平原水库防渗技术分析

[作者简介]　张　燕(1983-),女,河南开封人,硕士研究生1

平原水库防渗技术分析

张　燕

(华北水利水电学院,郑州　450011)

[摘　要]　在介绍平原水库功能特性的基础上,详实地分析了平原水库的特点,介绍了目前国内

外防渗研究的动态及防渗处理的具体方法和防渗墙的设计施工要点。

[关键词]　平原水库;渗流;防渗墙;防渗性能

[中图分类号]　T V697　　[文献标识码]　A 　　[文章编号]　1006-7175(2009)01-00-02

Plain R eservoir Impermeable Technical Analysis

ZHANG Y an

(N orth China University of Water C onservancy and Hydropower ,Zhengzhou 450011,China )Abstract :In this paper ,introducing the features of plain reserv oir on the basis of detailed analysis of the characteristics of plain reserv oir ,introduced the current domestic and international anti -seepage on the dynamics 1Im permeable deal with the specific methods and the cut -off wall design and construction ele 2ments 1

K ey w ords :plain reserv oirs ;seepage ;the cut -off wall ;im pervious performance

　　水库渗漏不仅直接影响到水库的正常运行,严重的将危及水库土坝的安全。由于平原水库位于江河中下游冲积平原,表层为黏土或亚黏土,厚度较薄,下部为粉细砂,渗透较大,厚度较厚。因此,平原水库易出现渗漏问题。解决平原水库渗漏问题,必须采取工程措施。一般来说,平原水库所处地区,不透水地基埋藏较深,如采用封闭防渗工程措施造价高、施工难度大。一个较为有效的措施是采用增加渗径的方法,如采用高压喷射灌浆、垂直铺塑防渗、射水法地下连续墙等技术。

1　平原水库特点及防渗处理

平原水库是相对于山丘区水库而言的,其一般位于大江、大河下游冲积平原地区,如我国松嫩平原、辽河平原、黄河、淮河、海河下游平原及内蒙古、等地区就修筑有大量平原水库。这类地区地质的普遍特点是表层为黏土或亚黏土,下部为砂土。由于这些地区距离海岸较近,大部分为低洼易涝盐碱地。因受地理位置、气候、区域地质等影响,平原水库相对于山丘区水库有其独特的特点。

111　平原水库特点

(1)围坝轴线较长。平原水库围坝多为封闭多边形,与山区水库相比较,其围坝轴线要长得多。

(2)地质条件较差。平原地区一般为冲积或洪积地层,对平原水库的建设而言,所处地理位置基本无选择性。黄淮海下游的平原水库地基大多是软弱地层,西北内陆河地区的平原水库地基大多是透水地基,对坝基防渗要求较高。

(3)蓄水水头较低。考虑水库渗透稳定、围坝坝坡稳定、抗震设防、坝后浸没及库内蒸发等多方面因素,目前所建的平原水库蓄水深度一般在5～15m 。随着设计手段、施工技术等的发展与提高,平原水库的蓄水深度也逐渐加深。

(4)筑坝土料较差。为尽量减少耕地占用,保护国土资源,平原水库多建在荒坡、废河道、盐碱地等处,且筑坝土料多取自库内,因此筑坝土料条件较差,多为粉土、砂土、粉细砂、砂壤土或裂隙粘土等。

(5)蒸发量较大。平原水库蓄水深度较浅、水面面积大,蒸发量较大。

112　平原水库的防渗处理

由于平原水库坝体属于散粒体结构,在坝身土料颗粒之间,仍然存在着较大的孔隙,再加之坝体对坝基地质条件的要求相对较低,在软基上或较差的土基上均可筑

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46—第15卷第1期2009年1月

水利科技与经济

Water C onservancy Science and T echnology and Economy

V ol 115　N o 11Jan 1,2009

目前平原水库的防渗技术较多,如水平铺设粘土或土工膜防渗技术、垂直铺塑防渗技术、混凝土防渗墙防渗技术、水泥搅拌桩防渗技术及高压喷射灌浆防渗技术等,对于不同的水库,应针对不同的地质条件、蓄水深度、工程造价等因素,选择不同的防渗措施。如选择不当,不但会增加投资,还会破坏土体原有结构,形成渗漏通道及影响坝体安全。

