堤壩滲流分析邱長開福建省將樂縣水利工作站福建三明市353300摘要:堤壩滲流分析與防滲技術(shù)處理是堤壩除險加固的重要。滲透破壞在堤壩工程中非常普遍，要做好滲透破壞的除險加固工作，就要摸清險情，對癥下藥。首先要了解滲透破壞的類型并進(jìn)行成因分析，然后根據(jù)滲流控制原則和具體的工程地質(zhì)條件，選擇經(jīng)濟(jì)合理的除險措施，最后按所選的防滲技術(shù)進(jìn)行精心施工，達(dá)到根除滲透破壞的目的。本文概述了堤壩滲流的危害、理論發(fā)展、主要計(jì)算方法、滲流分析的基礎(chǔ)理論以及具體的防滲加固措施，并對不同的防滲處理方法的利弊作簡要分析探討，最后以莆田市近幾年來水庫土石壩防滲除險加固為實(shí)例，具體分析大壩滲流產(chǎn)生原因和采取防滲措施以及工程處理后的實(shí)際效果，總結(jié)土石壩防滲處理方法選擇的一般性規(guī)律，供后期同類水庫堤壩除險加固參考。關(guān)鍵詞:堤壩;滲流理論;防滲加固措施Abstract: the dam seepage analysis and seepage control technology is an important dykereinforcement. Seepage in dam construction is very common, to do a good job in seepagereinforcement work, will be out of danger, an antidote against the disease. We must first understandthe type of seepage failure and cause analysis, and then according to the principles and specificengineering geological conditions of seepage control, selection of rational treatment, anti-seepagetechnique by the selected carefully construction, seepage failure to eradicate.This paper summarizes the measures for strengthening the basic theory analysis of damseepage hazards, theory development, the main calculation method, seepage and seepage of concrete,and the advantages and disadvantages of different anti-seepage processing method are brieflydiscussed, and finally to Putian city in recent years the reservoir dam anti-seepage reinforcement asan example, the analysis of dam seepage generated the reason and the actual effect of antiseepagemeasure and engineering treatment, summed up the general law of seepage prevention treatmentmethod of choice, for later similar reservoir dam reinforcement reference.Keywords: dam; seepage theory of seepage prevention and reinforcement measures;中圖分類號: 0357. 3文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A文章編號: 2095-2104 (2013)引言:中國煤化工MHCNMH G19只要堤壩的臨水側(cè)和背水側(cè)存在水頭差，堤壩就會產(chǎn)生滲流，滲流分正常滲流和有害滲流，有害滲流產(chǎn)生滲透破壞，據(jù)統(tǒng)計(jì)，由滲透破壞造成的險情約占堤壩險情總數(shù)的60%以上，是堤壩工程中最普遍且難以治愈的心腹之患。關(guān)于堤壩的滲流問題，中國學(xué)者主要集中于滲透破壞模式和土顆粒組成之間的相互關(guān)系。在滲透穩(wěn)定分析中，有限元滲流計(jì)算結(jié)果應(yīng)結(jié)合滲流比降與土體抗?jié)B特性之間的關(guān)系進(jìn)行分析。對于堤壩的滲流控制，應(yīng)遵循“前堵、中截、后排”的原則。