CN107044131A - 一种深厚覆盖层的防渗方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深厚覆盖层的防渗方法，该方法包括：1)对岩组进行划分，确定渗流参数；2)采取渗透坡降为主、渗透量为辅进行施工；3)防渗墙布置采用短连接板+防渗墙防渗的形式。本发明通过对岩组进行划分，确定覆盖层的渗流参数，从而判断分析岩土属于管涌和流土何种形式，根据覆盖层的渗流参数，采取渗透坡降为主、渗透量为辅进行施工，防渗墙在施工中采用短连接板+防渗墙防渗的形式，具有施工周期短、施工方便、防渗效果好的特点。本发明是从前期地质勘探与试验、参数选择。防渗方案确定以及施工方案选择等多方面，进行深厚覆盖层的防渗处理，因此，本发明防渗效果明显、特别适用于深厚覆盖层的防渗。

Description

一种深厚覆盖层的防渗方法

技术领域

本发明属于深厚覆盖层的闸坝领域，具体涉及一种深厚覆盖层的防渗方法。

背景技术

河床深厚覆盖层是指堆积于河谷之中，厚度大于40米的第四纪松散堆积物，我国西南地区，特别是西藏地区河床深厚覆盖层分布尤为广泛，一般厚度均在100米以上，局部地区厚度可达300至600米不等，具有保存完整性、多样性、典型性特点，在实际工程实践中，受地形地质条件限制，往往需要在深厚覆盖层上修建具有挡水功能的重力式混凝土闸坝。

深厚覆盖层这种复杂的不良地基条件给水利水电工程建设带来了一定的困难，据Larocque统计，因坝基问题而失事的大坝，约占失事大坝的25％，另据不完全统计，国外建于软基及覆盖层上的水工建筑物，约有一半事故是由于坝基渗透破坏、沉陷太大或滑动等因素导致的。

深厚覆盖层闸坝渗流安全监测设计时,考虑到渗流量监测必要性不大，而且需要增设截渗墙、设置量水堰，从而导致工程投资大幅度增加。因此同样采取渗透坡降为主、渗透量为辅的原则。

实际防渗墙施工中,难免出现底部开衩、相邻槽段搭接不良等缺陷，对于重要工程，应开展缺陷渗流影响分析，提出合理的工程措施建议。多布水电站缺陷渗流分析表明：当防渗墙存在施工缺陷时，防渗墙相邻槽段间由于搭接不良出现裂缝对计算区域渗流场的影响远大于底部分叉产生的影响。工程防渗墙插入相对不透水层较大，防渗墙相邻槽段底部分叉缺口顶端位于相对不透水层顶面以下，因而防渗体系整体完整性无显著破坏，防渗体系整体防渗能力也无明显变化，仅底部分叉造成的局部漏水引起局部渗流场变化。而防渗墙相邻槽段间出现接缝时，由接缝上下贯穿形成渗流通道，直接影响坝基相对不透水层上部覆盖层渗流场，对漏水量、墙后自由面、各部位的渗透坡降均产生较大的影响。防渗墙应严格按技术规范施工，建议在施工过程中，保证槽孔几何尺寸和位置、钻孔偏斜、入岩深度(相对不透水层)、槽段接头等符合设计规范要求。

有鉴于此，提出一种深厚覆盖层的防渗方法，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种深厚覆盖层的防渗方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种深厚覆盖层的防渗方法，该方法包括：

