重力壩拱壩土石壩三種

壩體的防滲處理SANY標準化小組#QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#重力壩、拱壩、土石壩三種不同壩體的防滲處理摘要：分析重力壩、土石壩、拱壩出現滲漏原因，采取相應措施一、重力壩滲漏分析與防滲處理、重力壩滲漏分析1、 重力壩是用漿砌石(groutedrubble)或者混凝土(concrete)材料建筑而成的擋水建筑物，其剖面一般做成上游面近于垂直的三角形斷面，主要依靠壩體的重量，在壩體和地基的接觸面產生抗剪強度或者摩擦力，來抵抗水庫的水平推力，以達到穩定的要求；同時，也依靠壩體的自重產生的壓應力，來抵消由于水壓力所引起的壩體上游側的拉應力，以滿足壩身強度的要求。2、 由于混凝土與巖體都是透水材料，加上施工方法、施工過程存在差異，故此滲流不可避免、重力壩防滲處理地基處理時重力壩防滲處理的關鍵，壩基的固結灌漿和帷幕灌漿是壩基防滲處理的主要措施。1、 重力壩壩基固結灌漿、目的：△減少壩基的滲透性(permeability)，減少滲透量；△提高基巖的整體性和彈性模量(modulusofelasticity)，減少基巖受力后的變形(deformation)；△提高巖體的抗壓強度和抗剪強度；△在帷幕灌漿前的固結灌漿，可提高帷幕灌漿的灌漿壓力。、固結灌漿的設計：灌漿范圍：依壩高和巖基裂隙分布情況而定。—高壩或者裂隙發育，壩基全部灌漿，并適當加大范圍。—裂隙很不發育，只在壩踵或者壩趾處灌漿一只在壩踵處固結灌漿，以加大帷幕灌漿的壓力—溶洞、溶槽部位，除回填外，應對頂部及周圍進行固結灌漿。②排孔形式：梅花形或者方格形，對較大的斷層和裂隙應專門布孔。間距：根據地質條件，并參照灌漿試驗確定，一般為3?6m孔深：一般為5?8m，局部區域及壩基應力較大的高壩基礎，可適當加深，帷幕灌漿區附近，與帷幕灌漿配合，可適當加深，一般為8?15m。灌漿壓力：以不掀動巖石為原則，取較大值。施工時，應加強監測。一般無蓋重時?，有蓋重時?2、 重力壩壩基帷幕灌漿、目的：降低壩底滲透壓力；防止壩基內產生機械或者化學管涌；減少壩基和壩肩滲透流量、灌漿材料的選擇：水泥灌漿裂隙寬度＞，地下水流木600m/晝夜，地下水對水泥無危害性的侵蝕作用，采用水泥灌漿。對于裂隙較細，可采用超細度的高標號硅酸鹽水泥；地下水流較大時，可用速凝劑；有侵蝕性的地下水，可采用特種水泥：磯土水泥。化學灌漿不能采用水泥時，用化學灌漿的方法。（3）帷幕灌漿設計帷幕深度：根據基巖的透水性、壩體承受的水頭和降低壩底滲透壓力的要求來確定。帷幕本身應滿足相應單位吸水率（見表）的要求。壩扃（in）單位吸水率滲透系數K（cm/s）允許滲透坡>70<0.01<2x105203(k-70<o.os<6x10^15<30<0.05<1^10510帷幕深度若相對不透水層（water-bearinglayer）離基巖面不深，則帷幕應鉆灌到不透水層，深入到該層3?5m內。若相對隔水層較深，帷幕深度按設計要求確定，一般可在?倍壩高范圍內選擇。帷幕厚度：根據能保護帷幕的滲透穩定要求，用容許滲透坡降Jc表示。其計算公式為：式中=j為帷幕的厚度（mL“為參透壓力系數，揚壓力計算水姓的折減系數'八為容許庭坡庖H為上下游水位差.