毛細透排水帶在大樟樹水庫大壩排水體除險加固中的應(yīng)用

1、毛細透排水帶在大樟樹水庫大壩排水體除險加固中的應(yīng)用張家界弘源水利水電規(guī)劃設(shè)計有限公司 湖南 長沙410007【摘 要】文章通過對大樟樹水庫大壩排水體除險加固工程中毛細透排水帶 的應(yīng)用，系統(tǒng)的介紹了毛細透排水帶的性能及優(yōu)點，并分析了應(yīng)用后的效果，說 明了此種材料排水效果明顯，且造價低，在類似工程中有很好的應(yīng)用前景?！娟P(guān)鍵詞】水庫；毛細透排水帶；排水體；排水1、工程概況大樟樹水庫位于澧水水系涔水支流，是一座以灌溉為主、兼顧防洪、鄉(xiāng)鎮(zhèn)供 水、養(yǎng)殖等綜合利用的小（i ）型水利工程。該工程屬典型“三邊”工程。工程施工時，采用大兵團作戰(zhàn)，由于工程量大， 施工設(shè)備落后，施工、技術(shù)人員技術(shù)水平低和施工管理不善

2、，加之清基不徹底, 填筑土料質(zhì)量難以控制，故施工質(zhì)量未得到充分保證。同時由于工程投入運行后, 缺乏資金，輕視管理，經(jīng)運行多年后存在嚴(yán)重的運行安全問題。大壩下游壩腳排 水設(shè)施失效垮塌，大壩下游壩腳沼澤化日趨嚴(yán)重，嚴(yán)重影響大壩安全。2、導(dǎo)滲排水措施方案大樟樹水庫除險加固設(shè)計時考慮了兩個方案。方案一：壩腳新建排水棱體，設(shè)計排水棱體高3m,排水棱體坡比按1.5 布置，棱體總長58.67m,設(shè)計排水棱體頂寬1.5m,底寬9.0m,排水棱體上游面 及基礎(chǔ)底面采用d=2mm厚25cm中粗砂及d二350mm厚25cm碎石濾料層，其 余釆用干砌塊石砌筑。方案二：釆用垂直導(dǎo)滲井排水。在下游壩腳布置垂直導(dǎo)滲井，頂部

3、高程為 98.7m。深3.0m,導(dǎo)滲井鋪設(shè)毛細透排水帶,毛細透排水帶直徑67mm。導(dǎo)滲井 間距為l.omo在毛細透排水帶尾部設(shè)一橫向同直徑的毛細透排水帶，用三通連 接，將滲水排至其后的排水溝。經(jīng)比較，方案一占地、開挖量大，棱體所需塊石需到外購，造價亦高，總造 價超過40萬元；方案二施工簡單，易于操作，工程量較小，造價相對低很多， 總造價僅7.2萬元。設(shè)計采用方案二，即下游壩腳設(shè)置毛細透排水帶。3、毛細透排水帶特點毛細透排水帶是當(dāng)前導(dǎo)排水工程中的一種新型導(dǎo)濾排水材料，是臺灣科學(xué)家 們經(jīng)過十余年的試驗研究成果和發(fā)明。利用毛細、虹吸排水原理，解決傳統(tǒng)導(dǎo)、 過濾排水方式容易淤堵失效的問題。槽孔設(shè)計上為

4、內(nèi)人外小，且埋設(shè)時開槽面向 下，當(dāng)巖土內(nèi)含有水份吋，由于圓孔直徑約為1mm,而開槽寬度只有0.3mm, 產(chǎn)生毛細現(xiàn)象，迫使水流自行由下往上倒吸進入毛細導(dǎo)管內(nèi)，巖土中被水流夾帶 的顆粒將因重力自行向下沉淀過濾，而水分子因水頭朝上擠入毛細管，造成水土 分離，各行其道，達成防堵效果。產(chǎn)品利用四種大自然現(xiàn)象“毛細、虹吸、重力、表面張力”自動達成吸水、 過濾、封閉、排水等動作。經(jīng)臺灣科學(xué)家多年試驗研究，并經(jīng)2年模型試驗及 多年的工程應(yīng)用，產(chǎn)品各項性能指標(biāo)優(yōu)良。3.1主要物理和水力學(xué)性質(zhì)根據(jù)臺灣科技大學(xué)纖維工程技術(shù)系的試驗報告，其排水帶的物性數(shù)據(jù)如下表。3.2、實踐和實驗主要特性和優(yōu)點(1) 不淤堵：首先

5、，毛細透排水帶安裝時，開窄槽一面傾斜朝下，在毛細 力的作用下，水流自行由下往上倒吸進入毛細導(dǎo)管內(nèi)，而被水流夾帶的土壤顆粒 將在重力的作用下沉淀過濾。另外，槽孔設(shè)計內(nèi)大外小，窄槽進水口寬度比毛細 導(dǎo)管直徑要窄小得多，因此即使有細小顆粒進入毛細導(dǎo)管，不是窄槽再度冋歸土 壤，就是隨同管流向外排出。細長狀槽溝本身較個別分離孔洞設(shè)計更不易堵塞。 通過室內(nèi)試驗及實際工程排水運行情況反饋，至今未發(fā)生因排水帶堵塞導(dǎo)致排水 失效情況。(2) 主動排水：毛細透排水帶巧妙利用表面張力，使水流在窄縫溝槽上自 動形成封閉水膜，防止回漏，當(dāng)水開始進入帶體內(nèi)部吋，毛細力就自然地對土壤 中的水份產(chǎn)生抽吸作用，直至灌滿、封閉，

