王飚
(邵陽(yáng)市水利局邵陽(yáng)市422000)
淺談小型病險(xiǎn)水庫(kù)涵洞封堵技術(shù)
王飚
(邵陽(yáng)市水利局邵陽(yáng)市422000)
文章分析歷年來邵陽(yáng)市小型病險(xiǎn)水庫(kù)壩下涵洞險(xiǎn)情原因,提出不同類型的涵洞應(yīng)采取相應(yīng)的防滲處理措施,并詳細(xì)論述了廢棄壩下涵洞的封堵設(shè)計(jì)及施工方案。
小型病險(xiǎn)水庫(kù)涵洞封堵
邵陽(yáng)市共有1 210座小型水庫(kù),其中小(Ⅰ)型230座,小(Ⅱ)型980座,大多修建于20世紀(jì)50~70年代,大部分屬土石壩,都是在邊勘測(cè)、邊設(shè)計(jì)、邊施工中建成。由于建成運(yùn)行多年,存在諸多險(xiǎn)情或病險(xiǎn)隱患。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),每年汛期,作為水庫(kù)樞紐工程重要組成部分的輸、放水建筑物壩下涵洞出現(xiàn)險(xiǎn)情十分頻繁,邵陽(yáng)市所有病險(xiǎn)水庫(kù)都不同程度存在壩下涵洞斷裂、漏水等病害。
受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平、材料和資金的限制,輸、放水建筑物大多采用臥管和壩下涵洞組成,壩下涵洞置于壩體下部,洞身主要采用漿砌石拱或箱涵,小部分需要發(fā)電的水庫(kù)采用鋼筋混凝土圓管涵。這些輸、放水建筑物長(zhǎng)期運(yùn)用、管理維護(hù)不善,工程老化,常常發(fā)生漏水、斷裂等病害,影響了工程效益的正常發(fā)揮,甚至嚴(yán)重威脅大壩的安全。
1.1 壩下涵洞出現(xiàn)的險(xiǎn)情
根據(jù)歷年邵陽(yáng)市小型水庫(kù)安全評(píng)價(jià)分析和汛期水庫(kù)出現(xiàn)的險(xiǎn)情調(diào)查與統(tǒng)計(jì)分析,壩下涵洞出現(xiàn)的險(xiǎn)情大多為洞身開裂或斷裂從而造成涵管漏水,多年滲漏造成滲漏通道(大多為涵洞外壁土壩接觸部位)加大,帶走壩體填土,從而引起穿壩或垮壩等重大險(xiǎn)情。
1.2 險(xiǎn)情原因分析
(1)洞身基礎(chǔ)不均勻沉陷。由于涵洞基礎(chǔ)性質(zhì)不同,一部分管段鋪設(shè)在巖基上,而另一部分變化座落在土基上,涵洞的基礎(chǔ)又未加固處理或處理不當(dāng),因沉陷不均引起洞身斷裂。
(2)洞身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠。受當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平、材料和資金的限制,涵洞選用材料不當(dāng),大多就地取材,采用干砌石結(jié)構(gòu),洞身襯砌單薄或施工質(zhì)量不良,特別是頂板厚度尺寸偏小,強(qiáng)度不夠。
(3)運(yùn)行不當(dāng)。水庫(kù)高水位時(shí),流量控制不嚴(yán),閘門啟閉不當(dāng),使洞內(nèi)出現(xiàn)充滿水流或明滿交替的情況,使涵洞震動(dòng)或無壓涵洞有壓運(yùn)行,造成開裂。
(4)未設(shè)伸縮縫。洞身較長(zhǎng)未設(shè)沉陷、伸縮縫,由于溫度變化使洞身產(chǎn)生裂縫。
(5)設(shè)置截水環(huán)太少或未設(shè)置截水環(huán)。由于滲徑短,設(shè)置截水環(huán)太少或未設(shè)置截水環(huán),使洞壁外與土體間產(chǎn)生接觸滲漏。
(6)填土不密實(shí)。由于施工時(shí)洞壁外填土質(zhì)量差,夯壓不合格,使洞外壁填土和洞壁結(jié)合不嚴(yán)密,形成縱向漏水通道。
(7)洞外壁未作涵衣。部分砌石涵洞,石材質(zhì)量差而又未在洞外壁作涵衣或使用三合泥等低標(biāo)號(hào)砂漿砌筑,并且砌縫砂漿不飽滿,施工留有孔隙,蓋板與側(cè)墻搭接不好,造成穿過洞壁的側(cè)向漏水。
(8)水庫(kù)大壩加高擴(kuò)建,涵洞延長(zhǎng),新老斷面不一致,內(nèi)接頭漏水。