在堤壩除險加固工程中，防滲處理方案的選擇，具體取決于防滲技術(shù)的功能性、可實(shí)施性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境和安全性。因此，為了保證堤壩運(yùn)行安全，對堤壩滲流進(jìn)行安全檢測并進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的分析，然后選擇經(jīng)濟(jì)合理的防滲措施尤為重要。1堤壩滲流概述1.1堤壩滲流的危害堤壩以及水庫有部分建造在軟土地基上，尤其是土石壩的筑壩土與壩基土滲透系數(shù)較大，必須進(jìn)行滲流分析和采取正確的防滲措施，否則會造成壩身、壩基滲漏過大，危及工程的安全。滲流產(chǎn)生的危害主要有:①堤壩滲流過大，損失水庫蓄水量。一般來說，水庫壩身、壩基透水性比較強(qiáng)。如果防滲不當(dāng)，堤壩擋水后，由于上、下游水位差的作用，滲水將從上游經(jīng)壩體和壩基的顆?？紫断蛳掠螡B透，應(yīng)有的蓄水量減少，工程效益降低，甚至導(dǎo)致水庫無法蓄水的現(xiàn)象，并引發(fā)水庫周圍土地沼澤化，污染環(huán)境。②浸潤線過高，影響壩體穩(wěn)定。嚴(yán)重的壩身和壩基滲漏，常會導(dǎo)致壩身浸潤線抬高，使下游壩坡出現(xiàn)散浸現(xiàn)象，降低壩體的抗剪強(qiáng)度，甚至造成壩體滑坡。③滲透比降超臨界，產(chǎn)生滲透破壞。在壩身或壩基發(fā)生滲流時，若滲流的滲透坡降大于臨界坡降，將誘使土體發(fā)生管涌、流土、接觸沖刷、接觸流失等滲透變形，甚至產(chǎn)生集中滲漏，導(dǎo)致垮壩失事。1.2 堤壩滲流理論的發(fā)展隨著我國水利水電工程建設(shè)的迅速發(fā)展，水工建筑物的安全性越來越受到重視。而滲流作用對堤壩的影響不容忽視，所以對滲流理論進(jìn)行研究并采取正確的防滲處理措施就顯得越來越重要。滲流是一門與水力學(xué)和巖土力學(xué)有著密切關(guān)系的學(xué)科，隨著近代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，滲流在基本理論試驗(yàn)手段、設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用等方面都得到了極大發(fā)展，逐漸成為一門專門的學(xué)科，已能觖決各種復(fù)雜的工程問題。理論的發(fā)展與研究手.段的進(jìn)步是分不開的，主要表現(xiàn)在兩個方面:滲流研中國煤化工了現(xiàn)代YHCNMHG20電子計(jì)算技術(shù)，發(fā)展了數(shù)值模擬方法;滲流機(jī)理研究的試驗(yàn)手段日益先進(jìn)。滲流理論的研究大致經(jīng)歷了三個大的發(fā)展階段: Daxcy 定律的出現(xiàn)，20 世紀(jì)石油工業(yè)的崛起極大地推動了滲流力學(xué)的發(fā)展;隨著相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，如高性能計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，核磁共振、CT掃描成像以及其它先進(jìn)試驗(yàn)方法用于滲流，又將滲流理論研究大大推進(jìn)了一步;近年來，隨著非線性力學(xué)的發(fā)展，將分叉、混沌以及分形理論用于滲流，其它諸如格氣模型的建立等等，更使?jié)B流力學(xué)的發(fā)展進(jìn)入-一個全新的階段。1.3 堤壩滲流計(jì)算的主要方法堤壩滲流計(jì)算可采用理論解法、數(shù)值解法、流網(wǎng)法。(1)滲流的理論計(jì)算方法。堤壩滲流的理論分析方法有流體力學(xué)法和水力學(xué)法兩類。流體力學(xué)是根據(jù)已知的定解條件，如初始條件和邊界條件，求解滲流的基本微分方程，得到精確的滲流要素(包括流速、比降和滲透壓力)。此法立論嚴(yán)謹(jǐn)，計(jì)算成果精確，但不適用于邊界條件復(fù)雜的實(shí)際工程。水力學(xué)法為--種近似的解析法，其前提條件的基本假設(shè)為滲透系數(shù)K在相同或近似相同的土料中條向同性;壩體內(nèi)部滲流為層流，符合達(dá)西定律V=KJ;壩體內(nèi)部滲流為漸變流，滲流場中任意過水?dāng)嗝娓鼽c(diǎn)的水平流速和比降都是相等。這種方法不能精確求出任一點(diǎn)的水力要素。但其確定的浸潤線、平均流速、平均比降和滲流量滿足(II-V級) 土石壩工程的精度要求。水力學(xué)法的基本思路是把壩內(nèi)滲流區(qū)域劃分為若干段，建立各段水流的運(yùn)動方程式，并根據(jù)滲流的連續(xù)性原理解滲流要素和浸潤線。壩體計(jì)算方法分為不透水地基均質(zhì)壩的滲流計(jì)算、有限深度透水地基土石壩的滲流計(jì)算、沒有截水墻的斜墻壩滲流計(jì)算、沒有水平鋪蓋的斜墻壩滲流計(jì)算、總滲流量計(jì)算。