病險堤壩處理技術方案的確定,是前期工作的主要內容,必須在充分掌握地質、水文、當地材料和工程的病險歷史、運行情況的基礎上,進行充分研究論證,作出科學全面的可行性研究報告。根據壩型及病險的不同部位、病險程度、產生原因等,制定綜合治理技術方案。
一、堤壩壩體處理技術
堤壩壩體的病害多表現為滲透破壞和變形破壞。
產生滲透破壞的原因,主要是在堤壩填筑時,碾壓不實、土體疏松或堤壩老化失修,使壩體某些部位抗滲坡降降低,壩后出流部位殘留過大的剩余水頭,侵蝕土體。
變形破壞也是因填土不密實,壩體某些部位產生不均勻變形、裂縫。還有一些堤壩運用多年后,由于不同高度土柱出現的應變差使壩體內部應力水平提高,出現弱應力破壞土區。近年來壩頂鉆孔時,發現孔內大量漏水漏漿,原因是壩體內有了裂縫、洞穴或由于小主應力不足而產生水力劈裂。如果是在岸堤段產生縱向的主應力不足,高水位時,發生水力劈裂,將出現嚴重后果。其破壞過程是壩體內某些土區出現小主應力不足→受拉→裂縫→發生滲透破壞。我國已經有不少水庫土壩出現鉆孔漏水現象,值得引起高度重視。有一些堤壩受生物的破壞,尤其是南方的白蟻,北方的獾、鼠掏洞等。
解決堤壩壩體滲透破壞的原則是,必須形成連續的防滲帷幕。帷幕的厚度和密實度,必須滿足設計提出的允許抗滲坡降的要求。劈裂灌漿是堤壩體加固的最好方法之一,在我國已運用了20多年,處理病險水庫已達200余座,堤防2000余km.實踐證明,這一方法不僅能夠形成垂直連續的防滲帷幕,解決壩體的滲透穩定問題,而且還能夠通過漿壩互壓和濕化變形,調整壩體內部的應力,使漿脈兩邊3~5m土體得到密實,擴大了防滲帷幕帶。近年來土壩壩體劈裂灌漿已由原來的中低土壩向高土壩發展。在某些地基條件下還可以使壩體和地基同時劈裂,形成壩體和地基統一的防滲帷幕。在大壩滲透破壞嚴重的情況下,配合其他應急措施,利用特殊工藝,可以實現快速劈裂,10~13d就可形成帷幕,初步解決土壩壩體的滲透穩定,以后再逐步加固。浙江省利用淺劈辦法,即在浸潤線以上劈開壩體,漿液中加入一定比例藥物,形成帷幕,消滅白蟻;新疆的純沙壩、延安的黃土筑壩,也利用劈裂灌漿技術處理獲得成功。
振動沉模防滲板墻技術是治理江河、湖泊堤防普遍存在的滲漏隱患的一項垂直防滲新型施工技術。采用先進的雙模板沉模灌漿新工藝,形成的板墻具有連續無接縫、無開叉等優點。它除形成一道防滲板墻帷幕外,對板墻兩側一定范圍內的土體還有擠壓密實作用。同時,由于模板的振動使堤身土體得到振密加固。該法適用于黏性土、砂性土、流砂、砂礫、淤泥質土的地質條件,目前處理深度可達20m左右。如防滲墻深度超過20m,可以在20m以上部分采用“振板”,下部采用高壓噴射灌漿的綜合技術處理。如此,既可保證工程質量,又能節約工程成本。
二、覆蓋層處理技術
壩下覆蓋層多是洪水沖積形成,一般顆粒比較粗,筑壩以前必須做防滲處理。我國有些土壩建壩時對覆蓋層處理不徹底或未處理,蓄水后出現滲透破壞。對此,可利用傳統的槽孔式混凝土連續墻處理。槽孔自壩頂穿過壩體、覆蓋層至基層不透水層,或者放空庫水自壩前腳造孔深至基巖不透水層。第一種方法通常將混凝土連續墻一直澆至壩頂,混凝土澆筑量較大;第二種,需放空庫水。而利用高壓噴射灌漿技術重做覆蓋層防滲體系是一較好的方法。它的優點是工程造價低,施工速度快,不需要開挖,不破壞壩體,不需要放空庫水,只要根據設計的防滲體范圍鉆孔噴漿營造防滲體即可。該技術要求:深度大于20m的深孔,孔斜率必須控制在3‰以內;根據鉆孔不同的深度計算出高噴板墻出現不連續的程度,確定鉆孔孔距;根據覆蓋層的結構,顆粒粗細、地下水流速大小,采用不同工藝,如滲透系數大于10-3cm/s,可采用單管或雙管,水泥漿比重應不小于1.7g/cm3,還應摻入一定比例的速凝劑。
