平原水库筑坝技术及防渗问题

1、筑坝材料选择及筑坝技术问题
　　平原水库一般为均质土坝，土料选用当地黏土或粉质黏土，但由于平原水库土坝设计断面较大，还需用大量的外运土。往往水库库区表层黏土或粉质黏土厚度较薄，下部为渗透系数较大的粉细砂，厚度较厚，因而上部的黏土不能全部取走，否则细砂出露，水库易出现较为严重的渗漏问题。天然土壤是既复杂而又多种多样的材料，在大体积筑坝中，首先选的是分布广且价格低廉的当地土料。但是，某些地方的土料全部或部分不符合筑坝的要求，也是常见的。因此，设计者的责任在于针对坝址附近所找到的土石料的性质进行合理的设计，根据其特点可置于坝体的不同部位，必要时，也可采取一些工程措施，来解决某些方面的不足。也可以通过多种途径来改变土壤的性质，包括化学的、热的、机械的和其他的方法。但必须认识到每一种方法只能适用于某些种类的土壤。对不同土壤的改性方法如表1所示。

许多工程根据其土料的实际隋况，由过去采用纯细粒土作防渗料，而走向以砾石土或软岩风化料作防渗料。一般来说用粉细砂石修筑均质土坝，其渗透系数指标不能满足工程渗流稳定的要求，但是采取一些工程措施是可以达到设计要求的。粉细砂内摩擦角为30~左右，高于一般的粘I生土，关键是如何提高其黏聚力。国外通过一些工程措施，对砂土进行改陛后，甚至可以作为心墙土石坝的防渗心墙。如德国拜恩州东北部弗尔兹河上的I号心墙坝，坝高31．6m，因弗尔兹坝区土料缺乏，心墙土料只能用基岩风化而成的残积粉砂。粉砂作为防渗体渗透系数就偏大，抗冲刷能力不强，即使心墙所承受的水力梯度不大，心墙两侧也要设置较厚的反滤层。但因土料不足，心墙只能采用较薄的断面，而且坝区附近反滤料也不足。总之，由于坝区附近的天然土石料不能满足坝体抗渗要求，为加强心墙的防渗能力，而采用了水泥土心墙。
　　针对无粘陛土筑坝需要很缓的下游坝坡这一点，国内外也有许多专家对粉细砂土进行改l生研究，上述的掺加水泥是一种方法，其他有掺加黏土、粉煤灰等。无论采用何种方法，都是弥补粉细砂料中粉粒组(0．075～O．O05mm)和易粒组(<1．00mm环足的问题，从而提高杨细砂的黏聚力。
　　20世纪80年代以来发展起来的土工合成材料应用领域广阔，特别是利用水工合成材料进行土体加筋技术已在水利、公路、铁路、港口等建筑工程上得到了广泛应用，归纳起来大致可分为支挡结构、陡坡和软基加筋三个方面。因此，可使用土工合成材料加筋粉细砂技术修筑土坝，或用土工合成材料进行软基处理。
　　2、平原水库的特点
　　平原水库是相对于山丘水库而言的，其一般位于大江、大河下游冲击平原地区，如我国松嫩平原。这类地区地质的普遍特 是表层为黏土或亚黏土，下部为砂土。由于这些地区距离海岸较劲，大部分为低洼易涝盐碱地。因受地理位置、气候、区域地质等影响，平原水库相对于山丘水库有其独特的特性。
　　2．1围坝轴线较长。平原水库多为封闭多边形，与山区水库相比较，其围坝轴线要长的多。
　　2．2地质条件较差。平原地区一般为冲积或洪积地层，对平原水库的建设而言，所处地理位置基本无选择性。
　　2．3需水水头较低。考虑水库渗透稳定、围坝坝坡稳定、抗震设防、坝后浸没及库内蒸发等多方面因素，目前所建的平原水库蓄水深度一般在5-15m。随着设计手段，施工技术等的发展与提高，平原水库的蓄水深度也逐渐加深。
　　2．4筑坝土料较差。为尽量减少耕地占用，保护国土资源，平原水库多建在荒坡、废河道、盐碱地等处，且筑坝土料多取自库内，因此，筑坝土料条件较差，多为粉土、砂土、粉细砂、砂壤土或裂隙黏土等。
　　2．5蒸发量较大。平原水库蓄水深度较浅，水面积大，蒸发量较大。
　　3、平原水库防渗技术问题
　　水库渗漏不仅直接影响到水库的正常运行，将严重的危及水库土坝的安全。由于平原水库位于江河下游冲积平原，表层为黏土或亚黏土，厚度较薄，下部为粘细砂，渗透较大，厚度较厚。因此，平原水库易出现渗漏问题。解决平原水库渗漏问题，必须采取工程措施。一般来说．平原水库所处地区，不透水地基埋深较深，如采用封闭防渗工程措施造价高、施工难度大。一个较为有效的措施是采用增加渗径的方法，如采用高压喷射灌浆、垂直铺塑防渗、射水法地下连续墙等技术。
　　高压喷射灌浆技术是20世纪80年代中期发展起来的一项地基处理技术，它可以加固软土地基，建造地下连续墙以达到防渗的目的。它是利用工程钻机造孔，将高压喷射灌浆管置于预计的地基加固深度、然后使浆管按设计要求凰慢上升或边升边转。管下端的高压水细流射流，对地下土层进行切割。与此同时，预先配制好的浆液，由喷浆嘴喷出，使被扰动的浆体与浆液混合，凝聚固结。这种凝结的混合体被称为固结体。每孔所喷射成的固结体的形状，可以是板状或圆柱状。每个孔的固结体相交，便形成地下连续路。固结体的强度可达I-I 2MPa，是理想的承载体或防渗体。用高压喷射灌浆技术适合在平原水库地下渗流流速较低的情况，蓄水库蓄水后，水库渗流流速较大，用此方法进行防渗加固施工，其难度较大。
　　垂直铺塑技术主要是采用开沟造槽设备构筑地下连续沟槽，将防渗土工膜垂直铺入槽内形成连续或封闭的防渗结构，用以防止地基及水工建筑物产生管涌等渗透破坏的一种施工技术。
　　因其具有应用前景广阔、防渗效果好、施工速度快、操作简便易行、造价低廉等优 。20世纪80年代末90年代初，我国部分省市对该技术在水利工程上的应用都先后开展了一些研究，研制并开发出各种形式的开沟造槽设备，如锯槽机、链条机、射水开槽机等，其工作方式有旋转式、往复式和压力式等。国内许多平原水库进行了垂直铺塑防渗工程。射水法建造地下连续墙技术是利用密集的高速水流将土石颗粒带出地面，并依靠一个特制的成型造孔装置将高速水射流冲击地基土壤，将其破碎成为悬浮的土块或颗粒后，依靠快速流动的水流将其带出地面，同时，—个特制的成型造孔装置将被高速水射流形成的不规则的孔洞切成所需要的形状，在所切成的孔洞中灌人事先配制好的防渗材料，如此— 个个孔洞相互连接便成为连续地下防渗墙。