(2)滲流的數(shù)值計(jì)算方法。數(shù)值方法分為有限單元法和差分法兩種。應(yīng)用有限單元法進(jìn)行滲流計(jì)算，首先建立數(shù)學(xué)模型來描述滲流運(yùn)動的數(shù)學(xué)方程式和初始條件、邊界條件，然后將研究的滲流區(qū)域離散化即在空間上分割為有限個小區(qū)域，在時間. 上劃分為若干時段進(jìn)行計(jì)算求解，這樣，未知量(水力要素)隨空間和時間的變化過程就被模擬出來。由于描述流體的控制方程是二階非線性的，精確解只適合于高度簡化的理想情況。在非穩(wěn)定滲流中，滲流自由面隨時間而變化，滲流場的形狀和邊界條件也較復(fù)雜，且不同程度的具有非均質(zhì)各向異性的特點(diǎn)。特別是根據(jù)不同情況改變?nèi)我鈫卧男螤詈痛笮r，有限單元法更能體現(xiàn)出其優(yōu)越性。有限單元法是目前解決復(fù)雜滲流問題的最有效方法，對III級壩和高壩應(yīng)采用數(shù)值法計(jì)算滲流場的要素。中國煤化工YHCNMH G21(3)流網(wǎng)法:在穩(wěn)定滲流的情況下，滲流場中還存在著許多勢能相等的點(diǎn)，把它們連接起來構(gòu)成的曲線，稱為等勢線。滲流場內(nèi)由這兩束線構(gòu)成的網(wǎng)格，稱為流網(wǎng)。用手工繪制流網(wǎng)，利用流網(wǎng)求解平面滲流問題的水力要素，也可用來解決較復(fù)雜的邊界問題。2滲流分析的基礎(chǔ)理論水或其它流體在巖土等孔隙或裂隙介質(zhì)中的流動，可以統(tǒng)稱為滲流，其流動的性質(zhì)取決于作為滲流骨架的巖土性質(zhì)與其流體的性質(zhì)。多孔介質(zhì)中的地下水運(yùn).動，包括兩大類，運(yùn)動特點(diǎn)各不相同，分別滿足于孔隙水和裂隙巖溶水的特點(diǎn)。第一類為地下水在多孔介質(zhì)的孔隙或遍布于介質(zhì)中的裂隙運(yùn)動，具有統(tǒng)一-的流場，運(yùn)動方向基本- -致; 另- -類為地下水沿大裂隙和管道的運(yùn)動，方向沒有規(guī)律，分屬不同的地下水流動系統(tǒng)。2.1達(dá)西定律達(dá)西定律是反映水在巖土孔隙中滲流規(guī)律的實(shí)驗(yàn)定律。地下水在土體孔隙中滲透時，由于滲透阻力的作用，沿程必然伴隨著能量的損失。(1) 達(dá)西定律(1856年)表達(dá)式: Q=KAJ=KA(H-H)/L， V=Q/A=KJ其中:Q_滲 透流量，亦即通過過水?dāng)嗝鍭的流量(m2/d);V_ 滲流速度(cm/s)K_多孔介 質(zhì)的滲透系數(shù)(m/d);A_ 過水?dāng)嗝婷娣e(m2) ;H、H_一上、下游過水?dāng)嗝娴乃^(m) ;L- 滲透途徑(m);水力梯度(J=(H1-H2)/L)，等于兩個計(jì)算斷面之間的水頭差除以滲透途徑，亦即滲透路徑中單位長度上的水頭損失。(2)在實(shí)際的地下水流中，水力坡度往往是各處不同，此時達(dá)西定律的微分形式: V=KJ= -KdH/dn，式中: -dH/dn-- 水力坡度 (水力比降)。Vx=- KdH/dx，Vy=- KdH/dy，Vz=- K dH/dz(3)達(dá)西定律的矢量形式: V =Vxi + Vyj + Vzk(4)適用范圍: Re<1-10 的層流，地下水低速中國煤化工YHCNMH G22.2滲透系數(shù)滲透系數(shù)表示土的滲透強(qiáng)弱的程度，具有速度的單位，它又可以稱為水力傳.導(dǎo)系數(shù)，反映含水介質(zhì)對滲流阻力大小的系數(shù)。常用單位: m/d, cm/s。 滲透系數(shù)與許多因素有關(guān)，如土的種類，土顆粒的級配，土的密實(shí)度，滲透液體的動力粘滯系數(shù)及溫度等。(1)土的種類不同，其滲透系數(shù)不同。粘土為極微透水性，滲透系數(shù)k<10 'cm/s;粘土一粉土為微透水性，滲透系數(shù)10°≤k<10*;粉土一細(xì)粒土質(zhì)砂為弱透水性10°≤k<10*;砂- -砂礫為中等透水性; 10*≤k<10'; 砂礫- -礫石、卵石為強(qiáng)透水性; 10°≤k<10° ;粒徑均勻的巨礫為極強(qiáng)透水性，k≥10°。(2)土顆粒的級配越好，土的密實(shí)度越好，空隙大小越小，其滲透系數(shù)越小。(3)流體的物理性質(zhì)，如容重、粘滯性等對滲透系數(shù)也有--定影響。2.3 滲流的基本方程.根據(jù)滲流的基本表征量，如水頭、水力梯度、滲透流速的大小和方向是否隨時間變化等，可將滲流分為穩(wěn)定滲流和非穩(wěn)定滲流。滲流的基本方程有:滲流運(yùn)動方程，滲流連續(xù)性方程和穩(wěn)定滲流的控制方程。