1)对岩组进行划分，确定渗流参数；对表层岩组开展现场原位试验，对深层岩组进行上部覆盖层压覆的室内渗透变形试验，确定覆盖层的渗透特性；

2)采取渗透坡降为主、渗透量为辅进行施工；

3)防渗墙布置采用短连接板+防渗墙防渗的形式，若基础岩组呈韵带分布并存在厚度大于5m、渗透系数1*10-5cm/s的弱透水层，则作为悬挂式防渗墙的依托层。

上述的一种深厚覆盖层的防渗方法，该方法还包括：4)采用承受水力梯度大的板桩及混凝土防渗墙等作为悬挂式帷幕，出口处做好反滤层、盖重。

上述的一种深厚覆盖层的防渗方法，所述4)还包括核算悬挂式帷幕和下游出口处渗透的稳定性。

上述的一种深厚覆盖层的防渗方法，所述2)中还包括：施工中重视渗透坡降与混凝土间接接触冲刷的安全性，闸坝底部与基础接触面采用垂直防渗形式。

上述的一种深厚覆盖层的防渗方法，所述垂直防渗形式包括：若防渗墙深度大于40m、防渗墙厚度大于1m，防渗墙嵌入基岩1m～4m，则采用槽孔法；若覆盖层中含有最大块径为5m～7m的块体，且覆盖层石质坚硬，则在防渗墙内预埋灌浆管，防渗墙采用帷幕钻孔灌浆。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过对岩组进行划分，确定覆盖层的渗流参数，从而判断分析岩土属于管涌和流土何种形式，根据覆盖层的渗流参数，采取渗透坡降为主、渗透量为辅进行施工，防渗墙在施工中采用短连接板+防渗墙防渗的形式，具有施工周期短、施工方便、防渗效果好的特点。本发明是从前期地质勘探与试验、参数选择。防渗方案确定以及施工方案选择等多方面，进行深厚覆盖层的防渗处理，因此，本发明防渗效果明显、特别适用于深厚覆盖层的防渗。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

一种深厚覆盖层的防渗方法，该方法包括：

1)对岩组进行划分，确定渗流参数；对表层岩组开展现场原位试验，对深层岩组进行上部覆盖层压覆的室内渗透变形试验，确定覆盖层的渗透特性；

2)采取渗透坡降为主、渗透量为辅进行施工；

3)防渗墙布置采用短连接板+防渗墙防渗的形式，若基础岩组呈韵带分布并存在厚度大于5m、渗透系数1*10-5cm/s的弱透水层，则作为悬挂式防渗墙的依托层。

4)采用承受水力梯度大的板桩及混凝土防渗墙等作为悬挂式帷幕，出口处做好反滤层、盖重。

实施例2：

一种深厚覆盖层的防渗方法，该方法包括：

1)对岩组进行划分，确定渗流参数；对表层岩组开展现场原位试验，对深层岩组进行上部覆盖层压覆的室内渗透变形试验，确定覆盖层的渗透特性；

2)采取渗透坡降为主、渗透量为辅进行施工，施工中重视渗透坡降与混凝土间接接触冲刷的安全性，闸坝底部与基础接触面采用垂直防渗形式；垂直防渗形式包括：若防渗墙深度大于40m、防渗墙厚度大于1m，防渗墙嵌入基岩1m～4m，则采用槽孔法；若覆盖层中含有最大块径为5m～7m的块体，且覆盖层石质坚硬，则在防渗墙内预埋灌浆管，防渗墙采用帷幕钻孔灌浆；

3)防渗墙布置采用短连接板+防渗墙防渗的形式，若基础岩组呈韵带分布并存在厚度大于5m、渗透系数1*10-5cm/s的弱透水层，则作为悬挂式防渗墙的依托层。

4)采用承受水力梯度大的板桩及混凝土防渗墙等作为悬挂式帷幕，出口处做好反滤层、盖重，以及，核算悬挂式帷幕和下游出口处渗透的稳定性。

需指出，槽孔法为现有技术，槽孔法的具体内容见刘开运,于征,王成·先进的高压旋喷注浆技术在小浪底基础工程中的应用[J]·西北水电，2001，7(01)：51-54。

水工建筑物防渗设计从前期地质勘探与试验、参数选择开始，涉及防渗方案比选、计算分析、方案选定，以及监测资料的分析及安全评价等多个方面，本文通过总结分析，初步提出以下防渗设计原则：

(1)重视岩组划分，合理确定渗流参数

岩组划分是进行地质特性研究及评价的基础，对杂乱型堆积和层状韵带分布要区别对待，前者堆积物分布呈规律差，颗粒组成较大，碎石、砾石磨圆度较差，如上述大渡河泸定电站河段覆盖层，帕隆藏布派区一带也属此类；后者为古堰塞湖积、河流积原因形成，一般在上部现代漂卵砾石层下部分布砂层或黏土层等细粒静水沉积层，并向深部韵带交替出现，如雅鲁藏布江宽谷河段及其主要支流拉萨河、尼洋河等。对于后者，可建议防渗体系依托在相对不透水地层，同时重视该相对不透水层在厚度和平面上的连续性勘查。

合理的渗流参数是科学设计的基础，《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287-99)对不同岩土进行了渗透性分级，该分级表根据岩土渗透系数的大小将岩土渗透性分为6级。除重视渗透系数研究外，尚应重视岩组渗透变形研究，判断分析岩土属于管涌和流土何种形式。

