堤坝防渗加固技术研究

摘要:堤坝安全监测是保证大坝安全运行的重要技术之一,本文简述了几种常用的堤坝隐患探测技术,并结合堤坝潜在的隐患和现场的工况条件,对实际常用的防渗加固措施进行了介绍。

关键词:土石坝 探测 防渗加固 措施

我国幅员辽阔,河流众多,在众多水利事故中,由土石坝渗透引起的破坏就占到了35.7%。旧时代下修建的堤坝,因技术、设备等条件的落后,运行多年后已产生各种隐患,而且沿江河流域的城市一般人口较多,经济也较为发达,一旦发生垮坝事件,将会造成难于预计的灾难。

在我国,土石坝因结构简单、抗震性能好、造价低,且对自然条件的适应性强、施工简单等优点被广泛采用。所以在土石坝的设计与施工中,加大对高质量的检测技术和防渗加固措施的投入研究是意义重大的[1]。

1 堤坝安全探测

1.1 面波勘探

该技术是一种新的浅层地震勘探方法,原理是利用冲击震源激发地震波,多通道采集地震动数据,运用分析软件提取面波频散特性来分析堤坝的结构和物性。面波法因其抗干扰能力强、衰减小,在层状介质中还具有的频散特性等特点,在众多领域已得到广泛的应用。20世纪90年代,我国已利用瑞利面波技术进行了大量的堤坝工程质量检测[2]。王书增等[3]

用该法在某些地区进行了对土石坝滑坡及坝体质量的探测。

1.2 电磁法

该法是利用不同位置和深度的地层对一次磁场变化产生涡流强度的不同来探测地质异常。房纯刚等[4]成功研制堤坝渗漏探测仪,该仪器不仅可用于土石坝的渗漏隐患探测,还能定位渗透漏通道。该系统进行的隐患探测曾在洪水期得到成功验证。

1.3 高密度电阻率法

该方法以不同岩土的导电性差异为基础,研究在施加一定电场后地层传导电流变化的分布规律。勘探精度高,数据可靠,可获得丰富的地质信息。堤坝裂缝、不均匀体、洞穴、软弱层等在探测结果上有直观的反映,是堤坝安全监测常用的方法。

堤坝的安全评估着眼于整座大坝,通过实地探测加以分析,确定各种不利的影响因子,再结合实测数据,对大坝安全性状做出综合分析,具有非常重大的意义[5]。

2 堤坝渗流研究现状

堤坝防渗加固效果分析的研究并不是很多,目前主要研究方式有理论分析法、试验分析法和资料观测分析法。理论分析一般将土石坝简化成均质土坝来进行大概的计算,但因为实际现场的地质很少是均质状态,故该方法在难以获得真实的数据,和实际有一定的偏差。虽然这种试验性的分析有一定的误差,但是在工程设计及验证方面还是有较大的积极意义,也是使用软件模型不能代替的。现实采集的观测资料也是十分重要的,因为许多灾害发生前渗流量等一些参数都会发生突变,实测数据是水利工程效果好坏最直观的判断依据。

3 堤坝防渗加固一些常用措施

堤坝防渗可以使用修筑防渗墙或灌浆来防止渗透,降低坝体浸润线或提高土体强度,降低堤坝的破坏。土石坝工程有着复杂和难以预料性等特点,加上各种防渗处理都有其适用范围、优缺点和局限性,因此,在施工前应通过前期试验考察方案的可行性和合理性,并能够为设计和施工提供较为合理的工程参数,降低工程费用[6]。

3.1 混凝土防渗墙

混凝土防渗是利用造槽机械设备营造孔,在孔内注入泥浆,然后在注满泥浆的孔中浇筑混凝土置换出泥浆,筑成墙体。这种技术的施工工艺已经比较成熟,且截渗效果好,施工质量易于控制等优点。但施工速度慢,造价高,由于平原地带堤坝线长,工程投资比较大,不利于推广。

3.2 高压喷射灌浆防渗

高压喷射注浆法是在土层的预定位置处通过带有喷嘴的注浆管用高压设备将浆液高压喷射出来,冲击破坏岩土发生剥离,一部分细小的颗粒随浆液冒出地面,其余岩土粒在喷射流的冲击力、重力和离心力的作用下,与浆液混合并按某个比例重新组合凝固形成固结体。高压喷射注浆法适用于残积层、第四纪冲积层及人工填土层等,对软土、砂类土、粘性土、黄土和淤泥等都能进行加固,但对含大量纤维质的腐植土层、大块砾石、地下水流速较大的工程效果稍差。高压喷射注浆法除可以工程中土层的加固防水外,还可以用于强化地基。

3.3 振动沉模板墙防渗

振动沉模板墙防渗技术主要适用于砂性土、粘性土、淤泥质土及砂卵石等地层,成墙深度一般为20m,成墙厚度在20cm左右。施工时需要将模板打入地层,对于坚硬的地层,可能会增加施工难度。另外施工过程中强烈的振动也可能会对坝体产生一定的负面影响

3.4 劈裂灌浆加固

在我国劈裂灌浆技术主要用于低坝,目前的实践经验已经证明,压力劈裂坝体灌浆是可行的,与传统的充填式灌浆法相比,具有施工速度快,灌浆质量好等优点。经过多年的研究,我国科学工作者也做了大量的研究工作,并取得了一定的成果。该项技术现在已经比较成熟,能适用于心墙坝或均质坝,以及存在裂缝、漏水、下游坡泪湿,存在渗透变形的坝体。若坝体存在滑坡裂缝,就不能采用该技术,并且对斜墙坝石坝和面板堆也不宜采用。

4 结语

堤坝工程隐患是极其复杂的,为了能有效防止水利工程事故的发生,必须用科学的技术手段对堤坝隐患进行探测和分析,并根据现场条件选择合理的防渗加固方案,针对性除险加固并检验效果。

参考文献

[1] 麻永荣.土石坝风险分析方法及应用[M].北京:科学出版社,2004.

[2] 肖柏勋,李长征.瑞雷面波勘探技术研究述评[J].工程地球物理学报,2004,1(1):38～47.

[3] 王书增,谭春,陈刚等.面波法在堤坝隐患探查中的应用[J].地球物理学进展, 2005,20(1):262～266.

[4] 房纯纲,葛怀光,鲁英等.瞬变电磁法探测堤防隐患及渗漏[J].大坝观测与土工测试,2001,25(4):30～32.

[5] 李雷,张国栋.我国堤坝隐患探测技术及面临的问题与建议[J].水利水运工程学报,2009(4):91～97.

[6] 刘洪辉,朱尊亮,刘祥高.均质土坝除险加固防渗设计研究[J].水利与建筑工程学报,2003,1(1):18～21.