病险堤坝处理技术方案的确定,是前期工作的主要内容,必须在充分掌握地质、水文、当地材料和工程的病险历史、运行情况的基础上,进行充分研究论证,作出科学全面的可行性研究报告。根据坝型及病险的不同部位、病险程度、产生原因等,制定综合治理技术方案。
一、堤坝坝体处理技术
堤坝坝体的病害多表现为渗透破坏和变形破坏。
产生渗透破坏的原因,主要是在堤坝填筑时,碾压不实、土体疏松或堤坝老化失修,使坝体某些部位抗渗坡降降低,坝后出流部位残留过大的剩余水头,侵蚀土体。
变形破坏也是因填土不密实,坝体某些部位产生不均匀变形、裂缝。还有一些堤坝运用多年后,由于不同高度土柱出现的应变差使坝体内部应力水平提高,出现弱应力破坏土区。近年来坝顶钻孔时,发现孔内大量漏水漏浆,原因是坝体内有了裂缝、洞穴或由于小主应力不足而产生水力劈裂。如果是在岸堤段产生纵向的主应力不足,高水位时,发生水力劈裂,将出现严重后果。其破坏过程是坝体内某些土区出现小主应力不足→受拉→裂缝→发生渗透破坏。我国已经有不少水库土坝出现钻孔漏水现象,值得引起高度重视。有一些堤坝受生物的破坏,尤其是南方的白蚁,北方的獾、鼠掏洞等。
解决堤坝坝体渗透破坏的原则是,必须形成连续的防渗帷幕。帷幕的厚度和密实度,必须满足设计提出的允许抗渗坡降的要求。劈裂灌浆是堤坝体加固的最好方法之一,在我国已运用了20多年,处理病险水库已达200余座,堤防2000余km.实践证明,这一方法不仅能够形成垂直连续的防渗帷幕,解决坝体的渗透稳定问题,而且还能够通过浆坝互压和湿化变形,调整坝体内部的应力,使浆脉两边3~5m土体得到密实,扩大了防渗帷幕带。近年来土坝坝体劈裂灌浆已由原来的中低土坝向高土坝发展。在某些地基条件下还可以使坝体和地基同时劈裂,形成坝体和地基统一的防渗帷幕。在大坝渗透破坏严重的情况下,配合其他应急措施,利用特殊工艺,可以实现快速劈裂,10~13d就可形成帷幕,初步解决土坝坝体的渗透稳定,以后再逐步加固。浙江省利用浅劈办法,即在浸润线以上劈开坝体,浆液中加入一定比例药物,形成帷幕,消灭白蚁;新疆的纯沙坝、延安的黄土筑坝,也利用劈裂灌浆技术处理获得成功。
振动沉模防渗板墙技术是治理江河、湖泊堤防普遍存在的渗漏隐患的一项垂直防渗新型施工技术。采用先进的双模板沉模灌浆新工艺,形成的板墙具有连续无接缝、无开叉等优点。它除形成一道防渗板墙帷幕外,对板墙两侧一定范围内的土体还有挤压密实作用。同时,由于模板的振动使堤身土体得到振密加固。该法适用于黏性土、砂性土、流砂、砂砾、淤泥质土的地质条件,目前处理深度可达20m左右。如防渗墙深度超过20m,可以在20m以上部分采用“振板”,下部采用高压喷射灌浆的综合技术处理。如此,既可保证工程质量,又能节约工程成本。
二、覆盖层处理技术
坝下覆盖层多是洪水冲积形成,一般颗粒比较粗,筑坝以前必须做防渗处理。我国有些土坝建坝时对覆盖层处理不彻底或未处理,蓄水后出现渗透破坏。对此,可利用传统的槽孔式混凝土连续墙处理。槽孔自坝顶穿过坝体、覆盖层至基层不透水层,或者放空库水自坝前脚造孔深至基岩不透水层。第一种方法通常将混凝土连续墙一直浇至坝顶,混凝土浇筑量较大;第二种,需放空库水。而利用高压喷射灌浆技术重做覆盖层防渗体系是一较好的方法。它的优点是工程造价低,施工速度快,不需要开挖,不破坏坝体,不需要放空库水,只要根据设计的防渗体范围钻孔喷浆营造防渗体即可。该技术要求:深度大于20m的深孔,孔斜率必须控制在3‰以内;根据钻孔不同的深度计算出高喷板墙出现不连续的程度,确定钻孔孔距;根据覆盖层的结构,颗粒粗细、地下水流速大小,采用不同工艺,如渗透系数大于10-3cm/s,可采用单管或双管,水泥浆比重应不小于1.7g/cm3,还应掺入一定比例的速凝剂。
