岩溶地区水库土坝渗漏治理技术探索
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摘要：岩溶地区土坝常见的病险形式有坝体渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏等，其治理措施和技术工艺复杂多样，本文根据多年从事水库除险加固实践活动中积累的经验，以工程实例分析总结土坝防渗加固处理方法。
关键词：岩溶地区，土坝，防渗，灌浆
Abstract: the main karst area of common forms of the dam seepage path have leakage, so that the leakage around the dam leakage, etc., and its control measures and technical process is complicated, according to many years engaged in the reservoir reinforcement practice problems accumulated experience, with engineering example analysis of the main reinforcement treatment methods.
Keywords: karst region, volumetric, seepage control, grouting
中图分类号： TV641.2文献标识码：A 文章编号
1、岩溶地区土坝地质条件概述
富川瑶族自治县地处广西东北部，贺州市北端，县境四周皆为群山环绕，西面西岭山属都庞岭余脉，从西北绵延至西南；东部属萌渚岭余脉，峰峦起伏；北面为黄沙岭；南面为金子岭和蚊帐岭主峰；中部平原、丘陵交错。全境地貌属丘陵小盆地地形，地质结构属典型的石灰岩溶地区，故决定了其易于筑堤坝，又容易存在渗漏隐患的特性。
2、岩溶地区土坝常见的渗漏病险原因
从我县筑起了70多座中小型水库情况调查发现，施工时对坝基未进行处理或清基不彻底，建坝技术含量低，填土质量不符合要求，导致建坝后形成渗漏隐患。据调查，常见的病险形式有：坝体渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏等，小则影响水库的蓄水效益，大则影响大坝的稳定，是我县水库易出现溃坝险情的主要原因。
3.1治理技术一：基岩帷幕灌浆，坝体及坝基接触带充填灌浆
工程实例：下湾水库除险加固工程
下湾水库建成于1978年4月,至今已运行近26年。水库总库容280万m3，有效库容250万m3，属小㈠型水库，设计灌溉面积0.45万亩。枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道及放水设施等组成。
3.1.1坝区工程地质条件
据实地勘察，在主坝外坡脚发现10个漏水点，在副坝外坡脚及坝后水田一带发现6个漏水点。主坝各漏水点均沿坝基接触带呈线状分布，且坝基的局部地段已形成较畅通的渗水通道，大坝左段坝基S3、S10漏水点及右坝基S13漏水点一带已成为管涌，漏水较严重，漏水量大。副坝漏水点主要分布于坝基接触带附近一带及坝后水田处，呈分散状分布，大坝中段坝基S15漏水点一带已成为管涌，漏水较严重。
3.1.2坝基防渗治理技术
根据地质条件和渗漏部位，坝基防渗设计方案为：基岩部分采用帷幕灌浆，坝体及坝基接触带采用充填灌浆，基岩帷幕灌浆入岩≥5米。通过帷幕灌浆降低坝下游部位地基和坝体的渗透坡降，防止管涌，并降低浸润线，以利坝坡稳定，实现大坝除险加固。
①灌浆布孔
