河南省濟(jì)源市曲陽(yáng)水庫(kù)滲漏分析與治理

薛偉彬 鄭青

(河南省中陸工程技術(shù)有限公司,河南鄭州 450000)

河南省濟(jì)源市曲陽(yáng)水庫(kù)滲漏分析與治理

薛偉彬 鄭青

(河南省中陸工程技術(shù)有限公司,河南鄭州 450000)

濟(jì)源市曲陽(yáng)水庫(kù)自1960年建成蓄水以來(lái),壩基截水槽未完全截?cái)?滲漏嚴(yán)重。經(jīng)多方案比較,決定采用高噴注漿防滲板墻的防滲處理方案對(duì)壩基進(jìn)行處理,河南省水利廳以《關(guān)于對(duì)濟(jì)源市曲陽(yáng)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)的審批》批準(zhǔn)曲陽(yáng)水庫(kù)大壩滲漏采用高噴注漿防滲板墻防滲方案。工程布設(shè)灌漿孔共584個(gè),孔徑110mm,灌漿總進(jìn)尺3758m。已通過(guò)竣工驗(yàn)收,目前運(yùn)行良好。

水庫(kù)大壩 滲漏 設(shè)計(jì) 高噴注漿 施工 防滲

1 工程概況

曲陽(yáng)水庫(kù)位于南省濟(jì)源市南蟒河上游曲陽(yáng)村南的五子河和虎嶺河之間,距離市區(qū)9km,屬黃河流域,壩址以上虎嶺河干流長(zhǎng)19.2km,控制流域面積40km2;壩址以上五子河干流長(zhǎng)24.6km,控制流域面積68km2。主壩為均質(zhì)土壩,設(shè)計(jì)壩頂高程181.70m,壩高9.9m,主壩長(zhǎng)573m,壩頂寬15m。副壩分南、北兩座,北副壩長(zhǎng)690m,高4～5m,頂寬6m,壩頂與主壩相平;南副壩長(zhǎng)470m,高2-6m,壩頂?shù)陀谥鲏?.3-0.5m,頂寬7m。水庫(kù)總庫(kù)容230萬(wàn)m3,死庫(kù)容14.3萬(wàn)m3,防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水設(shè)計(jì),100年一遇洪水校核,是一座以防洪、調(diào)蓄為主,兼顧灌溉、旅游和養(yǎng)殖等功能的平原小(Ⅰ)型水庫(kù)。

水庫(kù)興建于1959年,由于歷史原因,施工質(zhì)量較差,出現(xiàn)了壩體、壩基滲漏問(wèn)題,造成壩后出現(xiàn)侵沒(méi)、沼澤化現(xiàn)象,并多次在汛期出險(xiǎn),水庫(kù)一直嚴(yán)格控制運(yùn)用,急需進(jìn)行防滲加固。

2 大壩工程地質(zhì)與滲漏成因分析

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告結(jié)論河槽段壩基地層主要為第四系全新統(tǒng)級(jí)配不良礫及低液限粘土組成,級(jí)配不良礫具強(qiáng)透水性,低液限粘土屬弱－中等透水性。筑壩時(shí)壩基截水墻并未完全截?cái)嗉?jí)配不良礫層,使主壩壩基還存在滲漏問(wèn)題;北(左)副壩級(jí)配不良礫分布在樁號(hào)N0+140～N0+500之間,厚度大于17.0m,其中N0+000～N0+140和N0+500～N0+600之間均存在級(jí)配不良礫夾層,厚度約2m～3.3m,南(右)副壩級(jí)配不良礫分布在樁號(hào)S0+630附近,屬?gòu)?qiáng)透水性,存在壩基滲漏問(wèn)題,該處南副壩上游壩坡庫(kù)區(qū)內(nèi)為臺(tái)地,能起到防滲作用。

壩基為低液限粘土,中間夾多層級(jí)配不良砂,滲透系數(shù)范圍值為9.2×10-5－9.93×10-4cm/s,局部也存在壩基滲漏問(wèn)題。壩基級(jí)配不良礫層存在發(fā)生管涌滲透變形的工程地質(zhì)問(wèn)題,結(jié)合截水墻土體滲透系數(shù)較大的實(shí)際情況,壩基存在滲漏和滲透變形問(wèn)題。

曲陽(yáng)水庫(kù)是群眾性施工,從附近取土直接上壩填筑,沒(méi)有采用大型機(jī)器碾壓設(shè)備進(jìn)行施工,主要是人工夯實(shí),拖拉機(jī)拉石磙碾碾壓,施工質(zhì)量差。壩體材料主要是黃色低液限粘土組成,土質(zhì)不均勻,含少量鈣質(zhì)結(jié)構(gòu),壩體土滲透系數(shù)不滿足規(guī)范要求。