(1) 非線性運(yùn)動方程:①Re>1-10，P. Forchheimer(1901)公式: J=aV+bV2或J=aV+bV" 公式中的a、b由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)，1. 6≤m≤2。②當(dāng)a=0時，有chezy公式: V=KcJ/2③Ward(1964)公式: J=，;V0.55V，式中K=d'/360， 其中d2是顆粒直徑。gvk(2)滲流連續(xù)性方程①定義:由于滲流場中各點(diǎn)的滲流速度大小、方向不同，在各向異性含水介質(zhì)中取一微小立方體，以這個微小立方體的多孔介質(zhì)為均衡體，以△t為均衡時段，建立其質(zhì)量守恒方程，即滲流連續(xù)性方程。②非穩(wěn)定流的滲流連續(xù)方程:[ a(PVx) + a(PV), 0(PV2) ]△xOy△z=0(PnOrOyOz)aOt此式表達(dá)了滲流區(qū)內(nèi)任何一個“局部”所必須滿足的質(zhì)量守恒定律，又稱為質(zhì)量守恒方程。中國煤化工MHCNMH G2:③穩(wěn)定流的滲流連續(xù)性方程: .div(v)=8Vx_ 8Vy. 8Vz=0，此式表明了在同--時間內(nèi)流入單元體的水體積等于0xdy0z流出的水體積，即體積守恒。④連續(xù)性方程是研究地下水運(yùn)動的基本方程，各種研究地下水運(yùn)動的微分方程都根據(jù)連續(xù)性方程和反映質(zhì)量守恒定律的方程建立起來的。3堤 壩防滲措施3.1堤壩防滲加固措施堤壩發(fā)生滲透變形破壞是多種因素共同作用的結(jié)果，主要與土料的性質(zhì)、級配、滲流條件以及防滲排水措施等因素有關(guān)，防滲措施應(yīng)遵循“前堵、中截、后排”的原則。(1)前堵型防滲:就是滲流的上游或源頭采用防滲措施，攔截滲水或延長滲徑，從而減小滲透流速和滲透壓力，降低滲透比降。(2)后排型防滲:就是在滲流的出口段采用排水減壓措施和滲透反濾保護(hù)措施，既為滲透水提供通道，又不帶走土體中的顆粒，切忌在背水坡滲水處用不透水材料進(jìn)行強(qiáng)堵，以免釀成更大險情。(3)中間截型防滲:是指通過建造封閉式的垂直防滲墻，截?cái)酀B透破壞路徑，達(dá)到防滲目的。3.2堤壩質(zhì) 量問題堤壩的質(zhì)量考察主要涉及以下幾個問題:(1)堤壩滲透破壞:水在土體中滲流，水流對顆粒作用形成的作用力稱滲透力。當(dāng)滲透力較大時，就會引起土顆粒的移動，甚至把土顆粒帶出而流失，使土體產(chǎn)生變形和破壞，稱為滲透變形。滲透變形主要分為管涌、流土、接觸沖刷與接觸流失等四種類型，滲透破壞是許多工程失事的原因之- - 。(2)堤壩本身存在裂縫:裂縫是堤壩常見的一種險情。 堤壩裂縫按其出現(xiàn)部位可分為表面裂縫、內(nèi)部裂縫;按其走向可分為橫向裂縫、縱向裂縫、龜紋裂縫;按其成因可分為沉陷裂縫、干縮裂縫、冰凍裂縫、振動裂縫。搶護(hù)措施為開挖回填、充填灌漿等。(3)截滲溝淤積:為攔截滲流而修建的排水溝中國煤化工嚴(yán)重,MHCNM HG2致使?jié)B水無法排出，必須及時清淤。(4)地震液化問題:砂土液化是指飽水的粉細(xì)砂或輕亞粘土在地震力的作用下瞬時失掉強(qiáng)度，由固態(tài)變成液體狀態(tài)的力學(xué)過程。砂土液化主要是在靜力或動力作用下，砂土中孔隙水壓力.上升，抗剪強(qiáng)度或剪切剛度降低并趨于消失所引起的。一次破壞性地震過后，在砂土液化嚴(yán)重區(qū)，地面上建筑物會遭遇到嚴(yán)重?fù)p害,產(chǎn)生沉陷、傾斜、開裂、滑移等現(xiàn)象。(5)堤壩安全監(jiān)測問題:堤壩安全監(jiān)測系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)對堤壩的滲透壓力、滲流浸潤線、繞滲、滲流量、沉降、變形等參量的自動化監(jiān)測，并對觀測資料進(jìn)行整編分析及管理。如果堤壩安全監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)問題，堤壩質(zhì)量問題得不到及時發(fā)現(xiàn)并加以防治，病情進(jìn)一步發(fā)展， 致使堤壩出險。3.3 堤壩防滲加固方案的選擇防滲加固的目的是降低滲流的破壞能力，降低堤壩浸潤線和滲流出口比降以保證堤壩安全。堤壩防滲加固方案進(jìn)行選擇時，不僅要考慮方案的適用性，還要考慮經(jīng)濟(jì)性。堤壩防滲措施主要有上游粘土鋪蓋防滲、鋪設(shè)土工膜、混凝土面板、帷幕灌漿、混凝土防滲墻、高壓噴射灌漿、劈裂灌漿、深層攪拌樁截滲、深層攪拌連續(xù)防滲墻、沖抓套井回填、倒掛井防滲墻、振動沉模防滲墻、造槽防滲墻等方案。(1). 上游粘土鋪蓋。即在壩上游填筑粘土鋪蓋，與壩體防滲體連接，形成整體防滲。鋪蓋的作用是延長滲徑，從而使壩基滲漏損失和滲流坡降減小至容許范圍以內(nèi)。