下湾水库主坝坝顶长370米，坝基漏水主要集中在0+000至0+250坝段。左坝端与石灰岩山体衔接，右坝端与土山坡衔接。该水库最大坝高15米，上下游正常水位差14.5米。桩号0-007～0+000（山坡）和0+000～0+063和0+199至0+249坝段采用双排孔布置，孔距2米，帷幕厚度为钻孔间距的0.7～0.8倍，则帷幕厚度为1.4～1.6米。共布钻孔188个，钻孔按CK1、CK2、CK3…CK188编号。
副坝坝顶长200米，坝基漏水主要集中在0+000～0+072坝段。最大坝高12.8米。0+024～0+072采用双排孔布置，孔距2米，排距2米，0+000～0+024和0+072～0+114坝段采用单排孔布置，孔距2米，帷幕厚度为1.4～1.6米。共布钻孔78个，钻孔按CK1、CK2、CK3…CK78编号。
②帷幕深度
参考地质勘察报告，帷幕灌浆深度进入坝基完整岩石5米，充填灌浆进入人工填土坝体5米。该工程大坝基岩凹凸不平，主、副坝各钻孔灌浆深度不一。
检查孔按总灌浆孔数10%计，共计主坝检查孔20个，编号CK’1～CK’20；副坝检查孔8个，编号CK’01～CK’08。检查孔布置在裂隙发育、漏水严重或帷幕灌浆吸浆量大的位置，非均匀分布。
③灌浆压力
为加快施工进度，减少工期，帷幕灌浆采用自下而上的方法。平均孔深约27米，其中土层深0～15米，岩层深22～12米。为保护坝体，土层灌浆压力自下而上P。=2～1Kg/cm2，根据灌浆压力参数参考资料，取h=20m，m=0.25，则：P=P。+ mh=2+0.25×20=7.0 Kg/cm2
设计灌浆压力取7 Kg/cm2，即为设计最大帷幕灌浆压力。帷幕自下而上分段灌浆，每段长不大于5米，每段灌浆压力分别计算确定，土层段允许灌浆压力27 Kg/cm2。
④灌浆材料
帷幕灌浆材料用纯水泥浆、水泥浆配合比采用8:1、5:1、4:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1等9级。在灌浆时遇孔洞、裂隙吸浆量大时、用浓配合比，吸浆量小时用稀配合比。当较长时间吸浆量大时，为节约材料，减小投资，可掺合粘土、砂混合料，同时掺合水玻璃（Na2O.nSiO2），提高凝固速度和强度。水泥粘土配合比，水泥占干料重30~40%，粘土70~60%。
⑤灌浆方法及技术要求
ａ、帷幕灌浆钻管程序：采用分期逐步加密法，分三次序孔进行。
灌浆造孔采用150型钻机垂直造孔，孔径108mm。设计孔深允许偏斜度≤0.2米。
ｂ、冲洗孔：用压力水冲洗，冲洗孔的压力取80%灌浆压力，即0.8×7=5.6 Kg/cm2，取5 Kg/cm2。冲洗孔待回水变清时，再持续30分钟结束。
ｃ、压水试验，洗孔结束后，进行压水试验。压水试验用灌浆设备在灌浆前进行，试验压力P=3 Kg/cm2，当吸水率≤1.5升/分.米时，可不必灌浆，大于1.5升/分.米时，则要进行灌浆处理。
ｄ、灌浆：灌浆采用自下而上分段的方法。当遇到到严重塌孔、溶洞、断层严重漏水带等应及时优先灌注，即亦可以从上到下进行。每段长≤5米。灌浆材料按④条款设定的进行，吸浆量大时，用浓配合比，吸浆量小时，用稀配合比。当灌浆吸浆在设计压力下0.3升/分.米时，再持续30分钟，便可停止灌浆。
ｅ、帷幕效果检验：检验灌浆质量，通过钻检查孔来判断。检查孔重点布置在：一是地质条件复杂、岩层破碎，单位吸浆量大的地段；二是灌浆中出过故障的地段，这种情况必须在施工时灵活掌握。检查孔造孔完毕，清洗后，用3 Kg/cm2水压力进行压水试验，当吸水量ω≤0.3升/分.米时，达到设计要求，ω≥0.3升/分.米时，应再作灌浆处理。
3.2治理技术二：坝体土工膜防渗与坝基帷幕灌浆相结合技术
工程实例：金田水库除险加固工程
3.2.1现状及存在问题