實際施工的帷幕厚度應大于設計帷幕厚度。（高壩設2?3排帷幕灌漿孔；中壩設1?2排帷幕灌漿孔；低壩只設1排帷幕灌漿孔）注意：當帷幕有多排孔組成時，一般僅將其中的一排孔鉆灌至設計深度，其余各排孔的孔深可取設計深度的1/2?1/3。因為只需在上部水力坡降大的部位才需加厚帷幕。④灌漿孔布置:灌漿孔孔距和排距應根據地質條件，由試驗確定。a、 孔距一般為?，開始用4m孔距，逐漸加密。b、 灌畢后，中間加檢查孔，如w值大于標準時，在檢查孔進行灌漿，然后中間再加檢查孔，直到可達到標準為止。c、排距宜比孔距略小。灌漿壓力：灌漿壓力應通過試驗確定，通常在帷幕表層段不宜小于?倍壩前靜水頭，在孔底段不宜小于2?3倍壩前靜水頭，但以不破壞巖體為原則3）、巖基經過防滲處理后，在一定程度上還是透水的。為了進一步降低壩底滲透壓力，還需設置壩基排水。重力壩的巖基排水有三種形式：排水孔幕、基面排水、淺孔排水3、 重力壩防滲實例A、林州市紅旗渠補源工程一一馬家巖水庫，馬家巖水庫大壩壩型為混凝土砌石重力壩，為提高壩體的防滲效果、降低壩基揚壓力，自壩基混凝土頂部高程起，壩體上游迎水面和下游原河床高程以下分設混凝土防滲面板。其中下游防滲面板面板設計厚度為，上游防滲面板自高程至厚度從漸變至，高程以上厚度變為，迎水面坡度為1:；為防止砼面板裂縫，面板沿壩軸線方向設伸縮縫，分縫寬度9m,伸縮縫設兩道止水。B、小洋溪水庫地處貴州省金沙縣，是黔北發電總廠供水水源工程。水庫壩體為C9010碾壓混凝土重力壩，壩頂高程為93816m,最大壩高4416m,壩頂寬510m,最大底寬3510m,壩軸線長124105m。小洋溪水庫碾壓混凝土大壩灌漿工程經過生產性試驗，將2排鉆孔調為1排進行灌漿，孔距為015m。灌漿結果表明，在橫向縫隙連通性不好的碾壓混凝土內形成連續性好的幕體是必要的；從灌入量也說明，對滲漏通道（即順水流方向）的封堵長度超過壩軸線方向范圍，對壩體的補強作用明顯。二、拱壩滲流分析與防滲處理拱壩是固接于基巖的空間殼體結構，在平面上呈凸向上游的拱形，其拱冠剖面呈豎直的或向上游凸出的曲線形。一）、拱壩的防滲處理1、 固結灌漿：提高基巖的整體性和強度，降低地基的透水性。減小地基變形，增加巖體的抗滑穩定性。拱壩壩基的固結灌漿孔一般按全壩段布置。對于比較堅硬完整的基巖，也可以只在壩基的上游側和下游側設置數排固結灌漿孔。孔距一般為3?6m，在巖石破碎地區還應適當加密，孔深一般為5?15m。固結灌漿壓力，在保證不掀動巖石的情況下，宜采用較大值，一般為~MPa，有混凝土蓋重時，可取（~）MPa。2、 接觸灌漿：對于壩體與陡于50°~60°的岸坡間和上游側的壩基接觸面以及基巖中所有槽、井、洞等回填混凝土的頂部，均需進行接觸灌漿，以提高接觸面的強度，減少滲漏。接觸灌漿應在壩體混凝土澆筑到一定高度、混凝土充分收縮、鉆排水孔之前進行。有條件時，可利用帷幕灌漿孔與部分固結灌漿孔進行接觸灌漿。3、 防滲帷幕深度：拱壩的帷幕灌漿孔深度應伸入相對隔水層以下3?5m；若相對隔水層埋藏較深，孔深可采用（~）倍水頭。排數：帷幕灌漿孔一般用l排到3排。孔距是逐步加密的，開始約為6m，最終為~，排距宜略小于孔距。