浅谈病险水库的防渗及除险加固处理与研究

[摘 要] 本文论述了病险水库的防渗及除险加固处理。

[关键词] 成因；防渗

我国的水库为数众多，分布的区域广、坝型多样。这些水库在为人民 生活用水和工业用水提供水源的同时，也为防御洪水灾害发挥了重要作 用。然而，由于各种原因，许多水库都不同程度地存在一些病险问题，这些病险问题成因各不相同，但都会造成水库不能正常运行，不能充分发挥 其效益，而且严重威胁到下游人民生命财产的安全。这些病险水库及需抓紧除险加固处理。

1.水库堤坝破坏的类型及成因

坝体的病害一般表现在渗透破坏和变形破坏。坝基下的渗透水流，使岩土体中的某些颗粒移动或颗粒成分、结构发生改变的现象称为渗透变形或渗透破坏。变形破坏是由于渗流作用下，抗剪强度降低，某些部位产生不均匀变形、裂缝、下滑、产生变形，分为滑坡、崩岸几种形式。水库堤防渗透通常是指水体向围护区（库盆、堤防保护区），以外渗流而产生水量漏失的现象。如其渗漏量较大，将显著降低水库效益；降低软弱结构面强度，使某些岩土或断裂带充填物产生渗透变形；造成相邻低谷、洼地或坝基扬压力增加；下游地下水位抬升、建筑物地基浸没、失稳；渗透变形对土石坝稳定影响极大，据美国发表的资料，在破坏的土石坝中，有40%是由于坝基或坝体土的渗透变形所造成。我国对有问题的土石坝的调查发现其中由渗透变形所引起者竟达60%。此外防洪堤和边坡的塌滑，岩溶区覆盖土层中洞穴和地表塌陷的形成，供水井、坝基排水孔和减压井的淤塞，开挖基坑和地下工程中遇到的流砂，断层破碎带、软弱夹层、裂隙和洞穴中松散物质的带出等都是由渗透变形引起的。从渗透破坏发生的机理角度，可以将渗透破坏分为四种类型：流土、管涌、接触冲刷、接触流土。

2.采用灌浆法对库坝进行防渗

灌浆法，是水利建设领域普遍使用的一类处理方法，且效果显著。其 实质是用气压、液压或电化学原理，把某些能固化的浆液注入各种介质的 裂缝或孔隙，以改善地基的物理力学性质。

2.1.灌浆法的分类

灌浆工艺所依据的理论主要可归纳为下列四类：

第一类是渗人性灌浆。在灌浆压力作用下，浆液克服各种阻力而渗入 各种孔隙或裂隙，压力越大，吸浆量及浆液扩散范围就越大。这种理论假 定，在灌浆过程中地层结构不受扰动和破坏，所用的灌浆压力相对较小。

第二类是劈裂灌浆。在灌浆压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石或土体结构的破坏和扰动，使地层中原有的孔隙或裂隙扩张，或形成新的裂隙或孔隙，从而使底透水性地层的可灌性和浆液扩散距离增大。这种灌浆法所用的灌浆压力相对较高。

第三类是压密灌浆。通过钻孔向土层中压人浓浆，随着土体的压密和浆液的挤入，将在压浆点周围形成灯泡形空间，并因浆液的挤压作用而产生辐射状上抬力，从而改变并重新排列地层土体的结构。

第四类是电动化学灌浆。当在粘性土中插入金属电极并通以支流电 后，就在土中引起电渗、电泳和离子交换等作用，促使在通电区域中的含 水量显著降低，从而在土内形成渗浆“通道”。若在通电的同时向土中灌注硅酸盐水泥浆液，就能在“通道”上形成硅胶，并与土粒胶结成具有一定力学强度的加固体。

根据采用不同的灌浆方法及相应的灌浆材料，灌浆法可应用于砂及砂砾石地基，湿陷性黄土地基，粘性土地基等。

2.2.对劈裂帷幕灌浆技术的分析

下面以劈裂帷幕灌浆技术为例，对灌浆法防渗作以介绍。

1）劈裂帷幕灌浆技术的应用机理

劈裂帷幕灌浆技术适用于土坝、土堤、坝体及均质坝或心墙坝，存在 裂缝、下游坡泅湿、漏水，存在渗漏变形（流土、管涌和不同介质结合面形成冲刷）的坝体，均可用劈裂帷幕灌浆法处理；若坝体存在滑坡裂缝，则不应采用此项技术。

