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【摘要】本文通過對土壩滲漏的特殊形式——壩肩山體滲漏的形成原理分析,闡述了壩肩山體滲漏的危害性及其處理的措施,為類似的工程問題提供可供借鑒的處理措施。
【關鍵詞】土壩?? 壩肩滲漏?? 處理措施
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一、土壩滲漏的類型及其成因
土壩指以土料,或以土料為主,含有適量的砂礫料的材料,經(jīng)過分層填筑、輾壓等方法堆筑成的擋水壩。根據(jù)土壩的材料特性,在土壩的運行中均存在著不同程度的滲水,滲水量在一定的范圍內(nèi)是允許的,如規(guī)范規(guī)定:當土壩的滲透系數(shù)小于10-5cm/s時,且壩內(nèi)的浸潤線低于壩后的排水棱體時,被認為是安全的,這是土壩正常的滲水,對土壩安全無危害的。本文所要研究的滲水,是指滲透系數(shù)大于容許量,且對土壩安全形成危害的滲水,一般把這種滲水稱滲漏,下文所提到的滲漏均指土壩非正常的滲水。
土壩因為其土體顆粒之間的間隙,水庫蓄水后在水壓力作用下沿間隙發(fā)生滲漏,在壩背水坡形成出逸點,如滲漏量較大,壩體土料的細顆粒會被滲漏水帶出壩體,形成空隙,隨著空隙逐漸擴大,滲流量及滲流系數(shù)在不斷的加大,在水壓力作用下,當空隙發(fā)展到一定的階段后,壩體隨著失穩(wěn),這是壩體滲漏;由于筑壩時對兩岸山體的破碎帶、裂隙、軟弱夾層等的處理不當或不徹底等原因,在水庫蓄水后隨著水壓力的增大,水體隨著裂隙、破碎帶、軟弱夾層之間滲出,在壩肩或壩腳形成滲漏出逸點,隨著時間的推移,水體不斷將細顆粒帶出壩肩外,形成滲漏通道,將危及壩肩的安全穩(wěn)定。
根據(jù)壩內(nèi)滲漏通道的部位,土壩滲漏類型可分為:
(1)壩體滲漏。水庫蓄水后,庫水進入壩體,以整個浸潤線以下的壩體作為滲漏通道,參透水在壩下游坡面或坡腳附近逸出。據(jù)滲漏通道的分布情況,又可分為壩體分散滲漏和壩體集中滲漏兩種。這種滲漏的原因是壩身的填筑密實度不能達到要求,滲透系數(shù)較大,可導致壩后坡的滑坡,嚴重的會導致潰壩。
(2)壩基滲漏。水庫水以壩基以下的淺層或深層的透水層作為滲漏通道,在壩腳或壩腳以外的地層的薄弱部位逸出,一般情況可使壩后形成沼澤化,嚴重情況滲漏由清變渾或冒水翻砂流出。
(3)壩肩滲漏。水庫水的滲漏通道位于土壩的兩側壩肩,滲漏通道全部或部分位于土壩兩端山體內(nèi),滲漏沿著壩肩山體存在著軟弱帶、破碎帶等滲透,在下游壩坡面或離開壩腳的地面逸出。當滲漏通道遠離壩肩時,其路徑一般較復雜,特別是部分或全部的滲漏水來自于山體自身產(chǎn)水時,這是土壩滲漏的一種特殊形式,對其進行勘察或進行技術處理都比較困難。
二、土壩滲漏的危害分析
土壩的壩身填筑材料、壩基和壩肩都存在一定的透水性,加之施工質(zhì)量、施工技術等原因,當水庫蓄水后,在水壓力作用下,庫水必然會通過壩身土體、壩基、壩肩土體或巖石的孔隙,或壩體與地基接觸面發(fā)生滲水,這是符合自然規(guī)律的。但是,滲漏水量超過允許范圍,或者滲流逸出點太高,下游坡面將出現(xiàn)滲漏散浸等,對壩身安全形成危害,這就是異常滲漏現(xiàn)象了。
