于小梅,吴先敏
(1.泰安市岱岳区彩山水库管理所,山东泰安 271042;2.山东省水利勘测设计院,山东济南 250014)
垂直防渗技术在平原水库建设中的应用
于小梅1,吴先敏2
(1.泰安市岱岳区彩山水库管理所,山东泰安 271042;2.山东省水利勘测设计院,山东济南 250014)
垂直截渗在平原水库建设中主要用于坝基和坝体防渗。结合目前施工技术的发展,对垂直防渗技术的主要优缺点进行分析,为以后水库防渗设计提供参考。
平原水库;垂直防渗;新技术
平原水库的筑坝材料大多数在库区取土,属于散粒体结构,加之坝基主要修建于软土地基或较差的土基上,地质条件较差,如不能采取有效的防渗措施,围坝或坝基渗漏量较大,与山区水库不同,渗漏量是评价平原水库经济性的重要指标。
由于平原水库围坝较长,垂直防渗在平原水库建设中主要用于坝基防渗;垂直防渗主要分为介入式和置换式,介入式主要有深层搅拌法防渗墙、高压喷射灌浆防渗墙、双轮铣削防渗墙;置换式主要有混凝土防渗墙(含塑性混凝土防渗墙和刚性混凝土防渗墙)、垂直铺塑、振动沉模防渗墙等。总体来说,置换式比介入式防渗墙可靠性强,其成墙质量好,价格相应也比较高。
1.1 深层搅拌法防渗墙
深层搅拌法适用于加固黏土、砂土、粉质黏土、含砾直径小于0.05 m的砂砾层、淤泥等土层,当用于泥炭土或土中有机质含量较高、酸碱度较低及地下水有侵蚀性时,应通过实验确定其适用性。目前为止,水泥土搅拌防渗法最深能够达到20 m,深度在8~15 m时其经济性较强,质量较易控制。深层搅拌法主要优点是施工工艺对环境影响较小,无废浆,孔内很少排渣;施工速度较快和成墙价格较低。主要缺点是施工质量不宜控制,尤其是在深层搅拌时容易开叉;成墙易受周围土体材料限制,搅拌时易形成层状结构,影响其防渗的整体性;成墙渗透系数较大,搅拌好的情况下能达到α×10-6cm/s,(1<α<10)。其主要适用于小型的水利工程。
1.2 高压喷射灌浆防渗墙
高压喷射灌浆适用于软土地基、粒径小于5 cm的砂砾层,其主要的优势在于砂砾石地层的处理,施工工艺较简单,但在处理壤土、砂壤土或压实的坝体土时,其影响范围大幅下降,并对原坝体产生一定的破坏,且孔与孔之间结合紧密与否不易检查,其施工质量受现场及人员操作影响较大。
1.3 液压铣削防渗墙(HCSMW)
液压铣削深搅地下连续墙施工工艺(HCSMW)是采用掘进、提升、注浆、供气、铣、削、搅拌一次成墙技术,无需设置施工导墙,基土不出槽并和注入的固化剂混合,共同构成地下连续墙墙体。由铣、削、搅、气、浆的共同作用造成的墙体均匀密实,幅间连接为完全铣削结合,结合面无冷缝且间距大接头少,使用的双轮铣削搅拌地下连续墙钻进效率高,成墙效率单机在20~40 m3/h,其环境影响小,低噪音、低振动,可以贴近建筑物施工,施工场地要求较小,且直接将基土作为墙体的组成部分,弃土和弃浆少,较节能环保。HCSMW工法适用于在淤泥、砂、砾石、卵石及中硬强度的岩石、混凝土中开挖,其适用土层性较强,较传统的置换式防渗墙价格大幅降低。由于目前其动力机械主要在下部,其成墙尺寸也相应较厚,最薄的防渗墙截止到目前为60 cm。
1.4 混凝土防渗墙(塑性混凝土防渗墙)
防渗墙的主要优点是适用范围广,适用于砂土、壤土、粉土及小直径的卵砾石层,在配合冲击钻的情况下,适用于岩石地层和含漂石等土层等;实用性较强,广泛应用于水利水电、工业民用建筑等,其成墙深度可达100 m以上,是目前为止垂直截渗深度最深的方法;安全、可靠,由于其采用置换技术,其墙体防渗性能较为可靠。主要缺点由于其成墙价格较高,施工速度较慢,深度较深时墙体厚度较大。