當(dāng)壩基覆蓋層深厚，缺乏采用垂直防滲措施的條件或其造價昂貴難以實(shí)現(xiàn)時，適于采用鋪蓋防滲。鋪蓋防滲造價較低。但若地基的透水性較大，且滲透水頭較高，透水層在壩前分布廣，鋪蓋的防滲效果較差。而且鋪蓋不能像垂直防滲措施那樣可以完全截阻滲流，其防滲效果有一定限度，故多在中小工程中使用，對高壩多和其他防滲措施配合使用。(2)混凝土面板。在壩體的迎水澆筑- -層 - -定厚度混凝土或鋼筋混凝土面板，以達(dá)到防滲和加強(qiáng)壩體穩(wěn)定效果。此方法在堆石壩使用較多，防滲效果明顯。不利的一面是面板必須落在基巖上并結(jié)合基礎(chǔ)帷幕灌漿。由于庫水不易放空，基礎(chǔ)開挖受條件限制，施工困難，該方法選用要結(jié)合施工現(xiàn)實(shí)條件。(3)鋪設(shè)土工膜。土工膜一般分為聚合物和瀝青，還有瀝青與聚合物混合的土工膜。在工程上普遍運(yùn)用的為復(fù)合土工膜材料，其應(yīng)用主要有兩種形式，一是采用插板機(jī)先成槽，然后將防滲膜垂直插入砂礫石地中國煤化工于細(xì)砂、YHCNMHG28中細(xì)砂類地層，深度- -般為6~7m，土工膜只能采用地下搭接的方法;二是鋪設(shè)在砂礫石表層作為水平鋪蓋或斜墻，土工膜可以采用各種方法連接。土工膜防滲適用于均質(zhì)壩和斜墻壩，承受30m以下水頭的可選用非加筋聚合土工膜，鋪膜總厚度0.3~0.6mm;承受30m以上水頭的，宜選用復(fù)合土工膜，膜厚度不小于0. 5mm; .土工膜鋪設(shè)范圍應(yīng)超過滲漏范圍上下左右各2~ 5m。優(yōu)點(diǎn):造價不高，產(chǎn)品規(guī)格化，整體性能好，抗拉強(qiáng)度強(qiáng)，重量輕，運(yùn)輸便捷，工藝要求不高。缺點(diǎn):鋪膜接口質(zhì)量控制困難，施工時膜易被刺破，而且堤:壩底部及周邊弱透水層膜難以鋪到位，防滲效果不太理想。(4)帷幕灌漿。就是采用鉆孔、水泥(或復(fù)合漿)灌漿封堵巖體中的縫隙形成阻水帷幕，以減少滲漏量和降低滲透壓力。其優(yōu)點(diǎn)是既可以處理較深的砂礫石層，也可以處理局部不便于用其它防滲方法施工的地層，還可以作為其它防滲結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)措施。缺點(diǎn)是工藝較復(fù)雜，費(fèi)用偏高，地表需加壓重，否則灌漿質(zhì)量達(dá)不到要求，更主要的問題是對地層的適應(yīng)性差，只適用于可灌性的地層。(5)混凝土防滲墻。適用于壩體和壩基防滲加固。它是指在大壩或基礎(chǔ)用沖擊鉆或抓斗依次造孔，形成完整的孔槽，在槽孔中澆筑混凝土，最后形成一道連續(xù)的混凝土防滲墻體?；炷练罎B墻根據(jù)施工方法的不同分為樁柱式和槽板式兩種成墻方式。缺點(diǎn):施工速度較慢，施工時間較長，造價較高，要求施工技術(shù)力量強(qiáng)。優(yōu)點(diǎn):截流防滲效果好，具有相當(dāng)厚度的混凝土墻的可靠性、耐久性均有保障，施工技術(shù)已經(jīng)成熟。(6)高壓噴射灌漿。高噴灌漿利用鉆機(jī)造孔，將帶有噴頭的灌漿管下至土層的預(yù)定位置，高壓設(shè)備把壓力為20~30MPa左右的高壓射流從噴嘴噴射出來，形成噴射流強(qiáng)制性沖擊破壞土層。當(dāng)能量大、速度高、呈脈動狀態(tài)的射流動壓超過土體強(qiáng)度時，土粒從土體剝落下來后，一部分細(xì)小土粒隨著漿液冒出地面，其余部分與灌入的漿液混合摻攪，并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小有規(guī)律重新排列，形成凝結(jié)體。按高噴方式不同有定噴、擺噴和旋噴。高壓噴射灌漿的主要優(yōu)點(diǎn)是，質(zhì)量比較可靠，機(jī)械設(shè)備簡單，可用至強(qiáng)風(fēng)化巖基，適用性廣。缺點(diǎn)是工藝要求較高，造價較高。(7)沖抓套井回填。它是利用沖抓式打井機(jī)具在土壩滲漏部位造孔，用粘土料分層回填夯實(shí)，形成- -個連續(xù)的防滲墻，同時在夯錘夯擊回填粘土?xí)r，對井壁的土層產(chǎn)生擠壓，使其周圍土體密實(shí)，以提高壩體質(zhì)量，從而起到防滲和加固的目的。優(yōu)點(diǎn):機(jī)械設(shè)備簡單、施工方便、工程量小、中國煤化工用范圍MHCNMHG26受到限制，適用于均質(zhì)壩和寬心墻壩。(8)深層攪拌樁截滲。此截滲技術(shù)是運(yùn)用單頭或多頭小直徑深層攪拌機(jī)在向下攪動過程中，不斷把水泥漿噴入土體，并鉆進(jìn)、攪拌形成水泥土樁，多樁相割搭接形成連續(xù)密實(shí)的水泥土防滲墻，以此達(dá)到堤壩截滲的目的。適用條件:適用于粘土、砂土、粉質(zhì)粘土、含少量粒徑不大于5cm的砂礫層、填土。