長低壩水利除險加固工程防滲處理方案的探索與實踐

李錫均 和潤秋

(1.云南省水利水電勘測設(shè)計研究院,昆明 650021;2.麗江市玉龍縣水利局,云南 麗江 674100)

1 工程概況

文筆水庫位于麗江市西南角玉龍縣黃山鎮(zhèn)境內(nèi)的文筆山腳,青龍河之尾。地理位置為東經(jīng)100°11′,北緯26°47′, 距麗江玉龍縣城約3km, 有公路可到達水庫,交通較方便。

文筆水庫始建于1957年,經(jīng)歷近8年時間,至1965年擴建加壩到目前規(guī)模。文筆水庫大壩壩型為均質(zhì)土壩,壩頂高程2381.18m,最大壩高5.80m,壩頂高程 2380.30～2381.80m,壩頂長191.00m,壩頂寬2.4m～6.9m,上游壩坡坡比1︰1.9～1︰4.1,下游壩坡坡比1︰1.6～1︰4.2。

水庫運行近五十年來,壩體嚴重開裂變形、防浪墻斷裂、倒塌及東壩、北壩上游壩坡嚴重淘蝕,已危及壩體安全。

防浪墻多處坍塌,有較大的裂縫共21條,其中橫向裂縫 16條,縱向裂縫5條,最大縫寬8mm,防浪墻傾斜變形十分嚴重。

大壩滲漏主要為壩體滲漏和壩基滲漏,壩體在正常蓄水位時后壩坡共有10個潮濕區(qū),總潮濕面積達2630m2,可測量的總滲漏量為10.42L/s;大壩壩基存在透水性較強的松散粉砂層及砂礫石層,大部分壩基局部存在繞壩滲漏,在下游壩腳形成沼澤地。

水庫右壩肩及南岸在高程2377.80m～2381.18m范圍內(nèi)為泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r,巖體較破碎,溶孔、溶隙發(fā)育,存在庫岸滲漏問題。

因此,由于壩體變形、壩體及壩基滲漏,給大壩的結(jié)構(gòu)安全帶來極大的隱患,迫使水庫長期在低水位運行,影響到水庫正常的工程效益。

2 工程地質(zhì)

(1)地層巖性。

第四系:①洪湖積層 (Qpl+l):為壩址區(qū)主要下伏地層,為灰色、灰褐色、灰白色含淤泥質(zhì)粉土,粘土,局部含少量粗中細砂土,軟塑～可塑狀,局部呈流塑狀。②湖積層 (Ql):為黑灰色草煤層及泥炭質(zhì)粉土、粘土。流塑～軟塑狀。③洪沖積層 (Qpal):為灰色、淺灰色、灰白色砂礫層夾卵石及粉砂、粉土層,松散～中密狀。

中生界三迭系中統(tǒng)。北衙組中段 (T2b2):灰白色白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r。

(2)地質(zhì)構(gòu)造。

區(qū)內(nèi)無大的斷層發(fā)育及穿越,第四系湖積層較厚,下伏地層為 (T2b2)白云質(zhì)灰?guī)r,出露于右壩肩,產(chǎn)狀N32E,NW∠25°,呈中～厚層狀,節(jié)理裂隙發(fā)育,所鉆孔揭露巖層較破碎。

(3)水文地質(zhì)條件。淺層地下水主要為賦存于第四系堆積體內(nèi)的孔隙水,深層地下水為基巖內(nèi)的裂隙水。

①含水 (透)水層 (帶):根據(jù)水庫勘察鉆孔壓 (注)水試驗,區(qū)內(nèi)含水 (透)水層 (帶)主要為湖積層砂卵礫石層及庫盆底部三疊系中統(tǒng)北衙組(T2b2)白云質(zhì)灰?guī)r巖溶水含水層,相對富水性強,透水性強～極強。

②相對隔水層 (帶):根據(jù)鉆孔壓水試驗,相對隔水層 (帶)主要隔水層為第四系洪湖積層(Qpl+l)含淤泥質(zhì)砂質(zhì)粉土、粘土及 (Ql)有機質(zhì)腐榍草煤層及碳質(zhì)粉土、粘土。

③地下水補給、徑流、排泄:地下水接受大氣降水、巖溶泉水、地表水補給,主要通過巖溶管道、砂卵礫石層徑流,以泉水或散浸出露,匯入漾弓江向下游排泄。

(4)壩體各土層物理力學(xué)指標見表1。

3 防滲方案的選擇與優(yōu)化和比選

3.1 防滲方案的選擇

對于麗江市玉龍縣文筆水庫除險加固工程而言,無論采用哪一種防滲處理方案,如灌漿法、高壓旋噴法、混凝土防滲墻法、深層攪拌樁法,均能滿足設(shè)計的防滲要求,達到除險加固的目的。根據(jù)實際情況,應(yīng)從技術(shù)可行、投資節(jié)省、滿足工期要求進行選擇施工方案。

