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水利工程质量问题主要表现在渗漏、滑坡和裂缝。在应对措施上就垂直防渗而言有混凝土防渗墙、高压喷射灌浆防渗、劈裂灌浆防渗等等多种。
1 坝身渗漏分析
1.1 心墙、斜墙裂缝漏水
由于心、斜墙与坝体其他部分的填筑土料不同,因变形模量的差异使变形不一致,导致心、斜墙开裂。在裂缝处产生集中渗漏,渗透水以很大的水力坡降冲刷心、斜墙裂缝,因管涌作用把防渗体土料带至下游坝体,使心、斜墙丧失防渗作用。
1.2 坝体因扩建加高,新老防渗体衔接处理不当漏水
坝体因多次扩建,新老防渗体的衔接处理往往不严,造成隐患。特别是心墙坝加高时,对原有心墙很难采取补墙措施。当蓄水位抬高以后,其防渗体承受的水力梯度明显加大,增加了被击穿的危险,有的将心墙改做斜墙,但因库内死水排干困难,使基础处理不严,造成漏水隐患。
1.3 浸润线抬高使下游坝坡失稳
已建的均质土坝中,常存在浸润线比设汁计算的有所抬高,致使坝的下游坡面长期处于湿润状态而影响坝坡的稳定。
1.4 土坝滑坡与处理
土坝滑坡或沉陷往往是因为填筑的土料差,设计抗剪指标选用不当,坝坡设计不合理以及渗漏等原因造成的。
2 渗漏控制方祛和措施
较浅的情况,以封闭式防渗帷幕来根治坝基渗透破坏的险情,可以比较彻底地解决坝基和坝身渗漏问题。垂直防渗在工程实际中应用较多,以下着重介绍一下混凝土防渗墙、高压喷射灌浆防渗。
2.1 混凝土防渗墙的设计
2.1.1 混凝土防渗墙的设计深度。混凝土防渗墙底部原则上嵌入相对不透水层lm左右,顶部嵌入坝体防渗体中。目前,平原地区土坝混凝土防渗墙深度大多在40m以内。
2.1.2 混凝土防渗墙墙体厚度的确定。防渗墙的厚度应满足墙体的厚度应满足墙体抗渗性、耐久性、满足墙体应力和变形的要求,同时还应考虑到地质情况及施工设备等因素。
2.1.3 墙体材料。参考国内外已建防渗墙的经验,一般采用塑性混凝土作为墙体材料。这种材料有抗渗性能好,变形模量低,极限应变值大,适应变形能力强等特点。
2.1.4 混凝土防渗墙的施工。防渗墙是在坝体内连续造孔成槽,以泥浆固壁,在泥浆下浇筑混凝土而建成的。对于小型工程,一般采用冲击式钻机造孔或两钻一抓法。
2.2 高压喷射灌浆技术
2.2.1 工艺原理
a.冲切掺搅作用。高喷技术主要是借助于高压射流,通过冲击切割和强烈扰动,使浆液在射流作用范围内扩散、充填周围土层,并与土石粒掺混搅和,硬化后形成凝结体,从而改变原地层结构和组成,达到防渗和提高承载力的目的。
b、升扬、转换作用。高喷施工时,水、气、浆由喷嘴中喷出,压缩空气,除能对水或浆掖构成外包气层,使水或浆液射流能透入地层较远距离并维持较大压力破碎地层结构外,还可产生升扬作用,将经射流冲击切削后的土石碎屑和地层中细粒,由孔壁和喷射杆的环状间隙中升扬带出孔外,空余部位由浆液替代,同时也起到了转换作用。
c.挤压、渗透作用。高喷射流强度随射流距离的增加而较快地衰减至射流束末端,虽不能再冲切地层,但对地层仍产生挤压作用。同时,喷射结束后,静压灌浆持续进行,对周阻土体产生渗透作用,不仅可以促使凝结体与周围土体结合更加密实,还在凝结体外侧产生明显的渗透凝结层,具有较强的防渗性能。