3 防滲技術(shù)方案確定

3.1 方案一

采用高噴注漿防滲板墻防滲,目的是載斷壩基下的主要透水層,即級(jí)配不良礫層,層厚0.50-6.4m,層底高程164.80-173.86m,其工程布置如下：

大壩為均質(zhì)土壩,最大壩高9.9m,壩頂寬15m,長(zhǎng)573m,壩頂高程181.70m。本次加固在主壩樁號(hào)0+182.6～0+455.6范圍內(nèi)沿壩前平臺(tái)中心線設(shè)一排灌漿孔,孔間距1.5m,灌漿深入壩體填筑土1.0m,下部深入低液限粘土1.0m。主壩灌漿孔共布設(shè)183孔,孔徑110mm,灌漿總進(jìn)尺1153m,主壩灌漿平臺(tái)設(shè)置在壩迎水坡179.75m高程平臺(tái)上。北副壩共布設(shè)灌漿孔401個(gè),孔徑110mm,灌漿總進(jìn)尺2605m,沿北副壩軸線布置。灌漿材料：42.5硅酸鹽水泥,水灰比0.8：1。

3.2 方案二

混凝土防滲墻是采用人工或機(jī)械方式,在透水層內(nèi)形成一道連續(xù)的混凝土防滲墻,達(dá)到截?cái)嗤杆畬拥哪康?。混凝土防滲墻設(shè)計(jì)位于壩頂,混凝土防滲墻軸線平行于大壩軸線,槽段長(zhǎng)度以6m為宜,采用國(guó)產(chǎn)RSD型液壓抓斗抓土。設(shè)計(jì)混凝土防滲墻厚度0.3m,混凝為C10塑性混凝土,其成墻范圍：上至壩體填筑土、下至深入不透水層下1m,防滲墻面積5404m2。

3.3 方案比選及確定

方案一：高噴注漿防滲板墻防滲,優(yōu)點(diǎn)是(1)可灌性好;(2)可控性好;(3)連接性可靠;(4)機(jī)動(dòng)靈活;(5)適應(yīng)地層廣、深度大;(6)施工場(chǎng)地要求不高;(7)可用于軟基加固。缺點(diǎn)：對(duì)地層敏感性強(qiáng);缺少快速可靠的檢查方法。

方案二：混凝土防滲墻防滲,優(yōu)點(diǎn)在于混凝土防滲墻是一種成熟的防滲方法,效果好,幾乎適用于任何壩基地質(zhì),可以承受比高噴灌漿更大的水頭和施工深度。但造價(jià)相對(duì)較高,施工難度相對(duì)較大,工期也較長(zhǎng)。從工程投資、適用性和施工難度上進(jìn)行比較,分析水庫(kù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,同時(shí)也可為河南省平原水庫(kù)壩基及河道堤基防滲治理工程進(jìn)行有效的探索和實(shí)踐,因此建議采用高噴注漿防滲板墻防滲方案。

河南省水利廳以《關(guān)于對(duì)濟(jì)源市曲陽(yáng)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)的審批》批準(zhǔn)曲陽(yáng)水庫(kù)大壩滲漏采用高噴注漿防滲板墻防滲方案,工程于2011年開(kāi)工,并已通過(guò)竣工驗(yàn)收。該大壩壩外坡腳處散浸消失。

4 高噴注漿防滲板墻施工

4.1 施工工序

施工工序?yàn)椋涸炜住噰姟聡姽堋獓娚涔酀{——靜壓灌漿。

4.2 高壓噴射灌漿參數(shù)的確定

高壓噴射灌漿施工,屬聯(lián)合作業(yè)性質(zhì),水、氣、漿等各項(xiàng)參數(shù),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后選定,有關(guān)工藝參數(shù)如下：

高噴材料：42.5硅酸鹽水泥,水灰比為0.8：1;

鉆孔孔徑：≥110mm;

高壓水：水壓力34～38MPa,水流量70～80L/min;

壓縮空氣：氣壓力0.5～0.7MPa,氣量：1～2m3/min;

水泥漿：漿壓力0.3～0.5MPa,漿流量70～80L/min,漿容量1.6g/cm3

提升速度：土層10cm/min,砂卵石層6cm/min;

旋轉(zhuǎn)速度：10或15轉(zhuǎn)/min;

噴嘴擺速：10～15次/min;

擺動(dòng)角度：30°;