塑性混凝土防渗墙降低防渗墙的弹性模量、增大防渗墙极限压应变,更加适应防渗墙在土体中的位变,渗透系数一般在α×l0-7cm/s,抗压强度1.0~5.0 MPa,弹性模量300~2 000 MPa,允许坡降为40~80,成墙深度与普通混凝土防渗墙相当,最大已达100 m以上级别。
1.5 垂直铺塑
垂直铺塑的防渗深度受地下水位、土层分布影响较大,其处理深度一般在15 m以内。垂直铺塑由于开槽后回填土不密实,宜引起坝体裂缝。在施工时由于泥浆护壁和土工膜材料重量较轻等因素,易导致土工膜铺设不到底情况,近年来应用逐渐减少。
1.6 振动沉模防渗板墙
振动沉模防渗板墙技术主要用于砂壤土、黏性土、淤泥质土地层建造混凝土连续防渗墙,造墙深度可达25 m左右,厚度为8~25 cm,最厚可达30 cm,不适用于砂层较厚、卵石含量高的地层以及岩石和含有漂石的地层。其主要优点是一次性成墙,成墙连续性较好,厚度均匀、无接缝、无缩墙、无断墙和无纵横向开叉等缺陷;采用振动挤压成槽,墙两侧一定范围内土体被挤密,从而增加有效防渗墙的厚度。主要缺点是其动力机械处于模板上部,利用重锤夯击使模板沉入土层,施工速度较慢且机械在不同土层作业时宜出现故障,影响其施工进度,同时,遇到薄层细砂时模板沉入困难,对地层是适应性较差;地层较密实时,其模板会整体前倾,达不到防渗深度。
山东省平原水库的建设开始于20世纪50年代,在80年代后水库除险加固和平原水库建设中得到广泛应用。目前山东省平原水库的建设地点主要在黄泛区冲击平原,其地层岩性主要第四系全新统冲积、堆积的砂壤土、壤土、粘土、淤泥和粉细砂等。垂直截渗根据水库的地质条件不同,需深入到相对隔水层以减少渗漏量和减小坝后出逸比降。
相对隔水层必须满足3个条件,一是渗透性小,具弱~微透水性;二是厚度较大,否则越流补给量过大,造成渗漏;三是必须连续分布,不能出现渗漏“天窗”。根据黄河冲击平原地层分布情况,完全满足的条件的相对隔水层一般较少,垂直截渗深度可根据渗流有限元分析和相关的工程经验进行判断,一般垂直截渗的底高程一般选择在壤土或粘土范围内,根据壤土或黏土的深度,选择合适的垂直截渗方案。
垂直截渗根据水库相对隔水层的埋深可选择不同的截渗形式,一般在0~15 m范围内可选择垂直铺塑、深层搅拌法防渗墙、振动沉模防渗板墙和液压双轮铣削防渗墙,可达到较为经济实用;防渗深度在15~40 m范围内可选择混凝土防渗墙、液压双轮铣削防渗墙和高压喷射灌浆防渗墙方案;防渗深度40 m以上基本上只有防渗墙方案。
以上水库建设采用的垂直截渗底基本位于壤土、黏土范围内,此层厚度基本在3~5 m深度左右,此层在库区分布连续,满足了相对隔水层的条件,已建成的水库运行效果良好,坝后农田无发生浸没和盐碱化情况。
平原水库建设时间证明,可靠的坝体、坝基防渗不但能够解决水库的渗漏,而且能够有效控制地下水库,不会引起水库周围附近地区产生沼泽化和此生盐碱化,垂直防渗技术作为平原水库的一种主要的防渗形式,在主体工程投资所占比重较大,能够达到主体工程投资的15%~35%,合适的防渗形式对不仅有利于节约工程投资,对发挥工程效益和社会效益具有重要作用。
(责任编辑 迟明春)
TV697
B
1009-6159(2016)-12-0010-02
2016-06-13
于小梅(1981—),女,助理工程师