度為20 m左右，透水率為2.5～7.36 Lu;強(qiáng)風(fēng)化帶垂直厚度為7～8 m，透水率為5～10 Lu。從樣體結(jié)構(gòu)來看，弱風(fēng)化帶具有良好的防滲能力，相對(duì)不透水。從水庫大壩的運(yùn)行來看，壩基的日均滲漏量為1 334 m?/d，主要以階地砂卵石和壩基漫灘的滲漏為主，因此，需要對(duì)該部分進(jìn)行防滲處理。結(jié)合壩基情況，選擇帷幕灌漿的方式進(jìn)行防滲處理。清除壩基表面滲漏嚴(yán)重的砂質(zhì)壤土后，開挖截滲墻，并且以弱風(fēng)化砂巖作為建基面，采用單排帷幕灌漿的方式進(jìn)行處理，確保灌漿與壩基結(jié)合緊密。

2.2 左右壩肩防滲處理

從地質(zhì)勘查資料以及水庫大壩的運(yùn)行情況可知，水庫大壩的左右壩肩主要由砂礫石層構(gòu)成。從左右壩肩的基巖邊坡來看，弱風(fēng)化帶厚度為30～32 m，強(qiáng)風(fēng)化帶垂直厚度為8～10 m，左壩肩屬于中等透水，右壩肩主要以砂礫為主，屬于弱透水性底層。左右壩肩均存在較為明顯的滲漏情況，需要加強(qiáng)防滲處理。

針對(duì)左右壩肩的防滲處理，可選擇兩種方案：第一，礫卵石層灌漿方案，左右壩肩均以礫卵石層結(jié)構(gòu)為主，根據(jù)左右壩肩的現(xiàn)狀，采用灌漿的方式，與主帷幕形成連續(xù)防滲墻體，能隔斷上部的礫卵石層，從而提升防滲能力，該方案需要投資150萬元;第二，截滲洞方案，該方案主要針對(duì)左右壩肩的礫卵石層，在礫卵石層的壩肩內(nèi)部成洞，起到截?cái)嗟[卵石層的作用，也能夠作為基礎(chǔ)灌漿洞，達(dá)到截滲的作用，該方案的工程投資成本為380萬元。綜合對(duì)比以上兩種方案，第一種方案的投資成本較小，施工簡單，可以與壩基的防滲處理同時(shí)進(jìn)行，但是灌漿質(zhì)量受多種因素的影響，防滲性能可靠性相對(duì)不足;第二種方案投資較大，但是防滲可靠性高，工期相對(duì)較長。在左右壩肩的防滲處理中，需要根據(jù)實(shí)際情況，合理選擇防滲方案。

2.3 庫底防滲處理

水庫庫底采用復(fù)合土工膜和黏土鋪蓋相結(jié)合的方式進(jìn)行防滲處理。防滲結(jié)構(gòu)主要包括土工膜防滲層、支持層和保護(hù)層。從滲漏的情況來看，壩體的滲漏量不大，而且滿足滲透穩(wěn)定性的要求。但是，庫底屬于薄弱部位，受水體沖刷明顯，容易對(duì)其穩(wěn)定性造成影響。庫底的巖層相對(duì)完整和穩(wěn)定，因此不需要進(jìn)行特殊的防滲處理。由于壩基與庫底的結(jié)合部位相對(duì)薄弱，需要采用涂料進(jìn)行加固處理，與復(fù)合土工膜等形成完整的防滲體系。

3 堤壩防滲施工

采用帷幕灌漿的方式進(jìn)行堤壩防滲處理，在準(zhǔn)備灌漿設(shè)備和材料的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格根據(jù)《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范》（SL 174—2014）和《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（SL 62—2014）進(jìn)行灌漿鉆孔施工，并且做好裂隙清理和壓水試驗(yàn)，采用分段灌漿的方式進(jìn)行拌漿灌漿，完成對(duì)大壩結(jié)合槽的防滲處理。整體施工區(qū)域相對(duì)集中，需要對(duì)每一段工序進(jìn)行嚴(yán)格控制。工藝流程如圖1所示。

