溪西水庫右岸土壩壩基滲漏問題和防滲處理

陳伊清

(福建省水利水電勘測設計研究院,福建福州 350001)

溪西水庫右岸土壩壩基滲漏問題和防滲處理

陳伊清

(福建省水利水電勘測設計研究院,福建福州 350001)

針對土壩壩基滲漏特點,采用高壓旋噴灌漿和帷幕灌漿相結合的方法進行處理,其中包含一些特殊的處理形式,經實踐取得較理想的效果,達到防滲目的。

土質壩基;巖質壩基;高壓旋噴灌漿;帷幕灌漿

1 工程概況

溪西水庫位于福建省霞浦縣,是一座以灌溉為主,結合防洪、發電供水等綜合利用的重要中型水庫。水庫樞紐工程于1976年建成,由主壩漿砌石重力壩與右岸土壩結合的壩型,其中右岸土壩壩長79.2 m,最大壩高23 m,壩頂寬6 m。經大壩安全鑒定,右岸土壩壩基存在滲漏等問題。水庫除險加固工程主要采取右岸土壩殘積壩基的高壓旋噴灌漿及巖石壩基的帷幕防滲處理。

2 土壩壩基滲流問題[1]

2.1 工程地質條件

大壩右岸土壩壩體填筑材料為較均一的棕紅色粉質粘土,厚度6～19 m,壩體粉質粘土最低含砂量27.5%,最高達41.7%,平均含砂量33.3%,礫的含量<2.8%。根據試驗成果填土的含水率最小值24.3%,最大值31.4%,平均值28.1%;干密度最小值1.39 g/cm3,最大值1.66 g/cm3,平均值1.49 g/cm3。飽和快剪試驗的內摩擦角最小值19.3°,最大值25.6°,平均值22.4°。根據土壩壩體填筑土的標準貫入測試,隨著深度的加深,擊數也隨之增大;土的液性指數(I1)總體上隨深度加深,指標呈逐漸變小的趨勢;抗剪試驗指標凝聚力cq由深度2 m的33 kPa至深度15 m的68 MPa,內摩擦角自上而下增加3°～4°,無側限抗壓強度qu約130～160 kPa,大壩填土總體強度較高。

土壩壩基殘積土為磚紅色砂質粉土,厚度3.7～9.0 m,平均厚度6 m左右,為連續分布的土層。土的含水率平均值21%,濕密度1.75 g/m3,孔隙比0.833,孔隙度45.3%,密實度為中密狀態,飽和快剪凝聚力32.5 kPa,內摩擦角27.2°。該層上部屬偏高的中等壓縮性土,中下部屬于偏低的中等壓縮性土。

土壩段強風化帶巖體厚度0.5～4.5 m,弱風化帶上部巖體厚度一般10 m左右。強風化帶巖體風化破碎,基本呈碎裂結構;弱風化帶上部巖體呈鑲嵌碎裂結構,部分為碎裂結構,結構面發育,連通性好。

2.2 壩基滲流問題分析

根據土壩壩體填筑土的滲透試驗成果,鉆孔注水試驗測得的滲透系數最大值6.78×10-6cm/s,最小值4.6×10-8cm/s。室內滲透試驗,垂直滲透試驗的Kv最大值5×10-5cm/s,最小值2.3×10-7cm/s;水平滲透試驗的VH最大值5.6×10-6cm/s,最小值6.5×10-8cm/s。室內試驗的水平和垂直方向滲透系數KH比較符合壩體滲流形式和特征,且與鉆孔注水試驗的k值相對更接近些。從各方面的滲透性指標反映,土壩壩體填筑土的滲透性差,呈微透水或極微透水,土壩壩體滿足防滲要求。土質壩基是指土壩壩基上部殘積的砂質粉土土層,注水試驗測得的滲透系數最小值為6.72×10-5cm/s,最大值7.86×10-3cm/s,室內土樣滲透試驗平均值為2.1×10-5cm/s,呈弱—中等透水,在鉆探過程中多處出現大漏水,流量超過2 L/s。從壩基殘積土的性狀看,其滲透性差異明顯,變化較大,具有不均一性。由于實際的殘積土層存在各向異性,取土的滲透系數5×10-4cm/s作為計算參數,殘積層平均層厚m=6 m,土壩壩底寬度2b=56 m,水庫蓄水位水頭H=24 m,土壩壩長L=79.2 m,殘積土層的滲漏量近似計算為:79.5 m3/d