適用材料:主要采用水泥和水，取材方便，并充分利用原土，節(jié)省材料，對水泥無特殊要求。深層攪拌樁具有工效高、造價低、截滲性能好、無環(huán)境污染、施工不需開槽、不需護(hù)壁、土層中有土體架空或洞穴時也可施工等優(yōu)點(diǎn)。但深攪樁對施工的連續(xù)性要求高，若施工時突然出現(xiàn)斷漿現(xiàn)象，會破壞深攪樁樁體的完整性和連續(xù)性，應(yīng)在斷漿點(diǎn)的位置退回0.5m以上，進(jìn)行重新送漿攪拌，避免造成斷樁等質(zhì)量事故。施工中斷超過20小時，需對新老樁接合部進(jìn)行加樁處理，方法為:在新老樁接合部加樁兩根，軸線左右各加一根。(9)劈裂灌漿。適用于壩體質(zhì)量普遍不好，壩后坡有大面積散浸或多處明漏，問題性質(zhì)和部位不能完全確定的隱患。適應(yīng)于均質(zhì)土及土砂壩基，不適應(yīng)于粗砂及卵礫石壩基。劈裂灌漿通過鉆孔用壓力粘性土泥漿沿壩軸線方向有控制地劈開壩體，灌注泥漿，充填集中漏水通道，并使?jié){壩互壓，最后形成10~50cm厚的連續(xù)整體泥墻，同時泥漿使壩體濕化，產(chǎn)生沉陷，增加壩體的密實(shí)度。優(yōu)點(diǎn):可以就地取材，施工簡便，工期短，投資省，效果顯著。缺點(diǎn):施工時節(jié)受到限制，在雨季及庫水位較高時，不宜進(jìn)行灌漿，施工工藝要求高，難掌握。(10)倒掛井防滲墻。它是利用在壩軸線上游1~2m處，沿軸線分成若干個井組，每個井組有4孔，每個孔互相搭接，井內(nèi)回填混凝土或粘土，構(gòu)成整體防滲墻。優(yōu)點(diǎn):單井施工，利用圓井土拱作用，土壓力小，施工安全度高，同時單井工程量小，相應(yīng)設(shè)備易解決。缺點(diǎn):由于防滲墻接縫多，副井開挖時，要鑿除主井接觸部混凝土表面，以利新老混凝土結(jié)合，施工比較困難，影響進(jìn)度，難以保證質(zhì)量。(11)深層攪拌連續(xù)防滲墻。此方法是運(yùn)用特制的多頭直徑深層攪拌樁機(jī)把水泥漿噴入士體并攪拌形成一道具有防滲效果的水泥土墻。土體中噴入水泥漿經(jīng)攪拌后，水泥和土在固化過程中產(chǎn)生水泥的水解和水化反應(yīng)、離子交換與團(tuán)粒化反應(yīng)、硬凝反應(yīng)和石灰硬化反應(yīng)，從而形成具有--定強(qiáng)度和防滲能力的水泥土。.主要適用于黏土、淤泥、砂土、含少量礫石的砂礫層。優(yōu)點(diǎn):適用地層范圍廣，成墻均勻、連續(xù)性好，不需開槽，施工工效高，工中國煤化工深度較YHCNM HG2小，且在深度較大時鉆孔不易監(jiān)測和控制，墻體下部質(zhì)量難以檢測。(12)振動沉模防滲墻。它是利用強(qiáng)力振動原理將空腹模板沉入土中，向空腹內(nèi)注滿漿液，邊振動邊拔模，漿液留于槽孔中形成單塊板墻，將單板連接起來，形成連續(xù)的防滲墻帷幕。該項(xiàng)技術(shù)主要用于砂、砂性土、粘性土、淤泥質(zhì)土及砂礫石地層建造混凝士連續(xù)防滲墻，造墻深度可達(dá)20m左右，厚度8~25cm，最厚可達(dá)30cm。優(yōu)點(diǎn):技術(shù)先進(jìn)，質(zhì)量可靠，工效高，工程造價低，工藝簡單，易于操作，設(shè)備性能穩(wěn)定，機(jī)械化程度高。缺點(diǎn):對卵石含量高的厚地層沉入困難，不能沉入基巖和大塊石中，造墻深度尚不能超過25m。(13)造槽防滲墻。機(jī)械造槽防滲墻是利用專用的造槽機(jī)械營造槽孔，并在槽孔內(nèi)注滿泥漿，以防孔壁坍塌，最后用導(dǎo)管在注滿泥漿的槽孔中澆注混凝土并置換出泥漿，筑成墻體。機(jī)構(gòu)造槽防滲墻較適用于砂、土和直徑小于10mm的砂礫石層基礎(chǔ)，不適用于基巖和大塊石基礎(chǔ)。優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量可靠經(jīng)久，缺點(diǎn)是機(jī)械化程.度要求較高，造價也偏高。4滲流監(jiān)測及評價4.1堤壩安 全監(jiān)測的概述(1)國際上大壩安全監(jiān)測的發(fā)展大壩安全監(jiān)測是一-門新興的邊緣技術(shù)學(xué)科。20世紀(jì)70年代以前稱為大壩原型觀測，當(dāng)時原型觀測的主要目的是研究大壩的實(shí)際變形、溫度和應(yīng)力狀態(tài)，其重點(diǎn)在于驗(yàn)證設(shè)計(jì)，改進(jìn)壩工理論。伴隨著上世紀(jì)30到70年代世界各國的筑壩高潮，大壩失事的事件時有發(fā)生，大壩觀測由原先主要為設(shè)計(jì)、施工、科研技術(shù)項(xiàng)目的服務(wù)，進(jìn)而發(fā)展成為監(jiān)視大壩的安全運(yùn)行這個關(guān)系到社會公共安全的-一個不容忽視的重要事業(yè)。