3.1 灌漿設(shè)備與材料

所選用的灌漿泵為GK-200型灌漿泵。該型號(hào)灌漿泵排量為200 L/min，最大壓力為7 MPa，符合工程需求。同時(shí)，還需要漿液攪拌機(jī)、壓力表、灌漿自動(dòng)記錄儀等設(shè)備，對(duì)灌漿過程中的灌漿壓力、注入效率和累計(jì)注入量進(jìn)行記錄。

選用普通硅酸鹽水泥，所選擇水泥的物理、化學(xué)性能均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。為了確保灌漿物理性能，使用純水泥漿液，根據(jù)不同的需求選擇固結(jié)灌漿漿液和帷幕灌漿漿液。選用無污染水源作為灌漿漿液用水。

3.2 灌漿鉆孔

灌漿鉆孔主要工藝流程包括定位放線、鉆機(jī)就位、鉆進(jìn)、裂隙沖洗、壓水試驗(yàn)、拌漿灌漿、水泥漿封孔等。鉆孔過程中，需要固定鉆機(jī)鉆孔，確保鉆機(jī)安裝牢固，避免發(fā)生不均勻沉降。所選擇的鉆孔孔徑為75 mm，孔徑誤差<10 cm。根據(jù)帷幕灌漿的需求，需要采用兩序施工，因此，要對(duì)灌漿鉆孔施工進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保帷幕灌漿孔的誤差<20 cm。

3.3 裂隙沖洗與壓水試驗(yàn)

裂隙沖洗和壓水試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，將灌漿壓力的80%作為壓水試驗(yàn)的壓力，逐步增加壓力，分析壓水試驗(yàn)的情況。采用單點(diǎn)法，從上至下進(jìn)行壓水。在灌漿施工前，需要對(duì)裂隙進(jìn)行沖洗，直至回水清凈時(shí)止。

3.4 拌漿灌漿施工與水泥漿封孔

采用從上而下分段灌漿的方式進(jìn)行固結(jié)灌漿，分別按照2-6 m、2-5-4 m進(jìn)行分段灌漿，分別選擇合適的灌漿壓力。帷幕灌漿的段長為5 m，采用分段壓力進(jìn)行帷幕灌漿，待凝固24 h后開始下一段灌漿施工。

防滲工程采用循環(huán)式灌漿方式，逐步提升灌漿壓力，直到增大到設(shè)計(jì)壓力。灌漿期間，要時(shí)刻注意抬動(dòng)表的壓力讀數(shù)，控制灌漿壓力。灌漿期間，需要控制水灰比，根據(jù)灌漿注入量和灌漿壓力選擇合適的水灰比[5]。當(dāng)灌漿出現(xiàn)最大壓力時(shí)，繼續(xù)灌注30 min后結(jié)束灌漿。待灌漿質(zhì)量驗(yàn)收合格后，對(duì)灌漿孔進(jìn)行封堵。

4 防滲效果

通過上述研究可知，透水率≤40 Lu，能夠達(dá)到防滲需求。取出防滲灌漿的壩基巖芯進(jìn)行測試，可明顯看到灌漿痕跡，巖體的密實(shí)度和巖芯的整體性均有所變化，滲漏情況出現(xiàn)明顯改變（見圖2）。對(duì)壩基進(jìn)行防滲帷幕灌漿，對(duì)庫底進(jìn)行復(fù)合土工膜后，對(duì)滲水進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)滲水基本消失。對(duì)堤壩進(jìn)行長達(dá)1個(gè)月的蓄水試驗(yàn)。數(shù)據(jù)顯示，滲水量減少60%，防滲效果顯著。

5 結(jié)語

在水利工程建設(shè)和投入使用過程中，堤壩滲漏現(xiàn)象時(shí)長發(fā)生，不僅給堤壩造成了極大的危害，而且給城市的發(fā)展及百姓的安居樂業(yè)埋下了隱患。文章根據(jù)實(shí)例闡述了堤壩滲漏問題，并結(jié)合堤壩防滲工程，探討影響堤壩滲漏的各種因素，提出完善防滲設(shè)計(jì)和防滲施工的要點(diǎn)。

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