2　平原水库防渗工程

211　平原水库的坝基防渗体

(1)水平铺设土工膜防渗及垂直铺塑防渗技术。该技术是近年来国内外发展起来的一种将新材料、新工艺用于水工建筑物的防渗新技术,截渗性能高。

(2)混凝土防渗墙防渗技术。该技术国内外发展较早,技术比较成熟,近年来在造槽设备和工艺上有新的发展。

(3)水泥搅拌桩防渗技术。1996年在山东省临沐县分沂入沐调尾坝基用普通深层搅拌桩做截渗墙试验施工应用成功。1998年6月多钻头小直径深层搅拌桩机问世,使防渗墙的施工厚度变为8～45cm,在我国多省广泛应用并已取得很好的社会效益。

(4)高压喷射灌浆防渗技术。该技术20世纪70年代从日本引进,主要用于地基加固,坝下地基覆盖层、接触带的防渗等,在大块径、堆石体等地层中也可建造防渗墙。

(5)振动沉模防渗墙防渗技术。该技术被列为国家“九五”期间科技成果重点推广项目,己获五项国家专利,适用于堤防、低坝的防渗加固,能形成超薄混凝土连续墙。

对于不同的水库,应针对不同的地质条件、蓄水深度、工程造价等因素,选择不同的防渗措施。本设计只对混凝土防渗墙作详细介绍。

212　混凝土防渗墙

21211　技术特点

混凝土防渗墙施工技术形成历史较短,在20世纪50年代首先在意大利及法国应用,1957年由前苏联传入我国,1959年首先在山东省青岛月子口水库、湖北省明山水库、北京密云水库大坝中应用。混凝土防渗墙是利用成槽设备在地基或坝体中成槽孔,井用泥浆护壁以防塌孔,成孔后用混凝土置换出孔中的泥浆,筑成墙体。该技术在水利工程中已被广泛采用,是透水地基防渗处理的一种有效措施。混凝土防渗墙主要有以下几个特点:

(1)适用范围较广。它适用于多种地质条件,如砂土、砂壤土、粉土以及直径<10mm的卵砾石土层,都可以做连续墙,对于岩石地层可以使用冲击钻成槽。

(2)实用性较强。它广泛应用于水利水电、工业民用建筑、市政建设等各个领域。塑性混凝土防渗墙可以在江河、湖泊、水库堤坝中起到防渗加固作用;刚性混凝土连续墙可以在工业民用建筑、市政建设中起到挡土、承重作用。混凝土连续墙深可达100m以上。三峡二期围堰轴线全长143916m,最大高度8215m,最大填筑水深达60m,最大挡水水头达85m,防渗墙最大高度74m。

(3)施工条件要求较宽。地下连续墙施工时噪音低、震动小,可在较复杂条件下施工,可昼夜施工,加快施工速度。

(4)安全、可靠。地下连续墙技术自诞生以来有了较大发展,在接头的连接技术上也有了很大进步,较好的完成了段与段之间的连接,其渗透系数可达到10-7m/s以下。作为承重和挡土墙,它可以做成刚度较大的钢筋混凝土连续墙。

(5)工程造价较低。10cm厚的混凝土防渗墙造价约为240元/m2,40cm厚的防渗墙造价约为430元/m2。21212　施工工艺

混凝土防渗墙施工工艺的区别主要在于造孔方法和排渣方法的不同。在造孔方面,有锯槽法和挖掘法。锯槽法中,有往复射流式开槽、链斗式开槽、液压式开槽;挖掘法所用机具中,有抓斗、冲击、回转钻或两者并用的钻具。在出渣方面,有正循环、反循环的泥浆出渣和不循环出渣。正循环是指通过管道把泥浆压送到槽孔底,泥浆在管道的外面上升,把土渣携出地面;反循环是指泥浆从管道外面自然流到槽孔内,然后在槽孔底与土渣一起,被抽到地面上来;不循环是指用抓斗挖槽,泥浆处于静止状态。