表1 壩體各土層物理力學(xué)指標表

3.2 防滲方案的優(yōu)化與比選

為防止壩基的滲透破壞,減少壩基及繞壩滲漏量,對壩基防滲進行三種垂直防滲方案的比選。

方案一:在上游壩腳進行水泥土深層攪拌樁及帷幕灌漿兩種防滲措施相結(jié)合的防滲處理方案。深攪樁直徑 D=600mm,孔距 400mm,搭接長度200mm,最大處理深度18.05m,處理范圍:壩0+026.00～1+1944.00m。由于壩 0+000～0+026m范圍防滲底界較深,已超過深攪樁最大施工能力,且右壩肩下部白云質(zhì)灰?guī)r段無法采用深攪樁施工,故0+029.00～0-030.00段采用帷幕灌漿防滲,單排孔,孔距1.5m,與深攪樁段搭接長度3m,以形成完整的垂直防滲體系。

方案二:在壩軸線上全壩段進行帷幕灌漿防滲處理。采用水泥漿灌注。最大深度19.98m,單排孔,孔距1.50m 。

方案三:在壩軸線上全壩段進行混凝土防滲墻處理,防滲墻厚度采用0.40m。

壩基的二種防滲方案比較:

方案一的優(yōu)點是施工簡單、速度快造價低廉,對變形的適應(yīng)性強。缺點是受施工工藝等限制,無法對超過20m的基礎(chǔ)和基巖進行施工,必須和其它防滲工藝交叉使用。

方案二的優(yōu)點是工藝成熟、施工較簡單,可灌性、可控性較好,適應(yīng)地層廣、深度大。但由于壩體較矮,壓重小,不利于灌注時加壓,對施工質(zhì)量有很大的影響。

方案三的優(yōu)點是施工時振動小,噪音低,墻體剛度大,防滲性能好,可以貼近施工;缺點造價高。

從投資方面看(見表2),方案一(深攪樁方案)較方案二(帷幕灌漿方案)和方案三(混凝土防滲墻方案)費用低,施工簡單,速度較快,可靠性較高。方案二、方案三施工及試驗檢測手段比較成熟,但投資較方案一高。因此,結(jié)合文筆水庫的實際情況,推薦采用施工較為簡單,投資較少的方案一對壩基進行防滲處理。

表2 三種防滲方案主要工程量表

3.3 深層攪拌樁防滲方案適用范圍與作用機理

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2002)一般規(guī)定:水泥土攪拌法分為深層攪拌法和粉體噴攪法。水泥土攪拌法適用于處理正常固結(jié)的淤泥質(zhì)土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等。

由攪拌機機械將水泥等固化劑按設(shè)計配合比配制的漿液灌入地層并攪拌,利用固化劑的水解與水化反應(yīng),以及反應(yīng)生成的水化物與土體物質(zhì)的一系列化學(xué)反應(yīng),使固化劑與土的混合料逐漸硬化成水泥土樁樁。

4 施工

4.1 施工依據(jù)及設(shè)計指標

(1)云南省水利水電勘測設(shè)計研究院的《玉龍縣文筆水庫擴建工程施工技術(shù)要求》。

(2)湖南宏禹云南分公司玉龍文筆水庫工程項目的《水泥土深層攪拌樁施工試驗報告》和《生產(chǎn)性灌漿試驗專題報告》。

(3)云南省水利水電勘測設(shè)計研究院的《玉龍縣文筆水庫除險加固工程初步設(shè)計報告?3.工程地質(zhì)》。

(4)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2002)。

(5)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T5148-2001)。

(6)《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50202-2002)。

(7)《水利水電工程注水試驗規(guī)程》(SL345-2007)。

(7)《水利水電工程壓水試驗規(guī)程》(SL31-2003)。

(9)《水利水電工程鉆探規(guī)程》(SL291-2003)。(10)其它要求及圖紙。

4.2 設(shè)計指標

(1)防滲指標:①深攪樁墻體28d后K≤10-5;②帷幕灌漿防滲標準q＜10Lu。

(2)抗壓強度指標:無側(cè)限抗壓強度≥0.3MPa。

4.3 施工工藝

0-30～0+50.5m、低涵(0+393.6～0+431.1m)、中涵(1+561.1～1+574.6m)采用帷幕灌漿試驗工藝,其它段采用深層攪拌樁施工工藝。

4.4 施工工期控制

帷幕灌漿部分于2009年7月25日開工,于2009年10月14日結(jié)束。

深層攪拌樁部分于2009年8月11日開工,于2009年12月11日結(jié)束。

從開工至結(jié)束的工期滿足了設(shè)計工期的要求。

5 工程質(zhì)量檢查

5.1 施工過程檢查

檢查內(nèi)容包括水泥規(guī)格及用量、外加劑用量、水泥漿液密度、孔位、孔斜、灌漿中斷時間、攪拌軸的提升速度及轉(zhuǎn)速、成樁時間、成樁速度、鉆頭直徑、樁架的垂直偏差、斷樁處理情況和施工記錄等。做到每日一查,發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