70 年代以來，各國均致力于大壩監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，各類新型的監(jiān)測儀大量涌現(xiàn)，大壩安全監(jiān)測的理論和方法不斷完善。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，大壩安全監(jiān)測和管理的自動化、現(xiàn)代化也獲得了空前的進(jìn)展。(2)我國大壩安全監(jiān)測的發(fā)展.同國際上大壩監(jiān)測領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程相類似，我國從20世紀(jì)50年代起開始了大壩原型觀測的研究和應(yīng)用，也經(jīng)歷了一個從注重大壩的微觀觀測到關(guān)注宏觀監(jiān)測的發(fā)展過程。國內(nèi)剛開始的大壩觀測工作，正處于國際社會加強(qiáng)大壩性態(tài)研究的高潮時期。我國首先實(shí)施的是內(nèi)部觀測的自動化，先后于1980年和1983年在龔嘴和葛洲壩安裝了大壩內(nèi)部參數(shù)自動采集裝置，其數(shù)據(jù)處理和安全管理功能很中國煤化工MHCNMH G28到1990年國電自動化研究院根據(jù)國家“七五”科技項(xiàng)目的要求，研制成功第.一.套軟硬件齊全的自動化大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，并通過工程的大量應(yīng)用不斷改進(jìn)和完善。90年代中后期，大壩安全監(jiān)測自動化技術(shù)在我國得到了快速的發(fā)展，它標(biāo)志著大壩安全監(jiān)測自動化技術(shù)已成熟，并且有廣闊的應(yīng)用前景。目前采用的大壩.安全自動監(jiān)測系統(tǒng)按采集方式粗略地分為三類:即集中式、分布式和混合式，各自有優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。4.2堤壩滲 流監(jiān)測的內(nèi)容和方法(1)內(nèi)容:滲流安全在堤壩安全中有著十分重要的地位，滲流監(jiān)測是大壩安全監(jiān)測的重要組成部分。滲流監(jiān)測的內(nèi)容概括為:繞壩滲流及地下水位監(jiān)測、浸潤線及孔隙壓力監(jiān)測、揚(yáng)壓力及滲水壓力等。不同的監(jiān)測項(xiàng)目，觀測點(diǎn)的位置和布置不同，監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合工程的實(shí)際情況，合理安排測點(diǎn)的布置。(2)方法:堤壩滲流監(jiān)測的方法包括巡視檢查和儀器監(jiān)測。巡視檢查分為日常巡視檢查、年度巡視檢查和特別巡視檢查三類。儀器監(jiān)測法分為測壓管法、孔隙壓，力計(jì)法、量水堰法、容積法、透明度法等。①測壓管:是觀測滲流的傳統(tǒng)方法，但實(shí)踐證明，由于滯后時間較長，只有在滲透系數(shù)K> 10 ^Lm/s的巖石或土壤中才能獲得較好的效果。觀測測壓管中水位或水壓力方法有:電測水位器、測響錘、示數(shù)水位器、壓氣U形管、遙測水位儀、壓力表、壓差計(jì)等。②孔隙壓力計(jì):適用于各種滲流水位、水壓力以及孔隙水壓力的觀測。一般沒有滯后現(xiàn)象，能反映測點(diǎn)的實(shí)際情況下，土壩或混凝土壩采用都很適宜。分為差動電阻式、鋼弦式、充氣式等三種形式。③量水堰:一 般是觀測堰上水頭然后換算成滲流量。觀測方式有:水尺法、遙測法。④容積法:一種是利用干、濕棉絮的重量差和浸濕時間可求出滲流量。另-種是容器截水法:利用容器集水并記錄時間求算流量，要求集水時間不得小于10少。⑤透明度法:先制作-塊5號漢語拼音鉛字底板，置于透明度管底下4cm處，將水樣搖勻后注入管內(nèi);從管口通過水樣觀看鉛印字體，如看不清即打開閥門放水，直至看清字樣為止;從管壁刻度讀出水柱高度，即為滲水透明度，大于30cm為清水，愈小說明愈渾濁，應(yīng)固定專人操作。每次觀測要在同等光亮下進(jìn)行，但應(yīng)避免陽光照射字板，上述觀測應(yīng)重復(fù)兩次， 差值不中國煤化工YHCNMH G294.3監(jiān)測資料整編分析監(jiān)測資料應(yīng)及時進(jìn)行整編分析，以便通過監(jiān)測資料及時了解大壩的性狀，為大壩滲流安全評價提供基本資料。進(jìn)行資料整理時，-.般要繪制以下幾種曲線:過程線、相關(guān)線、分布圖等。5小王水庫堤壩滲流與防滲技術(shù)分析5.1小王水庫概況將樂縣小王水庫位于將樂縣池湖溪上游的小王溪支流，工程所在地系將樂縣小王村，由大壩、溢洪道、電站和左右干渠組成。該水庫于1976年開工建設(shè), 1985 .