不管是哪一種的土壩滲漏,其對土壩造成的危害是基本相同的,主要有:壩坡塌陷、背水坡腳出現(xiàn)牛皮脹或造成滑坡、流土、管涌、壩坡失穩(wěn)等,嚴重的會導致土壩潰壩事故發(fā)生,給人民的生命財產(chǎn)造成重大損失。
三、壩肩滲漏的處理措施
根據(jù)土壩的滲漏原因,不管是屬于哪一種類型的滲漏,其工程處理的原則是“對滲漏通道前截后排、延長或截斷滲漏通道”。但各個土壩的處理措施是不相同的,工程處理措施需要結合工程的實際情況。一般來說,對土壩滲漏的工程處理措施主要有以下幾種方式:
(1)壩前攔擋:又分為面攔擋和點攔擋,面攔擋是在壩上游坡及坡腳線外一定中距離,鋪填防滲截水鋪蓋、設置截水墻,以截斷或延長其滲漏通道的入口,但這種方法往往施工難度和投資都較大,且要較大面積的鋪設,需要對水庫放空至死水位以下施工,效果才明顯。
點攔擋是在壩上游挖除壩肩山體的破碎帶,重新回填防滲性較好的材料。該方法只能用于破碎帶(層)較淺較小,且滲流帶分布明確的情況。
(2)壩內(nèi)攔擋:主要的壩內(nèi)攔擋工程措施是灌漿。目前對壩體、壩肩的灌漿技術都比較成熟,主要采用的灌漿方法是充填和帷幕灌漿,主要的漿液有水泥漿、水泥粘土漿、粘土漿及灌化學材料等,一般通過灌漿能達到防滲的預期效果。
(3)壩后疏導:在背水坡滲漏通道出口處,設輸通排水設施,一般采用排水棱體、貼坡排水等方法降低背水坡的出逸點,特別是與壩體連接處將排水通過反濾層導出,留住壩體土料,加快排水速度。
對于壩肩滲漏來說,由于其滲漏通道一般較為復雜,采用壩前攔擋的辦法,很難查清滲漏通道的入口,且可能很分散;采用灌漿的方法,又需要準確知道滲漏通道的立體位置,故最為適用的是采用壩后疏導的措施。工程處理前應找到滲漏通道出口,被壩體覆蓋的,也要挖開,然后通過排水管或排水廊道,把滲水引至壩后天然河床中,把滲水作無害處理。
四、工程處理案例
1.瀑布水庫及建設概況
瀑布水庫是一宗以灌溉、發(fā)電為主,兼顧防洪的中型工程。正常蓄水位346m,相應庫容3132萬m3。水庫攔河壩為均質(zhì)土壩,壩高51m。該水庫大壩1970年冬動工,1974年8月竣工,主要施工方式是組織大兵團人力作戰(zhàn),施工方法是人挑肩扛,水中填土的辦法填筑。1985年大壩背水坡左側發(fā)生大面積滑坡,當時滑坡弧段高點為高程347.2m,低點為高程326m,滑坡發(fā)生后,于當年開始對壩體背水坡進行了加固處理,至1985年底加固工程結束。
2.施工時現(xiàn)滑坡處地質(zhì)處理
在壩軸線上游側壩基布置有兩道砼隔水墻,在背水坡河床部分設有塊石、碎石、河沙構成的反濾棱體,而在左岸后坡的120多米長的山溝不僅沒有鋪設導滲反濾設施,而且填土時也沒有徹底清除湖洋田軟基,施工時發(fā)現(xiàn)的地下水外冒也沒有作導滲處理,給工程留下了隱患。大壩左側背水坡在庫水位僅達342.9m(比正常蓄水位低3.1m,比校核洪水位低5.5m滑坡),發(fā)生滑坡,面積達2912m
2,滑坡最大深度達8m,總滑動土方達11648m
3,滑坡最寬處達60m,約占壩頂長度的三分之一,且在滑坡最深處的原山坡地基發(fā)現(xiàn)有泉水外冒。