为了防止岩溶渗漏,往往需要在发育有各种溶蚀渗漏通道的大范围内进行大工程量的防渗处理。岩溶发育程度不同则渗漏通道的形式和规模不同,所以防渗处理也有灌、铺、截、围、喷、塞、引、排等多种方法。其中以前5种应用最广,有时又需多种方法联合。主要防渗处理方法如表12-8所示。
表12-8 岩溶水库坝址主要防渗处理方法简表
续表12-8
12.5.1.1 帷幕灌浆
帷幕灌浆是通过钻孔向地下灌注水泥浆或其他浆液,填塞岩溶岩体中的渗漏通道,形成阻水帷幕,以达到防渗的目的。帷幕灌浆用于裂隙性岩溶渗漏具有显著的防渗效果。对规模不大的管道性岩溶渗漏采用填充性灌浆也有一定效果。
一般在坝基和坝肩部位都设置灌浆帷幕,以防止绕坝渗漏。坝肩帷幕的布置:在无相对隔水层分布的坝址,以垂直(或有较大的交角)谷坡地下水等水位线及岸坡地形线为宜,在利用相对隔水层防渗的坝址,帷幕在深入岸坡一定距离后,即转向相对隔水层,与相对隔水层连接。帷幕深度及向两岸的延伸范围则根据防渗处理范围确定。
帷幕的灌浆压力、孔距、排距、排数等,根据变水高度、建筑物特点、岩溶发育特点和灌浆试验结果确定。对有泥质填充的裂隙岩体,可试用高压灌浆处理。另外一种观点则主张采用一般灌浆压力,起压密填充作用,不会再被渗透水流带走。过高的灌浆压力会使岩体产生宽0.5~0.8mm的细微裂隙,故对其适用性应首先进行研究。
例如乌江渡大坝,坝基石灰岩层走向与河流近垂直,倾角50°~65°,倾向上游。防渗工程采用悬挂式垂直水泥灌浆帷幕(图12-47),结合溶洞挖填及右坝肩局部混凝土防渗墙。帷幕在不同部位和高程上选用的排数为1~3排,排距1.5m,灌浆孔距2m。帷幕总长1020m,面积达18.9×104m2,灌浆钻孔总深度18.8×104m。坝址岩溶多有黏土及砂充填或半充填,通过测定不同压力下的灌浆耗灰量,发现在6MPa的压力下耗灰量有明显增加。此外,在灌浆后,经大口径钻孔检查,高压灌浆对岩溶中充填黏土的处理效果良好,充填黏土全为水泥结石所包围,并有大量水泥结石成脉状侵入黏土中,与黏土相间成层,黏土密实,具有一定强度,透水性很小。
12.5.1.2 堵洞
图12-47 乌江渡坝址防渗帷幕布置示意图
选择集中漏水的洞口用适当的建材堵塞,是防止岩溶通道渗漏的有效方法。对裸露基岩中的漏水洞,只要清除其充填物和洞壁的风化松软物质,然后用混凝土封堵,即可获得良好效果。在覆盖型岩溶河段,由于基岩中岩溶管道埋藏于覆盖层之下,要消除覆盖层,应找到基岩中岩溶管道的入口,加以封堵。如因覆盖层太厚,彻底清除确有困难,也应尽可能深挖扩大,清除其中的松软物质,然后加以堵塞。一般的堵洞结构是下部作反滤层,上部以混凝土封堵,再以黏土回填(图12-48)。在覆盖层中堵洞,有时要进行多次才能成功。
例如云南水槽子水库的主要漏水库段冲积层厚30余米,在蓄水后第一次放空时,发现在冲积层上出现45个漏水洞,均作了堵洞处理。再蓄水后,部分地段在老洞旁边又出现新的洞口,又再次进行了处理。但一般漏水洞在处理两三次后,由于天然淤积物的铺盖,大量漏水问题基本解决。
水槽子水库的堵洞方法是对漏水洞适当开挖扩大,尽量挖至洞底不见明显通道时为止。在洞底抛一层块石,然后浇筑1~2m厚的混凝土,上部再用黏土回填,对较小的漏水洞只以块石黏土回填。
图12-48 堵塞落水洞示意图