年竣工驗(yàn)收，是一-座以灌溉、防洪、發(fā)電、供水等綜合利用的重要中型水庫。小王水庫控制流域面積39.7平方公里，河道長10. 7km，河道平均坡降22%，庫區(qū)正常水位278. 35米時，庫容量為1360 萬立方米，主壩長216米，寬6.0米，最大壩高29. 4米，壩頂高程280. 4米(羅零高程)，小王灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積0. 97萬畝，樞紐工程由攔河壩、放水系統(tǒng)、溢洪道等組成，攔河壩壩型為粘土心墻壩。水庫建成后發(fā)現(xiàn)主壩左岸嚴(yán)重漏水，隨之進(jìn)行處理，除堵塞的白蟻洞已停止漏水外，其他漏水現(xiàn)象未徹底根治，1990 年后又對主壩左岸樁號0+060到0+145范圍做灌漿處理，處理后，漏水量明顯減少，數(shù)年后有所增加，水庫處于帶病運(yùn)行狀5.2問題產(chǎn)生 原因主壩存在三處漏水，影響壩體安全。第一 -處， 位于左岸壩端;第二處，位于右岸壩段0+110~0+145，長約35m，沿?cái)鄬訋Ш推扑榈膸r脈滲漏是其漏水的主要途徑;第三處，位于主河床段，樁號為0+060~0+118，壩基節(jié)理密集帶和破碎的巖脈以及壩內(nèi)涵管的伸縮縫為主要漏水途徑。5.3問題 解決措施工程運(yùn)行20余年，主壩滲水問題多次進(jìn)行處理,但始終得不到徹底解決,2008年12月對該水庫投入1049萬元進(jìn)行除險加固處理，針對主壩滲漏原因復(fù)雜性,.對壩體及壩基防滲提出二個方案進(jìn)行比較選擇。第一方案: 灌漿方案;第二方案:土工膜防滲結(jié)合壩基帷幕灌漿處理。從直接費(fèi)投資上作比較，第一方案比第二方案節(jié)約186萬元;從工期和合理性上比較，第- -方案可以在水庫不放空情況下施工，且施工期短，第二方案必須放空水庫，水庫將無法供水灌溉，施工時也無法導(dǎo)流。通過方案比較，最后選擇第一方案灌漿 處理為主壩除險加固方案。根據(jù)小王水庫大壩漏水原因分析及物探結(jié)論,中國煤化工能產(chǎn)生YHCNMHG3干縮等原因，從樁號0+030~0+108、0+115~0+185 在壩頂布設(shè)二排灌漿孔，其余壩段在壩頂布設(shè)- -排灌漿孔。 雙排孔排距2.5m，孔距3.0m，一-排孔孔距 3.0m,第- -排孔距防浪墻內(nèi)邊緣1. 2m，第二排孔距第- -排孔 2. 5m。全壩段共布設(shè)188 孔，孔底深入相對隔水層5~8m，每孔深度為8.5~37.5m，灌漿鉆孔共4652m,其中鉆.進(jìn)基礎(chǔ)為1445m，2010 年工程竣工決算790萬元。5.4工程經(jīng)濟(jì)效益小王水庫除險加固工程完成后可提高大壩安全系數(shù)，使水庫提高到正常蓄水位運(yùn)行，每年可多蓄水量200多萬m'，為水庫增加直接經(jīng)濟(jì)效益約30萬元。并能更有效地保護(hù)大壩下游近1萬多人民生命財(cái)產(chǎn)安全，具有顯著的社會效益。結(jié)論與展望隨著我國水利水電建設(shè)的快速發(fā)展，眾多的堤壩建設(shè)被提上了日程，滲流和滲透控制是堤壩工程的一項(xiàng)極其重要課題，直接關(guān)系到工程的安全和投資。同時，做好堤壩滲流監(jiān)測，進(jìn)行滲流分析，合理選擇堤壩防滲處理方案是堤壩除險加固的重中之重。總結(jié)我市近年來的水庫除險加固工程經(jīng)驗(yàn)，提出以下幾點(diǎn)建議僅供參考。(1)分析利弊，擇優(yōu)選擇防滲方案。不同的方案在資金、防滲效果、技術(shù)條件、施工條件等方面各有利弊，必須深入分析，認(rèn)真比較，才能揚(yáng)長避短，合理選擇。(2) 結(jié)合壩體和壩基實(shí)際情況選擇。在方案設(shè)計(jì)和審查、審批過程中，要按不同類型的水庫大壩、不同性質(zhì)的病險情況，區(qū)別對待，對癥下藥，才能收到好的效果。(3) 注重安全監(jiān)測，加強(qiáng)工程管理。無論采用何種工程防滲措施，雖能收到一定的效果，但并非一勞 永逸，因此，堤壩除險加固后，仍要加強(qiáng)堤壩安全檢測，加強(qiáng)工程運(yùn)行管理，確保堤壩正常運(yùn)行。參考文獻(xiàn)[1]王英華，陳曉東，葉興.水工建筑物.北京:中國水利水電出版社，2004 (2009重印).[2]關(guān)錦榮.土壩下游浸潤線逸出點(diǎn)上移的危害及除險加固對策.福州:水利科技，2009,(4) .[3]肖長來.滲流理論基礎(chǔ).吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，2006-3.[4]邱集照.小型水庫土石壩防滲處理方案選擇.福州:中國煤化工MYHCNMH G3作者簡介:邱長開(1966-)， 男，福建省將樂縣人，工程師，從事水利工程工作。中國煤化工YHCNMH G32