对于深厚覆盖层地基，常规室内渗透试验由于很难再现土体天然结构状态，没有考虑上部覆盖层的压覆及反滤保护作用，成果往往偏于保守。因此，对于一些重要的工程，表层岩组可开展现场原位试验，深层岩组可考虑进行上部覆盖层压覆的室内渗透变形试验，以期深入考察覆盖层的渗透特性。

(2)防渗安全控制可采取渗透坡降为主、渗透量为辅的原则,渗透坡降应重视与混凝土间接触冲刷的安全性，

防渗设计一般需要考虑渗漏量和渗透坡降安全两个方面，但渗流量达到多少，会对工程安全产生不利影响，规范或资料中均没有明确。

在闸坝接触冲刷中水平接触冲刷起控制作用，闸坝底部与基础接触面基本上由水平和垂直两种形式构成。根据试验，垂直方向的破坏比降为1左右，而水平方向一般仅在0.1～0.5之间。

(3)深厚覆盖层上修建超过30m高闸坝，原则上应优先采用垂直防渗的形式。

目前，国内已能够在各种特殊地层中修建各种用途的混凝土防渗墙。通过大量实践，积累了丰富经验，在科学研究、勘测设计和施工技术及现代化管理方面也获得很大进展，解决了在复杂地质条件下较大规模地基处理的某些关键技术。目前国内深度超过40m的防渗墙已有70道左右，小浪底主坝防渗墙，最大墙深81.9m，防渗墙设计厚度1.2m，墙体嵌入基岩1m～4m，采用槽孔法；水利施工中的上游围堰防渗墙，最大深度73.5m，双排防渗墙，两墙中心间距6m，墙厚分别为1.0m、0.8m，该墙地质条件复杂，覆盖层中包裹着最大块径为5m～7m的块体，石质坚硬完整；在防渗墙内予埋灌浆管，墙下进行帷幕钻孔灌浆。

我国水平铺盖防渗的土坝大多数为中低坝，铺盖长度一般为4～8倍的水头，通常在100m～200m左右，铺盖前端厚度一般采用1.0m，不小于0.5m；末端厚度采用(1/6～1/10)水头。国内较大的为王快水库，最大坝高62.0m，上游水平铺盖长度200m，为人工碾压粉质壤土铺盖，承受的水头为53m，铺盖前端厚度1.0m，末端厚度6.0m。因此，深厚覆盖层上修建超过30m高闸坝，原则上应优先采用垂直防渗的形式。

(4)采用垂直防渗墙的工程，为加快施工进度并减少防渗墙顶对上部闸坝变形影响，防渗墙的布置可优先采用短连接板+防渗墙防渗的形式；当基础岩组呈韵带分布并存在厚度大于5m且渗透系数1*10^-5cm/s的弱透水层时，可作为悬挂式防渗墙依托层，防渗设计应重视下游排水反滤设计。

垂直防渗墙又可分为着底式、悬挂式(不完全式)。着底式防渗措施底部与基岩不透水层相接，能完全截断砂砾层，因此防渗效果好。悬挂式垂直防渗措施沿底部产生加密流网现象，防渗效果比着底式差，随着距不透水层距离加大，防渗效果显著降低，并加大防渗体底部水力梯度，从而增加发生内部管涌与接触冲刷的危险。因此，只宜采用承受水力梯度大的板桩及混凝土防渗墙等作为悬挂式帷幕，出口处做好反滤层、盖重，并要核算其底部及下游出口渗透稳定性。

(5)合理确定渗流计算方法，重要工程应进行缺陷敏感性分析

目前，渗流计算方法主要有解析法、电网模拟法、有限元法等。电网络模拟主要分析地下水渗流问题，目前水闸设计规范中对闸基渗流场的计算采用改进阻力系数法，该法与直线展开法均属于解析法，一般仅适合于地下轮廓线较简单的闸基渗流场的水头和渗透坡降计算，对于地基岩组呈韵带分布等复杂的地基分布情况或复杂的结构布置形式，按照该方法往往会出现较大误差，如多布水电站中，采用解析法计算时，防渗墙深度达到58m，而采用有限元计算，防渗墙深度仅需37米，因此，对于闸坝坝基的复杂三维渗流场应该采用合适的数值方法来计算，以确保闸坝坝基的防渗和稳定。

三维计算表明，悬挂式垂直防渗措施沿底部均会产生加密流网现象，另外,对于基础岩组渗透性强弱韵带分布情况，在弱透水层也会出现流网加密现象，从而增加发生内部管涌与接触冲刷的危险，设计时应进行专项分析。