灌浆机理：劈裂帷幕灌浆是运用坝体应力分布规律，用一定的灌浆压力，将坝体沿轴线方向劈裂，同时灌注合适的泥浆，形成铅直连续的防渗帷幕，堵塞与劈裂缝连通的洞穴、裂缝或切断软弱层，以提高坝体的防渗能力；同时，通过浆坝互压和湿陷使坝体内部应力得到调整，提高坝体变形稳定性。

水力劈裂原理：所谓水力劈裂就是在水压力下，使原物体产生裂缝或使原有裂缝扩大的过程。水力劈裂对土坝坝体灌浆施工是必须的。利用水力劈裂原理，在坝轴线附近沿小主应力面布置灌浆孔，泥浆就容易沿这个平面将坝体劈开。

2）劈裂帷幕灌浆技术的施工工艺

施工工艺有四步，第一步是布孔。在坝顶中心线布设一道劈裂灌浆孔，按两序施工；第二步是钻孔。控制孔斜率等钻孔各项参数，钻孔过程中，详细记录岩性、缩孔、漏浆等情况；第三步是制浆、土料要求：土粘粒含量为20%—30%。粉粒含量为50%左右，其余为砂粒。浆液容重控制在14—16Kn/m3之间；第四步是灌浆。采用常规的孔底注浆、全孔灌注、少灌多复、循序渐进的施工工艺，使其尽量少出现异常。其特点是：注浆管下人孑L底，孔内泥浆由孔底返向全孔，坝体内小主应力最小的部位首先被劈裂，然后裂缝随浆液逐渐扩展。为了防止孔口冒浆，增大灌浆压力，在灌浆之前以最优含水量的土料作为阻浆塞，保证坝体被顺利劈开。

3）灌浆期间特殊情况处理

出现裂缝的处理：出现纵向裂缝。灌浆期间，为了避免劈裂缝过早地延伸到坝面，可采钻孔内下护壁管或设阻浆塞的办法处理。在两侧形成的一些细小的不连续的纵向裂缝，它们的形成多因土体张拉产生的。这

些裂缝一般深1～3m，窄缝可自动闭合，宽缝可采用自重灌浆处理；出现横向裂缝。灌浆期间，在岸坡段和坝基突起处，常出现横向裂缝，横缝一般都不太深，但横向裂缝一般贯通坝体上、下游。对于与灌浆孔相通的横向裂缝，灌浆时要适当地加大灌浆压力，使坝体状态得到调整，同时使缝内充填泥浆。

冒浆的处理。灌浆期间，坝体冒浆的部位在坝坡（均质坝）、坝顶、孔口和放水洞内冒浆部位原因和程度不同，处理措施也应不同。坝坡出现冒浆的原因较为复杂，一般是轻微冒浆。由于坝体内可能存在裂缝、洞穴、水平疏松层，在灌浆压力下，冒多在坝高的2/3以上部位发生。如在上游坡冒浆，因有护坡石，可用浓浆，采用灌——停——灌的间歇性灌浆方法进行处理：如在下游坡冒浆、可做阻浆盖，也可在冒浆出口处压砂做反滤层。有的土坝在坝坡底部发生严重冒浆，说明坝体内有与灌浆孔相连的大通道，这种情况多出现在松散坝体。处理方法：一是封堵冒浆通道；二是控制灌浆量或灌入稠浆来防止冒浆，或采用灌——停——灌的方法，间隔时间适当延长；若因灌浆压力大导致水下冒浆，应立即降低灌浆压力；若孔口并无压力而冒浆，说明原有裂缝、洞穴与灌浆孔相连通，应采用浓浆间歇灌注，等灌人的泥浆初凝后再继续灌注，或在泥浆中掺加适量水泥，以加速浆液初凝，达到封堵冒浆通道的目的。

结语：水库是我国防御江河洪水、发展农业灌溉、为城乡经济和生活提供用水等方面的重要基础设施之一，在水利建设中占有重要的地位。但是，水库的病险问题也相当的严重，水库除险加固问题显得尤为重要。我国对于病险水库的防渗及除险加固处理，研制和引进了多种堤坝防渗加固新技术，这些技术也各有它的适用范围和局限性。所以，应用时必须根据不同的地质条件合理地选用施工技术，才能达到预期的效果。

[参考文献]

[1]李小牛《论病险水库的除险加固》[J].山西水利2007（1）

[2]金黎黎《浅谈水库除险加固问题及治理对策》[J].中国水运（学术版）2007（9）.