金田水库大坝坝体为均质土坝，坝长为394m,坝顶高程为349.2m,最大坝高18m,水库总库容为962万m3,有效库容626万m3,属小㈠型水库，设计灌溉面积为1.5万亩，坝后电站装机160kw，是一座集防洪、灌溉、养殖、发电效益于一体的水利工程。大坝浸润线抬高,坝外坡局部冒水,没有设置反滤体,外坡脚多处管涌漏水,坝基岩存在漏水通道,绕坝渗漏,渗漏量在50L/s以上。曾于1978-1981年对大坝进行了防渗灌浆处理，由于当时没有进行地质勘探，故灌浆设计方案不合理，灌浆后效果不理想。如不及时进行防渗处理，势必影响大坝的稳定。
3.2.2大坝工程地质
本次设计通过地勘发现大坝两端有孔洞，洞高1m；坝体高程346.2m以下已成软塑或流塑状土体，坝基有溶槽、溶沟较发育，基岩较破碎，漏水较严重，渗漏主要在坝基与填坝土体接触面及基岩下1~2m之间。从地质调查看，目前大坝外坡见有湿润或渗漏现象。据原有资料记载，坝外坡坡脚塌陷漏水，坝右岸外坡管理房处沉陷，坝左岸外坡马道附近漏水，浸润面湿润。经1974年对库区内回填处理及1981年对右坝肩帷幕灌浆，目前坝外坡面未发现漏水，只在坝外坡脚发现少量漏水。
3.2.3坝体及坝基防渗治理技术
金田水库坝体防渗采用土工膜防渗铺盖技术，而坝基防渗同样采用帷幕灌浆的办法来解决坝基接触面及基岩的渗漏问题。因为坝体内外坡较完整，没有出现沉陷坑或塌坑，表明坝体填土质量好、稳定性较好，根据其内坡较平缓的特点，可利用复合土工膜防渗铺盖技术解决坝体的防渗问题；而坝基则通过人工挖孔桩钻孔灌浆，形成防渗幕墙，阻断渗漏通道。
具体做法是：在距坝轴线坝内坡54m,即坝内坡脚设一排人工挖孔桩, 孔径为1.3m,孔壁用C15砼现浇，壁厚0.15m,孔桩挖至基岩面, 孔底用C15砼现浇厚0.5m作灌浆平台,再用机械造孔帷幕灌浆,土孔桩心最后用5%水泥粘土浆灌满，与帷幕共同形成防渗体; 桩顶以上至校核洪水位的坝内坡上用土工膜防渗，其上铺设细土和砂卵石垫层及C10砼现浇护面，即在坝内坡面先铺设一层土工膜,后再铺设细土和砂卵石垫层,厚均各为15cm,最后用厚10cm的C10砼现浇护面, 坝内坡比为1:3。
灌浆布孔、帷幕深度、灌浆材料、灌浆压力设计及施工技术要求可参考下湾水库设计方案，在此不再赘述。
4.治理技术分析比较
同样是土坝防渗加固处理，其治理技术却有所区别，主要是考虑两水库在运行管理中存在问题的不同，下湾水库渗漏主要出现在坝基接触面，坝体多次由于渗漏出现大面积塌陷，可见坝体原填土不够密实，存在渗漏裂隙，故通过从坝顶用充填灌浆的方法，其原理就是利用坝体小主应力面基本沿坝轴线分布这一规律，用灌浆压力沿坝轴线充填坝体，灌入泥浆构造浆体防渗帷幕，解决坝体的渗透稳定问题；同时利用坝体的湿陷固结和浆坝互压，使坝体内部的应力得到改善，解决坝体的变形稳定问题。下湾水库灌浆方案具有防渗可靠性大的优点, 且可在坝顶施工，受洪水和自然条件的影响小，但灌浆施工技术难度较大,坝内坡土体不干燥，投资较大。
金田水库坝内外坡比较平整，没有塌坑和沉陷现象，表明坝体的填土质量相对较好，因此，不宜从坝顶用充填灌浆或劈裂灌浆的方法扰动坝土结构，防止由此而产生新的渗漏裂缝。故选择从坝脚挖人工孔桩钻孔灌浆的方案，幕墙顶以上坝坡则通过土工膜防渗，从坝坡到坝基构筑一道有效的幕墙防渗体，此方案经与下湾水库灌浆的方案比较，可节省投资12%，且具有施工较简单，坝内坡土体较干燥，施工场面容易铺开。但坝面土工膜防渗受坝体的位移及沉陷影响较大, 防渗效果较下湾方案稍差,施工时，需将水库放空至死水位，有可能对次年春灌产生影响，故水下施工时间要安排得紧凑。
5、结语
岩溶地区土坝防渗是一项复杂的技术，不仅需要地质勘探数据资料的支持，还要针对其不同情况加以分析，采取不同的设计方案，方可达到最佳防渗效果。