d、位移握裹作用。地层中较小的块石,由于喷射能量大,辅以升扬、转换作用,最终浆液可填满块石四周的空隙并将其握裹,遇到大的块石或在块石集中区,应降低提升速度,提高比能值。在强大的冲击震动力作用下,块石将会产生位移、松动,浆液沿块石四周空隙或块石间空隙渗入。在高压喷射挤压、余压、渗透等综合作用下,产生握裹凝结作用,形成连续密实的凝结体。
2.2.2 施工工艺
a.墙体位置的确定。根据设计要求平整好场地,要求场地内地下无障碍物,对某些作业地基软、不平整,有可能引起整机翻倒引起事故的地段,一定要采取防范措施,在乎整场地上对墙体中心线进行测量定位。
b.喷墙管理。应控制好掘进速度和灌浆压力、提升速度,送气量的大小应使浆液成沸腾状为宜。灌浆阶段浆液不能发生离析和断浆现象,保证墙体均匀,无夹心层,若发生管道堵塞或因故短暂停机,应迅速抢修。
2.2.3 施工要点
a.钻孔。泥浆固壁回转(或冲击)钻进。造孔过程中做好充填堵漏,使孔内泥浆保持正常循环,返出孔外,直至终孔。跟管钻进,边钻进边跟人:套管,直至终孔。钻进时应注意保证钻机垂直,偏斜率应≤1%。
b.下入喷射杆。泥浆固壁的钻孔可以将喷射杆直接下入孔内,直至孔底。跟管钻进的钻孔,有两种情况:一是拔管前在套管内注入密度大的塑性泥浆,注满后起拔套管,边起拔边注入,使浆面长期保持与孔口齐平,直至套管全部拔出,而后再将喷射杆下入孔内直至孔底。二是也可先在蜜管内下入壁均匀的PVC塑管,直到套管底部,起护壁作用,而后将套管全部拔出,再将喷射杆下入到管底部。
c.高喷施工。施工中所用技术参数因使用高喷的方法不同而不同。所用的灌浆压力不同,提升速度也有差异。对名类地层而言,若使用同一种施工方法则水压、气压、浆压的变化不大,而提升速度变化,是影响高喷质量的主要因素。
1 坝身渗漏分析
1.1 心墙、斜墙裂缝漏水
由于心、斜墙与坝体其他部分的填筑土料不同,因变形模量的差异使变形不一致,导致心、斜墙开裂。在裂缝处产生集中渗漏,渗透水以很大的水力坡降冲刷心、斜墙裂缝,因管涌作用把防渗体土料带至下游坝体,使心、斜墙丧失防渗作用。
1.2 坝体因扩建加高,新老防渗体衔接处理不当漏水
坝体因多次扩建,新老防渗体的衔接处理往往不严,造成隐患。特别是心墙坝加高时,对原有心墙很难采取补墙措施。当蓄水位抬高以后,其防渗体承受的水力梯度明显加大,增加了被击穿的危险,有的将心墙改做斜墙,但因库内死水排干困难,使基础处理不严,造成漏水隐患。
1.3 浸润线抬高使下游坝坡失稳
已建的均质土坝中,常存在浸润线比设汁计算的有所抬高,致使坝的下游坡面长期处于湿润状态而影响坝坡的稳定。
1.4 土坝滑坡与处理
土坝滑坡或沉陷往往是因为填筑的土料差,设计抗剪指标选用不当,坝坡设计不合理以及渗漏等原因造成的。
2 渗漏控制方祛和措施
较浅的情况,以封闭式防渗帷幕来根治坝基渗透破坏的险情,可以比较彻底地解决坝基和坝身渗漏问题。垂直防渗在工程实际中应用较多,以下着重介绍一下混凝土防渗墙、高压喷射灌浆防渗。
2.1 混凝土防渗墙的设计
2.1.1 混凝土防渗墙的设计深度。混凝土防渗墙底部原则上嵌入相对不透水层lm左右,顶部嵌入坝体防渗体中。目前,平原地区土坝混凝土防渗墙深度大多在40m以内。