三、接触带处理技术
坝下接触带包括河槽段、岸坡段截水槽与基岩的接触带、坝体内防渗土体和刚性建筑物的接触带等。一些挡水建筑物,因为接触带处理不好,主要是清基不彻底或基岩的裂隙、破碎带等未做封堵处理,形成集中渗流、漏水通道,容易出现管涌等险情。
处理办法:多采用压力灌入水泥浆的办法,如河南省的鲶鱼山水库土坝,委内瑞拉的埃尔伊西罗水库土坝等。但有的情况,尤其是在小裂隙比较发育的花岗岩或一些火成岩地基时,此办法效果并不好。原因是注浆时用套管封孔,阻浆面积太小,压力水泥浆的流窜方向和数量不好控制。如上述两水库土坝接触带的防渗水泥灌浆,不仅未解决好接触带的漏水问题,反而由于压力水泥浆自基岩裂隙中窜出,沿坝轴线附近劈开了坝体,在坝体内形成刚性水泥板。
接触带渗漏处理的最好办法之一是高压喷射灌浆技术。因为高喷灌浆所喷出的水泥浆是定向的、局部的。在某一设定的局部,用高压水破坏原地层的结构,同时掺入水泥浆,形成一定几何形状的凝结体,避免了一般压力灌浆工艺中水泥浆流向和灌浆范围不好控制的弊端。采用摆喷和旋喷工艺,在接触带上营造防渗帷幕,隔开坝体软土和基岩的接触。对一些坝内堤设的刚性建筑物,可以用高喷水泥浆等防渗材料与原刚性建筑物牢固地焊接在一起,使高喷板墙插入土体,增加渗流路径,满足渗流稳定的要求。
坝内埋设圆形刚性建筑物接触带的处理:可根据设计要求,在圆环的外周边重造若干个防渗环。防渗环的直径、厚度、个数可根据防渗要求计算求得。
四、堆石面板坝处理技术
自70年代以来,我国建设了一批面板堆石坝,在迎水面的防渗体有钢筋混凝土面板和沥青混凝土面板两种。经验表明,只要在设计和施工中严格执行规范,不出现大的失误,该种坝的防渗都是成功的。但一些堆石坝体因碾压不实,蓄水以后,坝体产生大的变形,使防渗面板拉裂漏水,危及大坝安全 。总结我国较早修建的部分堆石面板坝不成功的主要原因,是堆石体变形量过大,垫层或过渡层级配料不合格。对这类病险坝的防渗加固,一是自坝顶建造混凝土防渗墙;二是进行综合技术加固。前者施工难度大,费用高,工期长;后者较优。综合技术方案包括坝前坡面防渗、部分堆石体加固和周边处理等。处理前应对坝面的应力应变进行有限元计算,以确定各部位所需防渗材料,对坝面下某些变形较大的堆石体部位进行托底固结灌浆加固。坝面的防渗材料一般采用复合土工膜,它的优点是能满足物理、力学要求,抗渗性能好,适应变形能力强,造价便宜。西安市石砭峪水库经过技术方案比较,选用综合技术加固方案,取得了成功。
五、坝下基岩岩溶的处理技术
有些土坝因种种原因,坝趾下基岩的漏水通道没有封死。尤其在岩溶地区溶洞、裂隙发育,水库建成蓄水后,由于高水头的压力,漏水大量增加,在与坝内防渗体接触部位极易发生冲蚀,危及大坝安全。对于这种隐患,采取坝前做铺盖,坝后减压或做压重、开导流洞等措施,均有临时效果,但不持久。在潜水流速比较大的情况下,采用正常灌注水泥浆的办法,也很难灌得住。
近年采用的级配料灌浆技术,对一些裂隙和溶洞比较大的地层,是一项科学、有效、经济的处理办法。该方法是利用不同粒径的块石、碎石、粗砂等组成级配材料,颗粒大小可根据溶洞裂隙和流速的大小确定。放入溶洞、裂隙中的块石能够存得住,不被冲走,起到充填岩溶空隙、减小水流速度的作用。在注入的级配料中灌注压力水泥浆,使级配料胶结在一起并和岩溶、裂隙的孔壁牢固结合,把洞穴堵死。
我国近20年来对病险堤坝的加固,已经创造了十几种比较成熟的技术,我们可以针对病险堤坝的具体情况,酌情选用,进行综合治理。(考试大一级建造师编辑整理)