分析認為壩基殘積砂質粉土層為不均一的壩基滲透層位。

巖質壩基是指土壩壩基下部巖石壩基,巖性為花崗巖,中粒結構,塊狀構造。巖質壩基的上部主要是強風化和弱風化上部的壩基巖體,受風化、斷裂的侵蝕、破壞,加之水庫蓄水多年的滲透水流不斷淋濾作用,使風化破碎巖體的滲水通道連通性更好。在勘探過程中多個孔內曾出現漏水現象,在大壩外觀調查中發現壩右岸下游坡濕潤,草木茂盛,壩基滲漏跡象明顯。根據壓水試驗,強風化和弱風化上部巖體的最小透水率17 Lu,最大透水率136 Lu,而大多在30～60 Lu之間。強風化壩基注水試驗滲透系數3.49×10-3～7.86×10-3cm/s。壩基強風化和弱風化上部巖體總體呈強透水性。

根據土壩下游滲漏觀測,在正常蓄水位441.60 m時的滲漏量為233.2 m3/d,達2.7 L/s,土壩壩基滲漏量大。

3 防滲處理設計

3.1 土質壩基防滲處理設計

土質壩基防滲處理是針對壩基殘積土的滲漏問題采取的防滲處理。根據土壩壩基滲漏問題的實際情況,通過各種處理方案的比較,選擇對土和環境的適應性較強,施工速度較快,成本相對較低,在技術保障下可取得較好防滲效果的高壓旋噴灌漿處理方法。

高壓旋噴灌漿防滲處理是在壩軸線上布置1排孔,設計孔距為0.4 m,高噴段為壩基殘積土層段,具體灌漿段為強風化上限界面下0.2～0.3 m至土壩填筑土底界面以上0.6 m。通過高壓旋噴的樁柱凝結體套接,在殘積土層形成地下連續防滲墻,達到防滲處理的目的。同時,為保證同軸線下部巖基的帷幕灌漿更好的效果,使強風化巖體帷幕灌漿的灌漿壓力得到適當提高,在高噴地連墻的主噴排上、下游各布置1排,排距0.45 m,孔距0.4 m的高壓旋噴孔,高噴灌漿段自強風化上限界面下0.2～0.3 m至以上2.5 m,從而在強風化巖基之上殘積土層底部形成厚度2.5 m的與連墻連體的高噴凝結土蓋板。

3.2 巖質壩基防滲處理設計

巖質壩基強風化和弱風化上部透水巖體采用帷幕灌漿處理,帷幕線同時布置在壩軸線上,與高噴地連墻同軸線,帷幕灌漿設計為1排孔,帷幕體頂部與高噴地連墻底部銜接。

由土質壩基的高噴地連墻和巖質壩基的防滲帷幕組成壩基防滲體系。

4 防滲處理施工

4.1 高壓旋噴防滲處理

土質壩基高壓旋噴采用單管法,主噴排孔距為0.4 m,分兩序施工,作為蓋板的上、下排排距0.45 m,孔距為0.4 m,鉆孔按梅花型布置。其中主噴排共131孔,上、下游排各119孔,合計369孔。

首先進行主噴排施工,后施工上、下排,同排內的高噴灌漿孔分兩序施工,并相鄰施工孔間距>5 m。造孔時下套管,深度至土壩填筑土與殘積層界面以上0.6 m的高噴灌漿上界位置,造孔下套管的目的是:第一,以避免高噴施工時高速回漿流對土壩壩體的沖刷破壞;第二,保護土壩壩體段孔壁的清潔平凈,使回填土與原土壩壩體填筑土能更好有機地膠結。由于漿液固結過程中存在的析水收縮作用,故當每一高噴孔結束灌漿后,抽取孔內余留漿液,保留漿液面在高噴結束位置以上0.5 m左右。然后,提拔套管,待孔內凝結土固結后,孔內回填粘性土擊實。