2.1.2 混凝土防渗墙墙体厚度的确定。防渗墙的厚度应满足墙体的厚度应满足墙体抗渗性、耐久性、满足墙体应力和变形的要求,同时还应考虑到地质情况及施工设备等因素。
2.1.3 墙体材料。参考国内外已建防渗墙的经验,一般采用塑性混凝土作为墙体材料。这种材料有抗渗性能好,变形模量低,极限应变值大,适应变形能力强等特点。
2.1.4 混凝土防渗墙的施工。防渗墙是在坝体内连续造孔成槽,以泥浆固壁,在泥浆下浇筑混凝土而建成的。对于小型工程,一般采用冲击式钻机造孔或两钻一抓法。
2.2 高压喷射灌浆技术
2.2.1 工艺原理
a.冲切掺搅作用。高喷技术主要是借助于高压射流,通过冲击切割和强烈扰动,使浆液在射流作用范围内扩散、充填周围土层,并与土石粒掺混搅和,硬化后形成凝结体,从而改变原地层结构和组成,达到防渗和提高承载力的目的。
b、升扬、转换作用。高喷施工时,水、气、浆由喷嘴中喷出,压缩空气,除能对水或浆掖构成外包气层,使水或浆液射流能透入地层较远距离并维持较大压力破碎地层结构外,还可产生升扬作用,将经射流冲击切削后的土石碎屑和地层中细粒,由孔壁和喷射杆的环状间隙中升扬带出孔外,空余部位由浆液替代,同时也起到了转换作用。
c.挤压、渗透作用。高喷射流强度随射流距离的增加而较快地衰减至射流束末端,虽不能再冲切地层,但对地层仍产生挤压作用。同时,喷射结束后,静压灌浆持续进行,对周阻土体产生渗透作用,不仅可以促使凝结体与周围土体结合更加密实,还在凝结体外侧产生明显的渗透凝结层,具有较强的防渗性能。
d、位移握裹作用。地层中较小的块石,由于喷射能量大,辅以升扬、转换作用,最终浆液可填满块石四周的空隙并将其握裹,遇到大的块石或在块石集中区,应降低提升速度,提高比能值。在强大的冲击震动力作用下,块石将会产生位移、松动,浆液沿块石四周空隙或块石间空隙渗入。在高压喷射挤压、余压、渗透等综合作用下,产生握裹凝结作用,形成连续密实的凝结体。
2.2.2 施工工艺
a.墙体位置的确定。根据设计要求平整好场地,要求场地内地下无障碍物,对某些作业地基软、不平整,有可能引起整机翻倒引起事故的地段,一定要采取防范措施,在乎整场地上对墙体中心线进行测量定位。
b.喷墙管理。应控制好掘进速度和灌浆压力、提升速度,送气量的大小应使浆液成沸腾状为宜。灌浆阶段浆液不能发生离析和断浆现象,保证墙体均匀,无夹心层,若发生管道堵塞或因故短暂停机,应迅速抢修。
2.2.3 施工要点
a.钻孔。泥浆固壁回转(或冲击)钻进。造孔过程中做好充填堵漏,使孔内泥浆保持正常循环,返出孔外,直至终孔。跟管钻进,边钻进边跟人:套管,直至终孔。钻进时应注意保证钻机垂直,偏斜率应≤1%。
b.下入喷射杆。泥浆固壁的钻孔可以将喷射杆直接下入孔内,直至孔底。跟管钻进的钻孔,有两种情况:一是拔管前在套管内注入密度大的塑性泥浆,注满后起拔套管,边起拔边注入,使浆面长期保持与孔口齐平,直至套管全部拔出,而后再将喷射杆下入孔内直至孔底。二是也可先在蜜管内下入壁均匀的PVC塑管,直到套管底部,起护壁作用,而后将套管全部拔出,再将喷射杆下入到管底部。
c.高喷施工。施工中所用技术参数因使用高喷的方法不同而不同。所用的灌浆压力不同,提升速度也有差异。对名类地层而言,若使用同一种施工方法则水压、气压、浆压的变化不大,而提升速度变化,是影响高喷质量的主要因素。