噴射方向：(擺噴凝結(jié)體軸線與防滲墻軸線夾角)15°。

4.3 施工質(zhì)量控制

鉆機(jī)造孔質(zhì)量控制指標(biāo)：(1)定孔：壩軸線允許誤差1cm,孔位誤差不超過(guò)2cm;(2)鉆孔：鉆機(jī)對(duì)準(zhǔn)孔位誤差不超過(guò)2cm;(3)孔口徑：開(kāi)孔口徑大于130mm;(4)鉆進(jìn)：機(jī)體要平穩(wěn)、牢固,每鉆進(jìn)5m要測(cè)量機(jī)體、立軸垂直一次;(5)泥漿護(hù)壁：粘土泥漿容重為1.1～1.25g/cm3;(6)先導(dǎo)孔：分層界面取芯,孔深進(jìn)入基巖1.3m取芯;(7)取孔深度：按設(shè)計(jì)要求孔深進(jìn)入不漏漿的基巖全(強(qiáng))風(fēng)化層2m;(8)終孔：終孔后用新漿液將孔內(nèi)巖粉置換干凈,保證高噴順利下管等。

高噴灌漿質(zhì)量控制指標(biāo)：

(1)分序施工：一序孔與二序孔灌漿施工間隔時(shí)間不小于24h;(2)下噴射管：下至設(shè)計(jì)深度,下落深度不夠時(shí)請(qǐng)示監(jiān)理部門(mén)批準(zhǔn);(3)擺噴方向：擺噴以施工軸線呈5°夾角為起點(diǎn),外擺30°,允許誤差±2°,半圓噴以施工軸線為起點(diǎn),外擺90°,允許誤差±5°;(4)提升速度：提速允許誤差不超過(guò)±5mm/min;(5)擺動(dòng)速度：擺速允許誤差不超過(guò)±1次/min;(6)水壓力：控制在36～38MPa之間,水嘴直徑1.8～1.9mm;(7)氣壓力：控制在0.6～0.8MPa之間,氣嘴直徑9mm;(8)制漿：采用425#抗硫鹽水泥,純水泥漿,送漿比重控制在(1.6～1.65)g/cm3之間;利用回漿,送漿比重控制在1.7～1.75g/cm3之間,每隔30min測(cè)量送漿比重、回漿比重一次,要詳細(xì)記錄;(9)水泥：對(duì)所進(jìn)水泥按批號(hào)分開(kāi)堆放,按先后順序分批使用;(10)水泥檢驗(yàn)：對(duì)所進(jìn)水泥每400t取樣化驗(yàn)一次,檢測(cè)水泥安全性和強(qiáng)度指標(biāo),不合格的水泥嚴(yán)禁使用;(11)水泥用量：統(tǒng)計(jì)每個(gè)孔的水泥用量,每20個(gè)水泥袋捆成一捆;(12)灌漿記錄：噴射過(guò)程中對(duì)冒漿情況、漏漿位置、深度、時(shí)間要詳細(xì)記錄;(13)終孔填充：終噴后用比重1.7～1.75g/cm3漿液將孔內(nèi)充填滿,直到孔口漿面不在下沉為止;(14)終噴驗(yàn)收：終噴經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢人員和監(jiān)理人員簽字驗(yàn)收;(15)高噴記錄：記錄表要填寫(xiě)清楚、整潔,經(jīng)監(jiān)理、技術(shù)員簽字后,當(dāng)天記錄表當(dāng)天交技術(shù)組;(16)回灌：噴射結(jié)束將孔內(nèi)充填滿后及時(shí)利用冒漿回填到地面,嚴(yán)禁使用帶有黃泥和淤泥的冒漿進(jìn)行回灌,做好原始標(biāo)記;(17)因各種原因使噴灌中斷超過(guò)30分鐘,恢復(fù)噴射時(shí),要下落0.5m再開(kāi)噴;超過(guò)2小時(shí),恢復(fù)噴射時(shí),要下落0.7m再開(kāi)噴。

5 防滲效果檢測(cè)與評(píng)價(jià)

該工程于2012年完成施工并進(jìn)行了竣工驗(yàn)收。工程竣工后經(jīng)過(guò)洪水期進(jìn)行考驗(yàn),施工后壩段與施工前相比,防滲效果明顯改觀。

6 結(jié)語(yǔ)

濟(jì)源市曲陽(yáng)水庫(kù)壩基防滲處理工程經(jīng)過(guò)汛期的洪水考驗(yàn),并通過(guò)竣工驗(yàn)收,完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求,防滲效果良好,為處理類似病險(xiǎn)水庫(kù)提供了一條有效途徑。高壓噴射防滲墻施工技術(shù)在我國(guó)比較成熟,具有施工設(shè)備簡(jiǎn)單、操作容易、能就地取材等優(yōu)點(diǎn),就同類病險(xiǎn)水庫(kù)而言,采用該技術(shù)具有較大的社會(huì)效益和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

薛偉彬(1980-),男,工程師,工學(xué)學(xué)士,主要從事中小型水利工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)等工作。