位置：帷幕位置一般布置在壓應力區，并盡可能靠近上游壩面。防滲帷幕還應深入兩岸山坡內，兩岸帷幕原則上應延伸至正常蓄水位與相對隔水層相交處，或與蓄水前的天然地下水位線相交處。暫向岸坡延伸20飛0m或更遠，待蓄水后根據壩基的滲漏情況決定是否再行延伸。材料：水泥、化學材料灌漿。壓力：灌漿壓力在保證不破壞巖體的條件下取較大值，通常在頂部段不宜小于倍、底部不宜小于（2?3）倍壩前靜水頭。4）、壩基排水一一降低滲壓（弱透水性的微裂隙巖體排水孔則可顯著地降低滲壓）位置：排水孔幕設在防滲帷幕下游側，一般只設1道主排水孔，必要時增設1?2排輔助排水孔。間距：排水孔與防滲帷幕下游側的距離應不小于帷幕孔中心距的1~2倍，且不得小于2~4m。主排水孔間距一般在3m左右，輔助排水孔間距一般為3~6m,孔徑不宜小于15cm。深度：主排水孔深度在兩岸壩肩部位可采用帷幕孔深的（?）倍，河床部位孔深不大于帷幕孔深的倍，但不應小于固結灌漿孔的深度。排水平洞：對高壩以及兩岸地形較陡、地質條件較復雜的中壩，宜在兩岸設置多層排水平洞，加鉆排水孔，組成空間排水孔洞系統。二）、拱壩防滲處理實例A、 小灣水電站樞紐工程壩體是混凝土雙曲拱壩。小灣拱壩混凝土總量達881.0X104m，最大壩高294.5m，大壩位于高地震烈度區，大壩建成后總水推力高達1660X104t，為降低壩踵處的拉應力，防止小灣高拱壩運行期上游面壩體及壩踵局部開裂漏水，避免高壓水進人壩體裂縫或壩踵裂縫導致水力劈裂，需要在拱壩上游面壩踵附近及高應力區域設置輔助防滲體系。本工程采用噴涂聚脲及粘貼GB柔性板防滲施工的情況，實踐證明，在高拱壩上游壩面采用綜合防滲方案及施工技術可行，大大提高了壩體安全性。小灣水電站拱壩上游面第一階段防滲采用噴涂聚脲+GB密封板防滲方案，其中GB密封板主要起到限制混凝土裂縫張開后的表面聚脲自由滑動。避免聚脲厚度變薄，同時起到第二層防水作用。該項目的實施獲得階段性驗收及相關專家的認可，防滲效果良好。B、 XXX砌石拱壩中鉆孔固結灌漿技術在防滲加固應用中（1）本灌漿工程在298個灌漿段內共灌入水泥干料386.7t,平均每米耗灰278kg。無可置疑，這些水泥對填充砌石壩體內的裂隙（或孔穴），提高砌石體的強度起積極的作用；（2）所有資料表明，本主壩砌石質量較差，砌石間砂漿不飽滿，存在較多的貫通性裂隙，因此灌漿前鉆進及壓水均無回水，絕大多數試段透水率q>338Lu,屬極強透水等級。經過灌漿后，砌石體透水率q值在0.1?10.0Lu之間，降到微、弱透水等級，檢查孔鉆取的巖芯呈長柱狀，灰漿充填密實，可見本工程灌漿補強防滲效果顯著，基本上達到工程除險加固的目的。三、土石壩的防滲處理土石壩EmbankmentDam使用當地材料（土料、石料）采用一定的施工方法（拋填、碾壓、水力）填筑的擋水壩。一）、滲透破壞主要形式：a、管涌：指在滲流作用下，土中的細顆粒由骨架孔隙通道中被帶走而流失的現象。無粘性土b、 流土：指在向上滲流作用下，表層局部土體被頂起或是粗細顆粒群發生浮動而流失的現象。前者多發生在表層為黏性土或其他細粒土組成的土層中，后者多發生在不均勻砂土層中。