6、然后向外排水，當(dāng)水流順坡而下到達 溢出口時，將因落差，利用毛細及虹吸力產(chǎn)生在毛細管內(nèi)的負(fù)壓，促使排水帶主 動排水，排水效果較普通排水材料要好。(3) 排水能力強：吸水面開孔率25%以上，有效吸水面積人，滲透系數(shù)達 0.2cm/s以上，每平方排水帶1小吋可排水1.82m3 (lm水頭)，排水能力較傳 統(tǒng)材料優(yōu)勢明顯。此外，毛細透排水帶柔軟，能適應(yīng)起伏不平的地形鋪設(shè)，在四 種大自然現(xiàn)象“毛細、虹吸、重力、表面張力”的作用下，排水暢流自如。(4) 滲流穩(wěn)定性好：排水帶吸水面開槽面積一樣，各段吸水能力一致，地 下水在巖土內(nèi)滲流速度穩(wěn)定，不會形成集中滲流而產(chǎn)生局部滲流破壞。(5) 抗壓力能力強：拱橋形結(jié)

7、構(gòu)設(shè)計，有效分散應(yīng)力分布，能承受12mpa 的碾壓力，毛細虹吸力不受任何影響，材料抗壓能力極強。(6) 耐久性：采用改性pvc、hdpe等聚合材料成型，產(chǎn)品生產(chǎn)過程中添加 防垢劑等，不腐朽，抗紫外線，不結(jié)垢，耐久性好。經(jīng)試驗該產(chǎn)品可使用50年。 由于該產(chǎn)品埋于地下，實際使用壽命更長。(7) 水垢附著性：水垢之形成一般為高溫冷卻后，鈣離子迅速還原形成， 巖土中則無高溫環(huán)境；且本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計為底部開孔，游離鈣亦將因重力沉淀冋 歸土壤。(8) 施工簡易：卷筒型包裝不占體積，運輸、倉儲、管理、施工成本低， 口不需接頭；具撓曲柔性，可與起伏不平的巖土面緊密貼合，形成無限長、壓不 扁的水流高速公路；結(jié)構(gòu)上

8、類似拱橋原理，經(jīng)檢驗在20%變形吋，抗壓強度為 1.6n/mm2,施工中允許滾壓夯實；傳統(tǒng)的排水材料需要大量級配要求嚴(yán)格的砂 卵石材料，而它僅需極少的無級配要求的砂卵石。因此施工及其簡便。4、毛細透排水帶排水體施工4.1、施工機具及材料施工的主要材料為：毛細透排水帶、pvc硬管、砂卵石、固體粘接材料、液 體粘接材料、厚2mm的小砂輪和小砂輪機等。4.2、施工程序在大壩培厚前先按毛細透排水帶鋪設(shè)的設(shè)計坡比削坡整形，同時對坡底整形, 保證倉面平整，坡底應(yīng)該修整成不緩于設(shè)計要求的坡度。施工吋采用逐節(jié)開挖, 逐節(jié)冋填方式。用pvc管作為毛細透排水帶的集水暗管,先按設(shè)計要求用電鋸順管線方向每 隔lm鋸出

9、一條20cm長的裂口，毛細透排水帶鋪設(shè)前先按管段下料并安插于pvc 管中，用膠封好毛細透排水帶平整面（過濾窄溝背面）與pvc管裂口的縫隙，但 不能封住過濾窄溝。為防止細小土粒堵塞濾水孔，毛細透排水帶未插入pvc管的 一端也應(yīng)用膠密封好。毛細透排水帶安插端稍進入pvc管即可，千萬不能抵至 pvc管壁，否則會阻礙滲水排泄至管中。以上工序完成后即可將毛細透排水帶敷設(shè)于坡底，敷設(shè)時pvc管緊貼坡底上 游側(cè)，毛細透排水帶過濾窄溝面緊貼開挖邊坡上游面。各管段之間以及集水暗管與排水暗管的連接均在坡底現(xiàn)場對接。鋪設(shè)完成后，向坡底毛細透排水帶鋪設(shè)自然級配的砂卵石，保證覆蓋砂卵石 層頂，然后回填粘土。回填粘土采用

10、人工夯實，以防止對已敷設(shè)好的壩內(nèi)設(shè)施產(chǎn) 生破壞。在pvc橫管出口處沿壩腳建一條排水溝，溝底低于pvc橫管20cm左右。5、應(yīng)用效果大樟樹水庫排水體施工完成后，為了掌握毛細透排水帶的排水效果，在壩后 排水溝尾端設(shè)置了個三角薄壁堰和沉砂池，用來觀測滲流量。經(jīng)多次檢查觀測, 從pvc橫管的滲水清澈，其他壩腳處無滲水溢出，沉砂池?zé)o泥沙沉枳。觀測結(jié)果 表明毛細透排水帶性能穩(wěn)定、排水通暢、沒發(fā)生因滲水帶出土?，F(xiàn)象。從除險加 固后運行情況來看，毛細透排水帶排水體依然運行良好，壩腳泡水軟化現(xiàn)象得以 解決。結(jié)語大樟樹水庫除險加固中采用毛細透排水帶導(dǎo)滲排水，不僅達到了良好的排水 效果，而口工程投資大大節(jié)?。皇┕ず啽?，施工速度快，縮短了工期。毛細透排 水帶具有明顯的優(yōu)勢特點，在類似導(dǎo)滲排水