三、接觸帶處理技術
壩下接觸帶包括河槽段、岸坡段截水槽與基巖的接觸帶、壩體內防滲土體和剛性建筑物的接觸帶等。一些擋水建筑物,因為接觸帶處理不好,主要是清基不徹底或基巖的裂隙、破碎帶等未做封堵處理,形成集中滲流、漏水通道,容易出現管涌等險情。
處理辦法:多采用壓力灌入水泥漿的辦法,如河南省的鯰魚山水庫土壩,委內瑞拉的埃爾伊西羅水庫土壩等。但有的情況,尤其是在小裂隙比較發育的花崗巖或一些火成巖地基時,此辦法效果并不好。原因是注漿時用套管封孔,阻漿面積太小,壓力水泥漿的流竄方向和數量不好控制。如上述兩水庫土壩接觸帶的防滲水泥灌漿,不僅未解決好接觸帶的漏水問題,反而由于壓力水泥漿自基巖裂隙中竄出,沿壩軸線附近劈開了壩體,在壩體內形成剛性水泥板。
接觸帶滲漏處理的最好辦法之一是高壓噴射灌漿技術。因為高噴灌漿所噴出的水泥漿是定向的、局部的。在某一設定的局部,用高壓水破壞原地層的結構,同時摻入水泥漿,形成一定幾何形狀的凝結體,避免了一般壓力灌漿工藝中水泥漿流向和灌漿范圍不好控制的弊端。采用擺噴和旋噴工藝,在接觸帶上營造防滲帷幕,隔開壩體軟土和基巖的接觸。對一些壩內堤設的剛性建筑物,可以用高噴水泥漿等防滲材料與原剛性建筑物牢固地焊接在一起,使高噴板墻插入土體,增加滲流路徑,滿足滲流穩定的要求。
壩內埋設圓形剛性建筑物接觸帶的處理:可根據設計要求,在圓環的外周邊重造若干個防滲環。防滲環的直徑、厚度、個數可根據防滲要求計算求得。
四、堆石面板壩處理技術
自70年代以來,我國建設了一批面板堆石壩,在迎水面的防滲體有鋼筋混凝土面板和瀝青混凝土面板兩種。經驗表明,只要在設計和施工中嚴格執行規范,不出現大的失誤,該種壩的防滲都是成功的。但一些堆石壩體因碾壓不實,蓄水以后,壩體產生大的變形,使防滲面板拉裂漏水,危及大壩安全 ??偨Y我國較早修建的部分堆石面板壩不成功的主要原因,是堆石體變形量過大,墊層或過渡層級配料不合格。對這類病險壩的防滲加固,一是自壩頂建造混凝土防滲墻;二是進行綜合技術加固。前者施工難度大,費用高,工期長;后者較優。綜合技術方案包括壩前坡面防滲、部分堆石體加固和周邊處理等。處理前應對壩面的應力應變進行有限元計算,以確定各部位所需防滲材料,對壩面下某些變形較大的堆石體部位進行托底固結灌漿加固。壩面的防滲材料一般采用復合土工膜,它的優點是能滿足物理、力學要求,抗滲性能好,適應變形能力強,造價便宜。西安市石砭峪水庫經過技術方案比較,選用綜合技術加固方案,取得了成功。
五、壩下基巖巖溶的處理技術
有些土壩因種種原因,壩趾下基巖的漏水通道沒有封死。尤其在巖溶地區溶洞、裂隙發育,水庫建成蓄水后,由于高水頭的壓力,漏水大量增加,在與壩內防滲體接觸部位極易發生沖蝕,危及大壩安全。對于這種隱患,采取壩前做鋪蓋,壩后減壓或做壓重、開導流洞等措施,均有臨時效果,但不持久。在潛水流速比較大的情況下,采用正常灌注水泥漿的辦法,也很難灌得住。
近年采用的級配料灌漿技術,對一些裂隙和溶洞比較大的地層,是一項科學、有效、經濟的處理辦法。該方法是利用不同粒徑的塊石、碎石、粗砂等組成級配材料,顆粒大小可根據溶洞裂隙和流速的大小確定。放入溶洞、裂隙中的塊石能夠存得住,不被沖走,起到充填巖溶空隙、減小水流速度的作用。在注入的級配料中灌注壓力水泥漿,使級配料膠結在一起并和巖溶、裂隙的孔壁牢固結合,把洞穴堵死。
我國近20年來對病險堤壩的加固,已經創造了十幾種比較成熟的技術,我們可以針對病險堤壩的具體情況,酌情選用,進行綜合治理。(考試大一級建造師編輯整理)