摘要:堤防是沿河、渠、湖、海岸边或行洪区、分蓄洪区、围垦区的边缘修筑的挡水建筑物,是世界上最早广为采用的一种重要的防洪工程。文章就水利工程中堤防防渗施工技术进行深入的探讨,具有一定的参考价值。
关键词:水利工程;堤防防渗;施工技术
0前言
堤防是沿河、渠、湖、海岸边或行洪区、分蓄洪区、围垦区的边缘修筑的挡水建筑物,是世界上最早广为采用的一种重要的防洪工程。筑堤的目的是防御洪水泛滥,保护沿岸居民生命财产和工农业生产。河堤约束洪水后,将洪水限制在行洪道内,使同等流量的水深增加,行洪流速增大,有利于泄洪排沙。筑堤还可围垦造田。增加农业生产。堤防还可以抵挡风浪及抗御海湖。筑堤时要对约束洪水的作用进行详细分析规划,以确保行洪道达到设计的防洪要求。本文就水利工程中堤防防渗施工技术进行探讨。
1水利工程中堤防出险的主要种类
堤防出险包括渗透破坏、滑坡、开裂和没治,其中以渗透破坏为主。渗透破坏主要表现为集中渗漏、管涌、流土、接触冲刷、接触流土。堤防渗透破坏险情可分为3类:(1)堤身产生的险情,主要是由于堤身物质组成的不均匀性和填筑密实度的不均匀性造成的,如部分堤段堤身壤土为粉细砂、砂壤土或存在孔洞、裂缝等,主要表现为散浸、脱坡、漏洞、跌窝等;(2)堤身和堤基接触带产生的险情,由于筑堤时未清基,堤身堤基接触带物质较混杂:(3)堤基产生的险情,主要是由于堤基存在透水性较强的砂层、砂壤土层所致。
2水利工程中堤防防渗施工方案的选择
(1)堤身的防渗处理,可采用截渗墙、锥探灌浆和劈裂灌浆等防渗体。必要时还可帮堤以加厚堤身或翻挖重新填筑堤身。
(2)对于堤防截渗墙,关键是要采用薄墙和廉价的材料才能有效地降低工程造价。目前常用的开槽法、深沉法、挤压法造墙均可达到这一要求,其中深沉法造价最低,在墙深小于20m时最具竞争力。高喷法造墙价格相对较高,但在一些施工场地狭窄、地下降碍物较多时,有较好的适应性。
对于砂卵砾石含量较高、粒径较大的地层,则应考虑采用冲击钻并配合其他开槽方式成睹,当然造墙成本也会大大提高。根据堤防工程的特点,对这类地层险工段的肪渗处理,也可考虑采用盖重、排水减压、反滤保护等其他措施。
3水利工程中堤防防渗施工技术
20世纪70年代以前,我国堤坝防渗加固技术较落后,手段单一,较多采用传统的粘土铺盖、粘土截水槽、灌浆等措施。70年代以后,尤其改革开放以来,通过大量的工程实践和科学实验,防渗加固技术发展较快,施工设备、施工方法不断改进,施工效率不断提高,我国防渗墙的施工水平已跨入了世界先进行列。当前,发展较快、应用较多的截渗工艺有:混凝土防渗墙、高压喷射防渗墙、自凝灰浆防渗墙、垂直铺塑、水泥土搅拌桩防渗墙、帷幕灌浆等,及时掌握这些工艺的发展动态,对于水利工程的设计、施工等都具有重要的现实意义。
3.1混凝土防渗墙
混凝土防渗墙是20世纪60年代初发展起来的一种垂直防渗技术,目前已成为粒状地层的主要防渗手段。它不仅可以用于永久性地基防渗,对正在漏水和存在险情的堤坝进行防渗处理,还可用于临时施工围堰、基坑防渗等。其主要优点是能有效地控制墙厚,墙段之间结合紧密,安全可靠。
目前,防渗墙的施工技术有了很大发展,出现了很多造墙、造孔的新技术。在墙体材料方面,有钢筋混凝土、普通混凝土、塑性混凝土、自凝灰浆和固化灰浆等。在深度方面,加拿大马尼夸根3号土坝的混凝土防渗墙深度已达131m;我国小浪底大坝的混凝土防渗墙最大深度为81.9m,三峡水库二期围堰混凝土防渗墙最大深度为73.5m,2003年实施的新疆下坂地水利枢纽坝基混凝土防渗墙深度已达102m。在造孔机具方面,有正、反循环冲击钻机、抓斗机、链斗(刮板)式挖槽机、射水成槽机、锯槽机、振动板桩、振动切槽、振动沉膜等。