(1)新建穿壩輸水建筑物。對(duì)于壩高低于10 m的土壩,當(dāng)坡緩、易放空、置換土料豐富時(shí),可采用全斷面開挖,拆除原涵洞,新建鋼筋混凝土箱涵,在箱涵上游段設(shè)置多道截水環(huán)。箱涵尺寸一般為寬1.2 m,高1.5 m,便于今后運(yùn)行管理檢修方便。較理想的方案是封堵老涵洞,新建鋼結(jié)構(gòu)虹吸取水管。
(2)對(duì)原涵洞反壓填充灌漿法。涵洞尺寸較大時(shí)可在涵洞內(nèi)沿洞壁或漏水點(diǎn)布孔,在灌漿壓力作用下,漿液沿漏水通道頂水流方向而上,至需要充填的地方,封堵漏水通道,當(dāng)水庫(kù)放空時(shí),就變成了填充灌漿,效果十分明顯。
(3)內(nèi)套管加固法。對(duì)于涵管長(zhǎng)度較短(一般30 m以下)、原涵管為縱向直線布置,且發(fā)生縱橫相錯(cuò)位的涵管采用內(nèi)套管加固法。在套管前,從壩頂通過精確施工放樣,確定壩下涵洞位置后,從壩頂、內(nèi)坡鉆孔,布設(shè)多排鉆孔,對(duì)涵洞洞壁與壩體結(jié)合部位的縱向漏水通道充填密實(shí),然后在涵洞內(nèi)套鋼管、鑄鐵管或PVC管,再在新老管之間進(jìn)行填充灌漿處理。
(4)新開輸水隧洞、封堵原穿壩涵洞。結(jié)合大壩下游灌溉渠道位置,在離開大壩左、右壩肩山體,選擇較好地質(zhì)條件的位置新開輸水隧洞,待新開隧洞具備過水條件后封堵壩下老涵洞。采用這種辦法,能從根本上消除壩下涵洞帶來的種種安全隱患,但施工時(shí)間長(zhǎng),水庫(kù)需要放空,廢棄涵洞需封堵密實(shí),投資較大。近年來,國(guó)家對(duì)病險(xiǎn)水庫(kù)治理力度加大,大部分壩下病害涵洞治理采用此種方案。
廢棄涵洞的存在,將嚴(yán)重危及大壩安全,在對(duì)廢棄涵洞處理之前,必須對(duì)廢棄涵洞進(jìn)行全面地質(zhì)勘察,在弄清有關(guān)情況的前提下,根據(jù)廢棄涵洞尺寸大小、破壞程度、滲漏形式、工程造價(jià)以及施工的難易程度,設(shè)計(jì)切實(shí)可行的封堵措施。
3.1 涵洞外壁與大壩土體間滲漏通道的封堵
(1)可以進(jìn)人的壩下涵洞的外壁封堵。對(duì)于斷面尺寸大于高0.6 m、寬0.5 m,可以進(jìn)人的涵洞,在涵洞內(nèi)部封堵前,先進(jìn)行反壓充填灌漿,讓漿液沿著涵洞周邊滲漏通道逆水流方向而進(jìn),達(dá)到充填、封堵滲漏通道的目的。
首先施工人員直接進(jìn)入涵洞內(nèi),在裂縫和漏水點(diǎn)處用風(fēng)鉆或鋼釬人工鑿孔,孔深以不鑿穿洞壁或涵衣為限,然后進(jìn)行純水泥漿灌注。裂縫和漏水點(diǎn)灌注完成后,再在洞壁兩側(cè)鑿孔,每側(cè)鑿雙排孔,上下錯(cuò)開呈梅花形,孔深以鑿穿洞壁為限,孔距(3~5)m,在孔內(nèi)埋管,灌注純水泥漿。灌漿壓力采用(0.1~ 0.2)MPa,分段選定灌漿壓力,規(guī)定壓力下,灌漿孔注入率不大于1 L/min,延續(xù)10 min,即可結(jié)束灌漿。
在裂縫或砌縫處出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象,不要急于封堵,待冒出稠漿后再降低灌漿壓力,用杉木楔包裹碎布、棉花封堵。水泥漿液濃度由稀至濃逐級(jí)變換,常用1、0.8、0.5三個(gè)比級(jí)。灌漿時(shí)盡量降低庫(kù)水位,減少涵洞內(nèi)漏水量,降低水頭壓力,漏水點(diǎn)要埋設(shè)導(dǎo)水管,遇到大股滲水,要將其分散成多股,從不同位置導(dǎo)出。
土壩涵洞周圍土體結(jié)構(gòu)、密實(shí)性與圍巖、天然土體有所不同,灌漿時(shí)應(yīng)密孔低壓,多復(fù)灌,防止“內(nèi)壓外泄”,導(dǎo)致漿液及壓能流失,填充、封堵滲漏通道距離短,運(yùn)行多年以后,形成新的滲漏通道。
(2)不可以進(jìn)人的壩下涵洞的外壁封堵。對(duì)于斷面尺寸小于高0.6 m、寬0.5 m,不可以進(jìn)人的涵洞,在涵洞內(nèi)部封堵好后,再?gòu)膲雾斖ㄟ^精確施工放樣,確定壩下涵洞位置后,從壩頂、內(nèi)坡鉆孔,順?biāo)鞣较蚩拙酁? m,布設(shè)多排鉆孔,單排鉆孔布設(shè)在涵洞洞壁左右側(cè)和洞頂位置,其中洞頂?shù)你@孔需鉆穿涵洞上、下板,對(duì)涵洞洞壁與壩體結(jié)合部位進(jìn)行封堵充填灌漿,讓漿液沿著涵洞周邊滲漏通道逆水流方向而進(jìn),達(dá)到充填、封堵滲漏通道的目的。
