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土坝特殊渗漏形式的危害及处理

  
评论: 更新日期:2015年11月28日
 
摘要本文通过对土坝渗漏的特殊形式——坝肩山体渗漏的形成原理分析,阐述了坝肩山体渗漏的危害性及其处理的措施,为类似的工程问题提供可供借鉴的处理措施。
关键词土坝   坝肩渗漏   处理措施
 
一、土坝渗漏的类型及其成因
土坝指以土料,或以土料为主,含有适量的砂砾料的材料,经过分层填筑、辗压等方法堆筑成的挡水坝。根据土坝的材料特性,在土坝的运行中均存在着不同程度的渗水,渗水量在一定的范围内是允许的,如规范规定:当土坝的渗透系数小于10-5cm/s时,且坝内的浸润线低于坝后的排水棱体时,被认为是安全的,这是土坝正常的渗水,对土坝安全无危害的。本文所要研究的渗水,是指渗透系数大于容许量,且对土坝安全形成危害的渗水,一般把这种渗水称渗漏,下文所提到的渗漏均指土坝非正常的渗水。
土坝因为其土体颗粒之间的间隙,水库蓄水后在水压力作用下沿间隙发生渗漏,在坝背水坡形成出逸点,如渗漏量较大,坝体土料的细颗粒会被渗漏水带出坝体,形成空隙,随着空隙逐渐扩大,渗流量及渗流系数在不断的加大,在水压力作用下,当空隙发展到一定的阶段后,坝体随着失稳,这是坝体渗漏;由于筑坝时对两岸山体的破碎带、裂隙、软弱夹层等的处理不当或不彻底等原因,在水库蓄水后随着水压力的增大,水体随着裂隙、破碎带、软弱夹层之间渗出,在坝肩或坝脚形成渗漏出逸点,随着时间的推移,水体不断将细颗粒带出坝肩外,形成渗漏通道,将危及坝肩的安全稳定。
根据坝内渗漏通道的部位,土坝渗漏类型可分为:
(1)坝体渗漏。水库蓄水后,库水进入坝体,以整个浸润线以下的坝体作为渗漏通道,参透水在坝下游坡面或坡脚附近逸出。据渗漏通道的分布情况,又可分为坝体分散渗漏和坝体集中渗漏两种。这种渗漏的原因是坝身的填筑密实度不能达到要求,渗透系数较大,可导致坝后坡的滑坡,严重的会导致溃坝。
(2)坝基渗漏。水库水以坝基以下的浅层或深层的透水层作为渗漏通道,在坝脚或坝脚以外的地层的薄弱部位逸出,一般情况可使坝后形成沼泽化,严重情况渗漏由清变浑或冒水翻砂流出。
(3)坝肩渗漏。水库水的渗漏通道位于土坝的两侧坝肩,渗漏通道全部或部分位于土坝两端山体内,渗漏沿着坝肩山体存在着软弱带、破碎带等渗透,在下游坝坡面或离开坝脚的地面逸出。当渗漏通道远离坝肩时,其路径一般较复杂,特别是部分或全部的渗漏水来自于山体自身产水时,这是土坝渗漏的一种特殊形式,对其进行勘察或进行技术处理都比较困难。
二、土坝渗漏的危害分析
土坝的坝身填筑材料、坝基和坝肩都存在一定的透水性,加之施工质量、施工技术等原因,当水库蓄水后,在水压力作用下,库水必然会通过坝身土体、坝基、坝肩土体或岩石的孔隙,或坝体与地基接触面发生渗水,这是符合自然规律的。但是,渗漏水量超过允许范围,或者渗流逸出点太高,下游坡面将出现渗漏散浸等,对坝身安全形成危害,这就是异常渗漏现象了。
不管是哪一种的土坝渗漏,其对土坝造成的危害是基本相同的,主要有:坝坡塌陷、背水坡脚出现牛皮胀或造成滑坡、流土、管涌、坝坡失稳等,严重的会导致土坝溃坝事故发生,给人民的生命财产造成重大损失。
三、坝肩渗漏的处理措施
根据土坝的渗漏原因,不管是属于哪一种类型的渗漏,其工程处理的原则是“对渗漏通道前截后排、延长或截断渗漏通道”。但各个土坝的处理措施是不相同的,工程处理措施需要结合工程的实际情况。一般来说,对土坝渗漏的工程处理措施主要有以下几种方式:
(1)坝前拦挡:又分为面拦挡和点拦挡,面拦挡是在坝上游坡及坡脚线外一定中距离,铺填防渗截水铺盖、设置截水墙,以截断或延长其渗漏通道的入口,但这种方法往往施工难度和投资都较大,且要较大面积的铺设,需要对水库放空至死水位以下施工,效果才明显。
点拦挡是在坝上游挖除坝肩山体的破碎带,重新回填防渗性较好的材料。该方法只能用于破碎带(层)较浅较小,且渗流带分布明确的情况。
(2)坝内拦挡:主要的坝内拦挡工程措施是灌浆。目前对坝体、坝肩的灌浆技术都比较成熟,主要采用的灌浆方法是充填和帷幕灌浆,主要的浆液有水泥浆、水泥粘土浆、粘土浆及灌化学材料等,一般通过灌浆能达到防渗的预期效果。
(3)坝后疏导:在背水坡渗漏通道出口处,设输通排水设施,一般采用排水棱体、贴坡排水等方法降低背水坡的出逸点,特别是与坝体连接处将排水通过反滤层导出,留住坝体土料,加快排水速度。
对于坝肩渗漏来说,由于其渗漏通道一般较为复杂,采用坝前拦挡的办法,很难查清渗漏通道的入口,且可能很分散;采用灌浆的方法,又需要准确知道渗漏通道的立体位置,故最为适用的是采用坝后疏导的措施。工程处理前应找到渗漏通道出口,被坝体覆盖的,也要挖开,然后通过排水管或排水廊道,把渗水引至坝后天然河床中,把渗水作无害处理。
四、工程处理案例
1.瀑布水库及建设概况
瀑布水库是一宗以灌溉、发电为主,兼顾防洪的中型工程。正常蓄水位346m,相应库容3132万m3。水库拦河坝为均质土坝,坝高51m。该水库大坝1970年冬动工,1974年8月竣工,主要施工方式是组织大兵团人力作战,施工方法是人挑肩扛,水中填土的办法填筑。1985年大坝背水坡左侧发生大面积滑坡,当时滑坡弧段高点为高程347.2m,低点为高程326m,滑坡发生后,于当年开始对坝体背水坡进行了加固处理,至1985年底加固工程结束。
2.施工时现滑坡处地质处理
在坝轴线上游侧坝基布置有两道砼隔水墙,在背水坡河床部分设有块石、碎石、河沙构成的反滤棱体,而在左岸后坡的120多米长的山沟不仅没有铺设导渗反滤设施,而且填土时也没有彻底清除湖洋田软基,施工时发现的地下水外冒也没有作导渗处理,给工程留下了隐患。大坝左侧背水坡在库水位仅达342.9m(比正常蓄水位低3.1m,比校核洪水位低5.5m滑坡),发生滑坡,面积达2912m2,滑坡最大深度达8m,总滑动土方达11648m3,滑坡最宽处达60m,约占坝顶长度的三分之一,且在滑坡最深处的原山坡地基发现有泉水外冒。

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