高噴灌漿施工控制性參數為:灌漿壓力25～30 MPa,水灰比1∶1,提升速度20 cm/min,旋噴轉速20 r/min,噴嘴直徑2.0 mm。

通過取芯檢測,在規定的施工參數條件,高噴樁徑為0.5～0.55 m,旋噴套接5～10 cm,實際樁徑達到設計要求,滿足樁的搭接理想效果。

4.2 帷幕灌漿防滲處理

巖質壩基帷幕線沿高壓旋噴主噴排軸線布置,帷幕灌漿排數為1排,分三序施工,Ⅰ序共11孔,孔距6.4 m,Ⅱ序共11孔,孔距3.2 m,Ⅲ序共22孔,孔距1.6 m,各序孔中心在高噴孔兩孔之間。Ⅰ序孔作為先導孔,同時也作為先期高壓旋噴灌漿的檢查孔。

土壩巖質壩基已經歷多次帷幕灌漿,由于強風化和弱風化上部巖體,透水性強,灌漿難度大,多次的灌漿效果均不好。通過分析研究,認為先前的灌漿在施工方法、手段、材料,及其有關參數上選擇不當,缺乏針對性。因此,在這次防滲處理中,強風化巖體灌漿段長度≤3 m,弱風化巖體灌漿段長度根據實際情況考慮適當延長,但≤5 m。灌漿采用自上而下和自下而上相結合的分段法,即下行法灌完第1段后,從第2段開始,下行法在灌完本段后再采用上行法,將阻塞器移至第1段的頂部復灌上一段,以下各段均采用此方法進行。使每一灌漿段都灌漿兩次。

帷幕灌漿第1段壓力0.8～1.0 MPa,第二段壓力1.0～1.5MPa,第3段壓力2.0～2.5MPa,第4段以后每段壓力增大0.5 MPa,每一段的壓力都盡量采用規定壓力的上限值。漿液為單一的1∶1水灰比,對無法進行正常灌漿的大漏漿段采用水、灰、砂比為2∶1∶1的水泥砂漿灌注。帷幕灌漿以透水率q<5 Lu作為相對隔水頂板控制線。

4.3 檢查效果

高壓旋噴灌漿8個檢查孔,26段注水試驗結果,高噴凝結土的滲透系數一般<1×10-6cm/s,最大值8.49×10-5cm/s,最小值2.17×10-7cm/s,基本呈微透水和極微透水,高噴形成的地連墻達到防滲效果。

帷幕灌漿檢查共17段壓水試驗結果,帷幕體的透水率0.06～4.66 Lu,平均透水率1.54 Lu,其中透水率<1 Lu占總試段的53%。防滲帷幕達到防滲設計要求。

根據滲漏觀測,防滲處理后,右岸土壩壩基滲漏量為0.914 L/s(觀測的滲漏量其中包含右岸山體地下水的排泄量,實際土壩壩基滲漏量約為0.3 L/s),右岸土壩殘積及強風化和弱風化上部壩基巖體經過防滲處理后,效果較明顯,壩下游坡原多個排水孔已不排水,土壩浸潤線降幅約1.8 m,防滲處理達到了要求。

5 結語

溪西水庫右岸壩壩基的防滲處理,是根據右岸土壩壩基的實際水文工程地質條件和工程地質特性,采取的技術上較可行、工藝上較可靠、經濟上較適宜、效果上較理想的處理方法,防滲處理的方法針對較強。本工程在滲漏問題分析、防滲處理設計理念,及特別施工方法等方面提供了一些可借鑒的經驗。

[1] 福建省霞浦溪西水庫除險加固工程初步設計工程地質勘察報告[R].福州:福建省水利水電勘測設計研究院,2004.

(責任編輯:胡立智)

The Earth Dam Foundation Seepage and Its Countermeasures for the Right Part of Xixi Reservoir

CHEN Yiqing
(Fujian Investigation,Design&Research Institute of Water Resources&Hydropower,Fuzhou,Fujiang350001)

Aiming at the features of the earth dam foundation seepage,the high pressure circular jet grouting combining with curtain grouting,which involved in some special countermeasures,were adopted.The treatmentswere so effective that seepage was controlled.

earth dam foundation;rock dam foundation;high pressure circular jet grouting;curtain grouting

TV697.3+2

A

1671-1211(2010)05-0516-03

2010-07-30;改回日期:2010-08-30

陳伊清(1960-),男,高級工程師,水文地質與工程地質專業,從事水利水電和巖土工程勘察工作。E-mail:fzdd158cyq@163.com