3.2 涵洞內(nèi)部封堵
封堵位置為涵洞的進(jìn)口段,均質(zhì)土壩封堵長(zhǎng)度以涵洞長(zhǎng)度的1/3為宜,心墻壩封堵長(zhǎng)度以涵洞進(jìn)口延伸至心墻后5 m為宜。采用水泥粘土砂漿填充封堵。在封堵段內(nèi)沿涵洞頂部安裝多根灌漿管、排氣排水管,封堵段兩端設(shè)漿砌石堵頭,砂漿抹面防滲,對(duì)斷面大、片石、鵝卵石取材運(yùn)輸方便的涵洞,可在洞內(nèi)預(yù)填片石、鵝卵石,以減少灌漿工作量,節(jié)省投資,見附圖。
(1)水泥粘土砂漿的特性及配合比。水泥粘土砂漿是由水泥、粘土和砂三種材料組成的混合砂漿,與水泥砂漿、混凝土相比,具有較好的穩(wěn)定性、抗?jié)B性、保水性、流動(dòng)性、粘聚性。
水泥采用普通硅酸鹽水泥,水泥標(biāo)號(hào)為42.5以上;粘土要求粘粒含量大于30%,不含腐植土,易于濕化成泥漿;砂選用堅(jiān)硬、潔凈、有機(jī)質(zhì)含量不大于3%的中砂。
配合比要求水與干料的重量比應(yīng)低于1.0,粘土水泥重量比不大于0.75,對(duì)于大體積回填灌漿,粘土水泥重量比可適當(dāng)提高到1.0,施工中應(yīng)做配合比試驗(yàn),常用的水泥、粘土、砂、水的配合比為1∶0.5∶1.5∶3、1∶0.75∶1.0∶2.75。
水泥粘土砂漿采用機(jī)械拌制,要求攪拌均勻、無結(jié)塊。
(2)灌漿采用多缸活塞式灌漿泵,灌漿壓力為(0.1~0.3)MPa,當(dāng)吸漿量少于1 L/min,持續(xù)10 min,即可結(jié)束灌漿。
(3)由于涵洞封堵體存在一定的凝固縮空,因此在第一次灌漿結(jié)束后12 h,應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充灌漿。一般的涵洞都有一定的縱坡,水泥粘土砂漿的填充是一個(gè)從下往上逐步填充滿的過程,最后的縮空位置位于涵洞的進(jìn)口位置,因此在進(jìn)口堵頭的頂部預(yù)埋2根較短的灌漿管、排水排氣管,以便反復(fù)補(bǔ)充灌漿,一般以補(bǔ)充灌漿3次為宜。
附圖涵洞內(nèi)部封堵縱剖面圖
采用純水泥反壓填充灌漿封堵涵洞外壁與土壩體之間的滲漏通道,與采用粘土砂漿填充灌漿封堵涵洞內(nèi)部輸水通道兩者相結(jié)合,能很好地封堵壩下廢棄涵洞,消除大壩的安全隱患,具有很強(qiáng)的適用性:
(1)水泥粘土砂漿是一種較穩(wěn)定的混合材料,灌注過程中不易出現(xiàn)離析現(xiàn)象,結(jié)石強(qiáng)度滿足要求,抗?jié)B性較好。
(2)可直接通過灌漿管將水泥粘土砂漿送至每一個(gè)工作面,解決了采用混凝土封堵時(shí)挖豎井難、混凝土入倉(cāng)難、封堵長(zhǎng)度有限、混凝土材料需要短途轉(zhuǎn)運(yùn)、施工場(chǎng)地有限等不足。
(3)造價(jià)低廉,通過核算,水泥粘土砂漿填充體的單價(jià)在(600~700)元/m3,比采用混凝土填充節(jié)省了填充灌漿工序。
(4)施工技術(shù)容易掌握,設(shè)備簡(jiǎn)單,投資省,不破壞上游壩坡,施工時(shí)間短,安全可靠。
在邵陽(yáng)市多座小型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固處理中,如邵東縣爐前水庫(kù)、小水沖水庫(kù)、銀杏樹水庫(kù)、神前洞水庫(kù),雙清區(qū)的長(zhǎng)林沖水庫(kù),隆回縣的土橋水庫(kù)、坳頭水庫(kù),洞口縣的新塘水庫(kù)、祖塔水庫(kù),城步縣的金紫江水庫(kù)等80多座病險(xiǎn)水庫(kù)的廢棄涵洞封堵采用以上技術(shù),均取得了良好的效果,該壩下涵洞封堵技術(shù)也在全市全面推廣。
2016-10-16)
王飚(1975-),男,湖南邵陽(yáng)人,大學(xué)本科,高級(jí)工程師,主要從事水利工程管理工作,手機(jī):13973949120。