c、 接觸流土：指在滲流系數相差懸殊的兩種土層交界面上，由于滲流垂直于層面流動，將滲流系數較小土層中的細顆粒帶入滲流系數較大的土層中的現象。d、 接觸沖刷：指滲流沿著滲流系數不同的兩種土層接觸面上或是建筑物與地基接觸面上流動時，將細顆粒沿接觸面帶走的現象。前兩種滲流變形主要出現在單一土層中，后兩種滲流變形則多出現在多種土層中。滲流變形可在小范圍內發生，也可發展至大范圍，導致壩體沉降、壩坡塌陷或形成集中的滲流管道等，危及壩的安全。二）、土石壩防滲處理1.1、防滲體（指該部位土體比壩殼其他部位更不透水，它的作用是控制壩體內浸潤線的位置，并保持滲流穩定。）土質防滲體（心墻、斜墻）：應用最為廣泛的防滲結構。其塑性指數PlasticIndex>8~10；滲透梯度不致產生滲透破壞；下游壩體浸潤線和滲透量低于允許值；滿足結構和施工要求瀝青混凝土或鋼筋混凝土防滲體：瀝青混凝土Asphaltic可作心墻Core或面板Deck；鋼筋混凝土ReforcedConcrete一般僅用于堆石壩。瀝青混凝土Asphaltic面板塑性Plasticity、柔性Flexibilty好；抗滲性能好，10—7?10—10cm/s；注意與防滲墻、廊道、齒墻等的連接水下瀝青混凝土一般不老化鋼筋混凝土ReinforcedConcrete面板主要用于堆石壩，重要壩型；工程量小；面板兼作護坡；滑模施工面板快，施工干擾小；面板容易檢修；面板的混凝土耐久性與防滲性；防止裂縫底座的地基一般為新鮮巖石、排水與地下輪廓排水Drainage:注意反濾Filter棱體、貼坡、褥墊、網狀、豎式排水地下輪廓：垂直防滲:截水槽CutoffTrench、混凝土防滲墻CutoffWall、帷幕Curtain；水平防滲:鋪蓋Blanket2、土石壩的巖基處理II防滲SeepageControl處理粘土截水槽或混凝土截水墻：淺透水層①帷幕Curtain灌漿Grout：較深透水層普通水泥灌漿:寬度>~超細水泥灌漿化學灌漿帷幕灌漿孔布置：梅花形；灌漿水泥漿水灰比：6:1,4:1到1:1,:1灌漿壓力：?倍水頭3、 土石壩砂礫石地基處理：常見的砂礫石基礎，其河床段上部多為近代沖積的透水礫石層，具有明顯的成層結構。故做①垂直防滲設施，包括粘性土截水槽、混凝土防滲墻、帷幕灌漿等；②上游水平防滲鋪蓋、土石壩防滲實例A、密云白河防滲墻圖昨90世云水肆白河土壩斷面《年位|m)1-M￡n皇一料3—溫碧主防漕埴B、加拿大馬尼夸克防滲墻016-91加章大■厄辛克素三土石或〔雄怕】2(D—HI壓土石14,③一H!阻酢早止.①一話童4—WjKiG—靠酷＞￡?』C、土石壩防滲技術①劈裂灌漿防滲技術：技術機理是在土壩中采用劈裂灌漿，使用一定的壓力，使壩體沿壩軸線小主應力面劈開，灌注泥漿，并使漿壩互壓，最后形成lOem?50em厚的連續泥墻；同時泥漿使壩體濕化，產生沉陷，增加壩體的密實度；這項技術不僅起到防滲作用，也加固了壩體。高壓定向噴射灌漿防滲技術：該技術是在以前引進日本高壓旋噴灌漿法的基礎上改進而成，用于險庫壩基防滲，取得了較好的效果。土工合成材料技術：土工合成材料按水力特性可分為不透水的土工膜或土工復合膜和透水的土工織物，前者可以代替防滲體，起到截滲隔水作用；后者可代替反濾料，起到排水反濾作用。壩基巖溶防滲技術：向鉆孔拋