目前,浅薄型防渗墙深度一般为10~20m左右,最大≤30m,厚度10~25cm、最大≤30cm。这类防渗墙除可用于水头较小、坝基厚度≤30m的土石坝防渗外,主要被用作江河堤防工程。深厚型防渗墙一般用在承受水头>20m、墙深30m以上的大坝和险要地段的堤防工程中。其厚度一般60~80cm,最大为130cm。为保证底部墙段的有效连接,一般是墙越深厚度越大。墙体材料多为普通混凝土或塑性混凝土,根据地层和防渗要求确定。一般是承受的水头越大、透水性越强,要求的防渗性能越高,墙体刚性也越大。
3.2高压喷射防渗墙
高压喷射防渗墙是借助于高压射流冲击扰动坝基覆盖层,同时灌入水泥浆,使浆液与被灌地层土颗粒掺混,形成防渗墙。近年来,山东省水利科学研究院王明森等科技人员,在多年高喷实践的基础上,进行了大粒径地层高压喷射灌浆构筑防渗墙技术的研究,形成以高压射浆、高喷浆液的合理选用为特色的大粒径地层高喷施工技术,在多项工程中进行推广应用,效果良好。王明森在《大粒径地层高压喷射灌浆构筑防渗墙技术研究》中认为:大粒径地层采用高喷灌浆进行防渗加固施工,为达到经济、高速、优质完成任务,必须采取综合性的技术措施。利用潜孔锤套管跟进造孔是解决大粒径地层成孔的较为理想的技术。
3.3自凝灰浆防渗墙
自凝灰浆防渗墙是在塑性混凝土墙的基础上发展而来的。使用水泥、膨润土并掺入少量缓凝剂制成“自凝灰浆”,在凝固前可作为造孔中的固壁泥浆,完工后自行凝固,形成墙体起防渗补强作用。该技术在美国、法国等国家均已使用,我国尚处于起步阶段。
3.4帷幕灌浆
帷幕灌浆是把一定配合比的具有流动性和胶凝性的浆液,通过钻孔压入岩层裂隙中,经胶结硬化后提高岩基的强度,改善岩基的整体性和抗渗性。我国常采用孔口封闭灌浆法,随着二滩、小浪底工程的建设,国际上一些高效率的施工方法,如GIN灌浆法、自下而上纯压式灌浆法等引进我国,促进了我国灌浆技术的发展。GIN(Grouting Intensity Number)法是前国际大坝会议主席、瑞土学者隆巴迪首先提出的。中国水利水电基础工程局夏可风在《地基处理新技术在水利水电工程中的应用》一文中指出:“GIN法的基本概念是,对任意孔段的灌浆,其能量消耗均为一个定值,这个能量消耗的数值近似等于该孔段最终灌浆压力P与灌入浆液体积V的乘积PV,PV就叫作灌浆强度值,即GIN。由于裂隙岩体灌浆时,大裂隙常常注入量大而使用压力小,细裂隙常常注入量小而使用压力高。因此,如果在各个灌浆段的全部灌浆过程中,都控制GIN为一常数,就可以自动地对开敞的宽大裂隙限制其注入量,对可灌性差的致密地段提高灌浆压力。GIN法灌浆自动考虑了岩体地质条件的实际不规则性,使得沿帷幕体的总注入浆量合理分布。GIN法在欧美一些国家的工程中应用,取得了较好的效果。
我国于1994年引进,曾在湖南江垭水利枢纽、长江三峡水利枢纽等工程中进行过灌浆试验。黄河小浪底水利枢纽在充分进行灌浆试验的基础上,提出了以孔口封闭法为基础,嫁接GIN法,取二者之长并在防渗帷幕工程中应用,取得了满意的效果。
当前,各种新的截渗工法不断出现,正朝着深度更大、效率更高、适应性更广的方向发展。今后,在高效工法以及不同工法的组合应用等方面仍有广阔的发展前景。水利工程复杂的地质条件、多样化的筑坝材料以及多种运用工况,决定了在渗流方面的不同特点,应针对不同工程的地质条件、坝体质量、设计水头等,从安全、经济、工效、可行性等方面进行全面分析,确定适宜的防渗加固方案,并通过试验确定有关施工参数,切不可一味地照搬其它工程。
参考文献
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