国内外的经验表明,堵洞后封存在溶洞中的空气在水位变动时会产生不利的影响。当地下水位迅速上升时,空洞中的空气压力升高,高压气体可能突破管道的薄弱部分或堵洞工程,向外排气。随后,这一排气洞可能成为水库的漏水洞。而当地下水位迅速下降时,被封闭的溶洞又成为负压区,也可能导致上部盖层或堵洞工程的破坏,成为漏水洞。因此堵洞时应留有高出水库水面的排气孔、排气管、排气活门或调压井等(图12-49)。湖南省氽湖水库、樱桃拗水库的堵洞工程曾由于地下水位的反复升降,遭受多次破坏。针对这一情况,在堵洞体上安装了一根伸出水面的通气管,调整了地下水位迅速升降时密闭管道中的水气压力,使堵洞工程获得了成功。
图12-49 调压井示意图
12.5.1.3 铺盖
在坝上游或水库的某一部分,以黏土层或钢筋混凝土板作成铺盖,覆盖漏水区,以防止渗漏,称为铺盖。铺盖防渗主要适用于大面积的孔隙性或裂隙性渗漏。库底大面积渗漏,常用黏土铺盖(图12-50);对于库岸斜坡地段的局都渗漏,用混凝土铺盖(图12-51)。为防止坝基、坝肩渗漏而设置的铺盖,最好使坝体与上游的隔水岩层相衔接,或铺盖的范围扩大使绕过铺盖的水流比降和流量控制在允许限度以内。(www.daowen.com)
图12-50 黏土铺盖示意图
图12-51 混凝土铺盖示意图
一般情况下,铺盖工程应在蓄水前或水库放空以后施工,以保证质量。但有些情况下,用水中抛土方法形成铺盖,也可起到一定的防渗作用,如陕西桃曲坡水库右岸即采用了水中抛土。
铺盖厚度,黏土厚可为1/8~1/10水头,最小1m,有承压水时,不宜用黏土做铺盖。如法国布旺德(Bouvante)水库,坝高38m,水库的主要部分位于相对不透水岩层上,但在近坝部位分布有岩溶化灰岩层,并顺向斜底部延伸到下游河道。水库蓄水后,库水沿该岩溶化灰岩层向下游河道渗漏。渗漏通道以岩溶裂隙和小溶洞为主。渗漏水流在坝下游约6km远的泉水流出,低于坝址约300m。水库蓄满时,渗漏量为1.1m3/s。发现漏水后,采取了在渗漏区作混凝土铺盖的防渗处理措施,处理后渗漏量下降至0.3m3/s以下。
12.5.1.4 隔离
在库岸基岩上修筑隔水围坝,将范围不大的集中渗漏区与库水隔离,以减少水量损失的方法称为隔离。例如猫跳河二级水库坝前右岸有一向下游伸展的黄家山岩溶洼地,洼地内有峰林及岩溶漏斗分布。水库蓄水后数小时,在洼地内发现5~6个铺盖土层上的塌陷漏斗和基岩中的落水洞,渗漏水流在下游河道岸坡上的枇杷洞(K58)出露,出水点距黄家山洼地1100m,低于水库水位约30m,渗漏量达1~2m3/s。选用隔离方案进行防渗处理,在黄家山垭口建一高9m、长37.5m的砌石坝(隔堤),使漏水洼地与水库隔离(图12-52),该副坝建成后,下游再未发现漏水现象。
图12-52 隔离示意图
12.5.1.5 导排
将建筑物基础下及其周围的承压地下水或泉水通过有反滤设备的减压井、导管及排水沟(廊道)等将承压地下水引导排泄至建筑物范围以外,以降低渗透压力的方法称为导排。减压井或其他排水设施一般设置在防渗帷幕后面和两岸边坡。如官厅水库左坝肩下游岸坡设置排水孔及山东岸堤水库右坝肩设置排水洞,对边坡稳定和坝肩稳定均有显著效果。
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