土坝防渗加固措施

土 坝 防 渗土 坝 防 渗【摘要】文章结合青口溪兜水库主坝粘土灌浆防渗处理、平潭六桥水库大坝高压定向喷射灌浆防渗处理、浪岐幸福水库大坝土工合成材料防渗处理等工程实例，探讨几种常见防渗加固措施。【关键词】粘土灌浆 土工合成材料 高压定向喷射灌浆前言福州市大多土坝工程都是在上世纪50-60年代修建的，且大多数工程属于“边设计边施工”工程，有相当多的土坝不同程度的出现外坡泅湿、漏水、渗透变形等安全隐患。造成土坝渗漏的原因主要是在筑坝过程中，采用不符合要求的土料进行填筑或土料填筑质量不合格等造成坝体疏松；在筑坝时，清基不彻，坝基可压缩性土层的厚度相差悬殊以及填筑时铺土层高度不一引起坝体裂缝；土坝施工过程中由于接头及合拢口未处理好，造成土坝蓄水后这些薄弱环节发生泅湿、渗水等。以上隐患如不及时根治，任其发展，就有可能危及到土坝安全。1. 概述土坝坝体和坝基渗流控制是保证土坝安全的一项重要措施。由于填筑土坝的土料和坝基的砂砾料是散粒体结构，颗粒间存在着大量的孔隙，都具有一定的透水性。水库蓄水后，随着水位的上升，上下游产生水头差，库水将通过孔隙向下游渗透，当渗透水流的坡降超过坝体土料及坝基砂砾料临界坡降时，渗流将逐渐带走其细小颗粒，就有可能产生具有危害性的渗透变形。根据渗透变形发生的机理，通常将其分为管涌、流土、接触冲刷和接触流土四种形式。导致土坝工程事故主要有渗透变形、滑坡以及裂缝，其中渗透变形是主要，其他两种事故也是与渗流作用相关。2. 几种常见土坝防渗处理措施（1） 粘土灌浆防渗处理早期限于技术及资金的原因，粘土灌浆一直以来都是大坝防渗处理的主要措施。粘土灌浆的防渗作用有：a.在灌浆过程中，因泥浆的比重和外界对坝体的挤压，当坝体的小主应力小于泥浆的灌浆压力时，将坝体劈裂，泥浆深入裂缝，是浆液与缝壁紧密结合在一起，构成一道防渗帷幕；b.粘土浆能充填土坝空隙，坝体吸收泥浆水分后湿陷，使坝体增加密实度，从而使坝体的防渗性能得到改善；c.灌浆能起到堵塞填方堵漏的作用。灌浆工艺：a布孔，随着对灌浆机理的认识深化，逐渐由二至三排梅花形布孔改为沿堤坝轴线偏上游0.51m单排布孔；孔距由1.5m、2.5m发展到5m。b.钻孔，早期基本上是麻花钻头造孔，套管采用108mm套管护壁，套管比钻头大17mm，很难夯至预计深度，施工中最多打下6m，施工效率低。改用摩擦钻造10m深孔只需1个半小时，降低了劳动强度，提高工作效率。c.制浆，制浆首选药选择土料，土料必须满足防渗要求，又要制浆容易，泥浆粘度大给施工造成困难且泥浆析水性差，但是泥浆中含有粉砂的话不仅能满足防渗要求，还能改变泥浆的流动性，提高析水率。灌浆土料选用重粉质壤土或粉质粘土，粘粒含量约在2040%；粉粒含量4560%；砂粒含量20%一下，有机含量2%以内。制浆采用搅拌机械，按配料比例先将水放进搅拌筒，然后加土，一般搅拌6分钟左右，掺入干土量0.51%的水玻璃改变泥浆的流动性，提高浆液的稠度，加快固结速度，再将泥浆过滤后放进储浆桶，浆液比重控制在1.41.6g/cm3之间。d.注浆与压力控制，灌浆程序是1至3序孔，泥浆浓度一般先稀后稠，用稀浆疏通管路打开浆路，后用稠浆，正常施灌压力在0.5kg/cm2以下。e.终孔与封孔，一般复灌三次，复灌间隔7天左右，当最后一次复灌不吃浆（冒浆），就认为已灌好，终孔停灌。采用摩擦钻施工，孔径小采用浓泥浆封孔。结合闽侯溪兜水库大坝防渗处理，粘土灌浆在灌浆后可明显减小渗漏量，且其造价低，操作简单，效果显著和就地取材等优点，但是几年后需重新进行灌浆确保灌浆效果。（2） 土工合成材料防渗处理随着材料的发展，土工合成材料越来越多的应用到土坝的防渗处理中。