5.2 帷幕灌漿

帷幕灌漿共完成8個單元,每個單元按規(guī)定布置灌漿孔數(shù)的10%檢查孔,共完成11個檢查孔,44段次壓水試驗,每一段次壓水試驗透水率值q均小于10Lu,滿足設(shè)計的防滲標準要求。

5.3 深層攪拌樁樁體質(zhì)量檢測及檢測方法

工程完工后應(yīng)對所施工的深攪樁進行抽樣檢測,檢測結(jié)果應(yīng)滿足允許偏差標準。檢測標準可按表3執(zhí)行。

(1)開挖檢驗。于成樁28d后,每200m 開挖一處。開挖深度不小于2.0m,長度不少于2.0m。測量墻體中樁的垂直偏差、樁位偏差、樁頂標高,觀察核酸與樁之間的搭接狀態(tài)、攪拌的均勻度、滲透水情況、裂縫、缺陷等。

(2)取芯試驗。成樁28d后,每一個單元工程布一個鉆孔,在防滲墻中取一組水泥土芯樣(各鉆孔的不同深度取樣),室內(nèi)養(yǎng)護到28d,作無側(cè)限抗壓強度試驗。

表3 深層攪拌防滲墻施工允許偏差及技術(shù)標準表

(3)注水試驗,在檢查孔中自上而下按5.0m一段進行。

5.4 效果檢查情況

(1)注水試驗檢查。

本工程共劃分為78個單元,每個單元布置近3個檢查孔,共布置222個檢查孔,每一檢查孔每段注水試驗的滲透數(shù)K均≤10-5m/s。

(2)開挖檢查。

按設(shè)計及監(jiān)理要求成樁28d后進行了開挖檢查,根據(jù)實測資料,樁與樁搭接較好(見圖1),均達到了設(shè)計要求。

圖1 開挖檢查樁體

(3)無側(cè)限抗壓強度試驗。

根據(jù)設(shè)計及監(jiān)理要求,按檢查孔數(shù)的5%取樣,每孔取兩組試樣進行無側(cè)抗壓強度試驗,共做22組無側(cè)限抗壓強度試驗,其抗壓強度均≥0.3MPa。

6 投資結(jié)算與投資偏差分析

根據(jù)文筆水庫防滲處理完成的工程量,其投資結(jié)算如表4。

表4 完成工程量及投資結(jié)算表

從表4中可以看出,本工程完成總投資為727萬元,接近方案二的投資,出現(xiàn)這種情況的原因如下。

(1)原設(shè)計方案中未包括檢查孔和檢查孔封孔的工程量。

(2)原設(shè)計方案中,上游有圍堰,本次施工中優(yōu)化了設(shè)計方案,把深層攪拌樁的軸線提至壩軸線上,取消了上游圍堰,并取消以上游斜墻粘土料防滲處理方案,兩項相加投資超過100萬元,軸線變動后深層攪拌樁的進尺增加了2000m左右,投資與之相接近。

(3)由于中、低涵的處理,深層攪拌樁無法滿足設(shè)計的要求,在施工中改為帷幕灌漿,從表4中可以看出帷幕灌漿的投資近80萬元。

從以上3個方面分析,設(shè)計的總投資與施工結(jié)算的總投資是相近的,沒有超出設(shè)計投資。

7 結(jié) 論

通過本次深層攪拌樁在麗江玉龍文筆水庫除險加固工程中的實踐,得到如下的結(jié)論及體會。

(1)對于長低壩水利除險加固工程而言,無論采用何種工藝均能達到防滲的目的,但必須從實際出發(fā),既能滿足要求,又能節(jié)省投資和滿足工期要求是最佳選擇的施工工藝。

(2)施工中應(yīng)盡量縮短制漿池與樁機間的距離,以減少送漿漿管的長度。

(3)攪拌樁施工機械應(yīng)與保證漿液流量相配套,以控制每根樁的漿量、總漿量、攪拌噴漿過程。

(4)為保證樁頭部位的施工質(zhì)量,應(yīng)增加樁頭的復(fù)攪噴漿。

(5)通過本次深層攪拌樁在除險加固工程成功實踐,可以達到加固壩體的穩(wěn)定性和防滲處理目的,對于長低壩除險加固工程,采用深層攪拌的防滲處理工藝是可以值得見鑒的。

[1]甘國權(quán),陳芙蓉等.深攪法[M].北京:中國水利水電出版社,2006

[2]建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].JGJ79-2002

[3]建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].GB50202-2002

[4]水利水電工程注水試驗規(guī)程[S].SL345-2007

[5]水利水電工程鉆探規(guī)程[S].SL291-2003

[6]玉龍縣文筆水庫擴建工程施工技術(shù)要求.云南省水利水電勘測設(shè)計研究院

[7]玉龍縣文筆水庫施工管理工作報告.湖南宏禹云南分公司

[8]玉龍縣文筆水庫工程完工結(jié)算報告.湖南宏禹云南分公司