21213　防渗性能

根据混凝土防渗墙深度、水头压力及地质条件的不同,混凝土防渗墙可以采用不同的厚度,从115～012m不等。在长江监利县南河口大堤用过的混凝土防渗墙深度为15～20m,墙体厚度为715cm。渗透系数K<10-7cm/s,抗压强度>110MPa。目前,塑性混凝土防渗墙越来越受到重视,它是在普通混凝土中加入粘土、膨润土等掺合材料,大幅度降低水泥掺量而形成的一种新型塑性防渗墙体材料。塑性混凝土防渗墙因其弹性模量低,极限应变大,使得塑性混凝土防渗墙在荷载作用下,墙内应力和应变都很低,可提高墙体的安全性和耐久性,而且施工方便,节约水泥,降低工程成本,具有良好的变形和防渗性能。

有的工程对墙的耐久性进行了研究,粗略地计算防渗墙抗溶蚀的安全年限。根据已经建成的一些防渗墙统计,混凝土防渗墙实际承受的水力坡降可达100。对于较浅的馄凝土防渗墙在承受低水头的情况下,可以使用薄墙,厚度为0122～0135m。

(下转第73页)

　　张　燕:平原水库防渗技术分析第1期(3)国内外成功经验的借鉴。在国际上,许多国家也已经发现筹集灌溉系统运行、维护所需的常规资金已非常困难,并致力于寻找减轻财政负担过重和改善灌溉管理的方法。农民参与式灌溉管理这种新型的灌溉管理已经扩展到很多发展中国家。他们的实践也为我国推行SI DD提供了不少可供借鉴的经验。

3　进一步推广SIDD的建议

(1)核定科学的水价。科学的水价对SI DD管理模式的运行有着重要的意义。部门应该主要从以下几个方面来进行水价核定:①督促业务部门严格按照国家的农业灌溉水价正确核算水价;②组织有关专家审查水价计算结果,包括成本项目的规范性、各项取费的合理性和计算的正确性;③根据国家的水价、物价和其他相关以及当地农村经济状况,分类核定农业灌溉水价;④确定执行水价,包括经济作物的水价和粮食作物的水价。如果根据农民的承受能力确定的水价低于成本水价,要制定分步达到成本水价的实施计划和措施,除此之外,还要制定弥补供水损失的措施;⑤委托业务部门正确预测SI DD实施后的水价,在此基础上分析SI DD实施前后农民水费负担的差别。如果实施SI DD后供水单价提高了,但通过工程措施、农艺措施、管理措施等节省了灌溉用水,农民所承担水费的总支出低于或等于SI DD实施前的水费支出水平,这对推行SI DD更加有利。

(2)加强宣传与培训工作。在项目实施前,要对农民群众和基层干部进行SI DD培训,增强农民群众自主管理的意识,提高管理水平。引导农民参与项目的建设和管理,使农民用水户树立起主人翁意识。

(3)精简供水机构设置。减少供水机构的冗余人员,取消重复的机构设置,避免水资源在低效率的传输中不必要的浪费和损失,以及因机构庞大、人员冗余造成的供水成本过高现象。

(4)完善有关法规。修改当前水法规中对取水许可和水资源使用权转让的,从SI DD实践中总结出好的管理和改革经验,并用制度的形式固定下来,使以后农业用水管理工作有法可依。

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(责任编辑:赵琳琳)

(上接第65页)

3　防渗材料的选择

土工合成材料在我国的应用已有20多年的历史。目前,土工合成材料在技术开发、科研生产、设计施工、应用研究上已取得了突破性进展,逐渐形成了功能齐全的系列产品和相应工艺技术。在防渗工程上,应用较多的土工膜及复合土工膜,无论是在物性、水力特性和环境特性上都经过了许多大小工程的考验,应用20多年后取样检测性能优良。因此,鉴于上述成功经验,为开发研究、推广应用土工合成新材料、新技术,通过借鉴以往工程实践经验,结合防渗结构形式,来选定的土工膜与复合土工膜的规格及有关技术性能指标。0150mm厚聚乙烯膜在015MPa下24h不渗水,说明土工膜防渗效果非常理想。考虑到土工膜在制造上的缺陷,以及在运输、贮存、施工中等不可避免的人为损坏,国内外不少研究机构认为土工膜的渗透系数仍可达到10-10～10-12cm/s,能够满足防渗工程的要求。根据以往防渗工程的实践经验和对防渗效果的实际观测结果分析,认为土工膜是非常理想的防渗材料。

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(责任编辑:赵琳琳)

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