土坝一般采用土工膜料进行防渗。土工膜料设计：a.防渗膜的选择，选择防渗膜应当结合工程实际，根据防渗工程的环境条件，考虑各种膜料的性能、单价、产品质量等因素，比选确定。常用的防渗膜料有PE、PVC及其改性、新型塑膜，具有防渗效果好，质轻、延伸性强、造价低，抗老性能满足工程要求的特点；复合土工膜（一布一膜或两布一膜），以塑料薄膜的不透水性隔断土坝漏水通道，以其较大的抗拉强度和延伸率承受水压和适应坝体变形。而无纺布亦是一种高分子纤维化学材料，通过针刺或热粘成形，具有较高的抗拉强度和延伸性。b.防渗结构设计，防渗膜料防渗是以薄膜防渗、上下垫层保护组合的防渗体。下垫层防渗膜料上垫层保护层反滤过渡层护坡共同组成防渗系统。下垫层防止膜料被刺破，并使膜料受力均匀。上垫层使膜料在水中不被漂起并防止膜料老化，整个防渗体周边设压重齿槽，同时做好整体性防渗处理（两布一膜中的两布很好了解决了上下垫层以及保护层的保护机理）。防渗膜料要与不透水地基和岸坡严密结合，并解决好排水问题。c.施工，保护层施工时要注意防渗膜料的保护，要在防渗膜料上做好临时保护措施，严防戳破防渗膜料，防渗膜料铺设完毕应及早进行下道施工工序，不宜间隔时间过长，防止防渗膜料材质损坏。垫层一般选用筛制粉砂土或细颗粒砂质粘土，最大粒径不超过5mm，厚度5-10cm。保护层土料可用库区附近黏壤土和砂壤土，但要除去石子、杂草、树根和其它可能穿透膜料的杂物，干容重xd1.50t/m3 ，含水量约为20%，夯实后垂直坝坡的厚度一般取0.30-0.50m。保护层上设10cm砂砾石或碎石反滤过渡层，再护砌一层30cm干砌块石护坡，护坡底脚应伸入坝基，正常水位以上护坡应用砂浆勾缝或用小石子填密空隙，以防淘刷保护层。还可以根据当地建筑材料情况用5-8cm厚，C10混凝土板或10cm厚水泥土板护坡但纵横向每隔3m应设伸缩缝，用沥青砂浆或胶泥填缝。（采用两布一膜后，直接在复合土工膜上铺设1520cm的砂砾石或碎石反滤过渡层，再护砌一层30cm干砌块石护坡）。施工工艺：坝坡调整基础开挖铺膜基面开挖清理并夯实防滑齿槽开挖周边固埋沟开挖砌重力墩铺下垫层铺设土工膜料、薄膜连接铺上垫层回填夯实齿槽及保护层周边固埋沟回填铺反滤过渡层砌护坡验收。a. 铺膜基层清理。要求做到基面平整，无尖锐物，按设计坝坡削坡翻松整修并严格整平坡面，夯实基面。同时妥善处理好坝坡塌坑、裂缝、岩及上调洞穴裂隙、地下泉涌等。开挖坝蹱截流槽、锯齿槽和坝肩固埋沟，排水清基至岩面或不透水层，设重力墩或挡土墙将膜料压入基底。b. 膜料连接。现场连接防渗膜的方法主要有粘结法、热焊接法。施工中应严格按照施工工艺标准等施工规范要求、施工工艺流程进行，铺贴方向、两幅卷材和卷材层与层间，其搭接的宽度与长度要符合要求。卷材冷黏施工时，胶接材料材料要依据卷材性能配套选用胶粘剂调配要专人进行，及时采样化验，不得错用、混用，在这方面要严加控制。塑膜与复合柔毡一般用粘接法。薄膜接头粘接宽度要保证10cm。施工时土工膜下面垫一块长2m，宽20-30cm刨光木板，用布把需粘接的土工膜上污物、水分、尘土等擦干净后，将粘合剂均匀地涂在土工膜上，接着将另外一幅（两布一膜可直接按一定宽度进行搭接，简化施工工艺）。c. 土工膜料铺设，铺设土工膜料不宜张拉太紧，要预留5%伸缩长度置成波纹状折皱，以适应基体变形。两层膜间不得夹带泥土、杂物，不得有充气现象。从土工膜铺设到上垫层及保护层回填应避免石块、重物、尖锐物体直接砸击和接触土工膜，以免薄膜刺穿破坏。d. 周边接触边界处理，目的是防止坝基和绕坝渗漏。