实际防渗墙施工中,难免出现底部开衩、相邻槽段搭接不良等缺陷，对于重要工程，应开展缺陷渗流影响分析，提出合理的工程措施建议。多布水电站缺陷渗流分析表明：当防渗墙存在施工缺陷时，防渗墙相邻槽段间由于搭接不良出现裂缝对计算区域渗流场的影响远大于底部分叉产生的影响。工程防渗墙插入相对不透水层较大，防渗墙相邻槽段底部分叉缺口顶端位于相对不透水层顶面以下，因而防渗体系整体完整性无显著破坏，防渗体系整体防渗能力也无明显变化，仅底部分叉造成的局部漏水引起局部渗流场变化。而防渗墙相邻槽段间出现接缝时，由接缝上下贯穿形成渗流通道，直接影响坝基相对不透水层上部覆盖层渗流场，对漏水量、墙后自由面、各部位的渗透坡降均产生较大的影响。防渗墙应严格按技术规范施工，建议在施工过程中，保证槽孔几何尺寸和位置、钻孔偏斜、入岩深度(相对不透水层)、槽段接头等符合设计规范要求。

(6)重要工程应进行止水专项设计，并进行分区止水试验

永久伸缩缝面止水是防渗体系的重要组成部分，对于深厚覆盖层闸坝而言，要重视不同建筑物间沉降差对止水的剪切影响，结合三维应力应变分析及工程经验，合理选择止水结构，确保工程安全。

根据建设水电站的工程设计经验，应重视不同建筑物间的止水结构设计，通过合理安排工序，确保施工全过程沉降差与上部止水相适应，止水结构布置上，针对泄洪闸与右侧挡墙、生态放水孔与左侧厂房间沉降差分别为3.6cm、2.7cm的计算成果，采用两道止水+沥青井的设计，对回填砂卵石基础上的泄洪闸，采用特大翼缘、鼻子的止水结构，确保工程止水适应沉降差要求。

另外，根据建设水电站的工程经验，为检查止水片的埋设质量和止水效果，首先对两道止水进行分区设计，将连通的两道止水采用竖向止水分隔成封闭的区间，每个区间设置进水管、出水管，在两道止水片之间设有骑缝方形检查槽，检查槽尺寸为10×10cm，在结构块浇筑完成并满足强度要求后，通过进出水管，向止水检查槽进行压水，检查各个止水分区止水封闭性，压力为1.5倍设计水头，观测止水片是否漏水，若压水时止水片漏水超标，则通过引管对止水检查槽和两道止水片之间的缝面进行低弹聚合物灌浆，将止水检查槽及止水片之间的缝面填实，以期与两道止水片一起形成一道有效的防渗体。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种深厚覆盖层的防渗方法，其特征在于，该方法包括：

1)对岩组进行划分，确定渗流参数；对表层岩组开展现场原位试验，对深层岩组进行上部覆盖层压覆的室内渗透变形试验，确定覆盖层的渗透特性；

2)采取渗透坡降为主、渗透量为辅进行施工；

3)防渗墙布置采用短连接板+防渗墙防渗的形式，若基础岩组呈韵带分布并存在厚度大于5m、渗透系数1*10-5cm/s的弱透水层，则作为悬挂式防渗墙的依托层。

2.如权利要求1所述的深厚覆盖层的防渗方法，其特征在于，该方法还包括：4)采用承受水力梯度大的板桩及混凝土防渗墙等作为悬挂式帷幕，出口处做好反滤层、盖重。

3.如权利要求2所述的深厚覆盖层的防渗方法，其特征在于，所述4)还包括核算悬挂式帷幕和下游出口处渗透的稳定性。

4.如权利要求1所述的深厚覆盖层的防渗方法，其特征在于，所述2)中还包括：施工中重视渗透坡降与混凝土间接接触冲刷的安全性，闸坝底部与基础接触面采用垂直防渗形式。

5.如权利要求4所述的深厚覆盖层的防渗方法，其特征在于，所述垂直防渗形式包括：若防渗墙深度大于40m、防渗墙厚度大于1m，防渗墙嵌入基岩1m～4m，则采用槽孔法；若覆盖层中含有最大块径为5m～7m的块体，且覆盖层石质坚硬，则在防渗墙内预埋灌浆管，防渗墙采用帷幕钻孔灌浆。