两侧周边固埋沟至新鲜基岩或坚实不透水层，固埋沟底宽30cm，深50cm，边坡1:0.3，梯形断面，固埋沟中铺上厚5cm，M10水泥砂浆，将薄膜铺在上面一半的位置，垫上厚5cm，M10水泥砂浆，然后浇筑混凝土截水墙固埋薄膜。下端固埋则采用重力防滑墩，膜料嵌入其下，以防膜料和保护层滑动。上端嵌入坝体0.50m固埋。e. 保护层回填，土工膜铺好后应尽快铺土填，防止长时间暴晒使薄膜老化。回填土要轻放，山一边向另一边依次回填，严防损坏薄膜。施工时先填锯齿槽、垫层再分层填筑保护层。保护层土质不宜过粘，回填时每层松土不超过20cm，便于人工夯实（采用两布一膜复合土工膜时，直接在复合土工膜上面铺设砂砾石或碎石反滤过渡层）。结合马尾浪岐幸福水库大坝防渗处理，铺设复合土工膜防渗措施，对大坝防渗起到显著的效果，且施工方便，施工周期短，操作简单。（3） 高压定向喷射灌浆高压定向喷射灌浆时在静压灌浆和高压旋喷灌浆的基础上发展起来的。高压定向喷射灌浆是利用置于钻孔中的喷射装置射出高压水束冲击破坏被灌土层结构，同时将浆液灌入，形成按设计方向、深度、厚度和结构形式，与地基紧密结合，构成连续的防渗帷幕体。采用高压喷射技术进行大坝防渗处理，在设计和施工中应注意以下几个问题: 应根据工程的土质及地下水情况选择适当的高压喷灌浆工法，包括单管法、二管法及三管法；应根据工程的重要程度、地质条件及技术经济状况选择适当的高压喷灌浆形式及连接方式。高压喷灌浆形式主要包括旋喷、摆喷和定喷；连接方式主要包括旋喷套接、旋摆连接、摆喷折线连接和定喷折线连接； 施工前应做好高压喷灌浆试验，以确定高压喷灌浆的各项施工技术参数；施工过程中应做好施工质量检查。灌浆材料:使用425#普通硅酸盐水泥或矿渣水泥，纯水泥浆浆液密度1.5g/cm3，水灰比1.0左右。使用减水剂，掺量为水泥重的1%。有条件时可掺15%的级以上粉煤灰。本工程墙体凝结后为水泥粘土砂浆体，28d后有较高的强度、较小的渗透系数和较大的破坏坡降。施工过程：a.定孔、设备调校，将使用的钻机安置在设计孔位上，使钻杆头对准孔位中心，为保证钻孔达到没汁要求的垂直度，钻机就位后作水平校正，使钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，旋喷注浆管的允许倾斜度不得大于1。b.钻孔，在设计桩位的中心先用钻机钻一为旋喷管插入用的导孔，钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于50mm，孔深须达到预定的深度。实际孔位、孔深和每个钻孔内的地下障碍物、洞穴、涌水、漏水及与岩土工程勘察报告不符等情况均应详细记录。c.贯入注浆管，贯入注浆管即插管是将旋喷注浆管插入地层预定的深度。插管与钻孔两道工序合二而一，钻孔完毕，插管作业即完成。d.材料配置、制浆、泵送，注浆材料采用425#普通硅酸盐水泥与水搅拌作为基本浆液，水泥浆液的水灰比为1.25l.5，水泥浆液符合设计要求后通过高压泥浆泵的压力进行注浆。旋喷用的水泥浆液在进入高压泥浆泵施喷前，进行严格过滤防止水泥结块和杂物堵塞喷嘴和管路。e.喷射注浆，当喷射注浆管贯入土中，喷嘴达到设计标高时，喷射注浆参数达到规定值后，即可喷射注浆。水泥浆通过高压泥浆泵形成高压水泥浆，以20MPa的压力，通过喷射管由喷嘴向土中喷射，钻杆一边旋转，一边向上提升，喷射的水泥浆一边切削四周土体，一边与土体搅拌混合，形成圆柱状的水泥与土混合的加固体即旋喷桩。高压喷射注浆完毕，应迅速拔出喷射管，为防止浆液凝同收缩后产生的顶部空穴影响桩顶高程，在原孔位采用冒浆回灌。结合平潭六桥水库大坝防渗处理，高压旋喷灌浆在大坝中形成一堵防渗墙，防渗效果最