碱厂水库除险加固工程大坝凝浆技术剖析

刘海龙,卢 敬,计保权

(兴城市水利局,辽宁兴城 125100)

1 工程概况

碱厂水库坐落于辽宁省葫芦岛市兴城碱厂乡境内,是一座集灌溉、城市供水、防洪、发电、养鱼等为一体的综合性利用水库。库容为4 889.9万 m3。水库位于烟台河的中上游,控制面积126.3k m2,坝址以上河道长度为17 k m,河道比降为12‰.水库下游至入海口约为27k m,流经碱厂、南大、沙后所、望海、海滨等 5个乡镇注入渤海。

该水库于2004年 5月被水利部门专家组核定为三类坝,需对水库大坝进行防渗处理,从根本上消除渗透破坏对大坝安全所带来的隐患,确保水库大坝自身的安全及下游人民群众的生命财产安全。本工程于 2007年 4月开始施工,采用高压摆喷注浆法,注浆长度127 m,钻孔数 81个,孔间距1.6 m,钻孔总深度1 752.03m,摆喷总深度1 519.56 m。工程总投资128.80万元。

2 水文与气象

碱厂水库坝址在烟台河中游,属北温带大陆性气候区,冬季严寒少雪,夏季炎热多雨,春秋凉爽多风,可谓四季分明。流域内降水主要受华北气旋、台风及高空槽等天气气流影响。多年平均降水量610mm,多集中在 6、7、8这 3个月,约占全年总降水量 78%。降水的年变化也很大,丰、枯水期的降雨量比值可达 3倍以上。流域内的多年平均径流深为215mm,时空分布受降水影响也极为不均匀。多年平均蒸发量(20 c m口径)为1 715 m m。该流域面积为126.3k m2,河道比降 12.0‰,水文分区为Ⅵ1区。

3 大坝防渗加固治理方案

3.1 治理的目的与技术要求

通过对坝体(含坝体下伏的卵砾石层)摆喷治理,达到增强坝体抵御洪水能力,提高防渗性能:对坝基(强风化基岩)实施高压帷幕灌浆,堵塞渗透裂隙,极大减少坝基的渗漏。排除坝体坝基自身隐患。

3.2 治理技术

该项工程治理基本技术要求由朝阳水利水电设计院提出:

1)坝体松软体、第四系卵砾石土摆喷技术要求:铅直位置:自坝基基岩面至85.67 m水平高度;采用二重管法施工,设计防渗加固厚度0.50 m,钻孔中心距1.6 m沿坝轴线等距布孔;导孔铅直,孔径127 m m,导孔钻入坝基基岩 0.5～1.0 m;浆液配比:水:干料比选0.8～1.5,干料选325#普通硅酸盐水泥与黏土(1P=10～17),水泥与土的混合比,坝体部位 1∶1,坝基部位 2∶1,钻机就位误差 ＜50mm,注浆管提升段落搭接长度≥100 m m;施工前左试验施工,确定具体施工参数,工程结束28 d后,可选用压水试验等方法对施工质量进行检测,加固后的坝体渗透系数应 ＜10-5c m/s。

2)基岩坝基(中-强风化带)帷幕灌浆技术要求:帷幕的铅直位置,至本段基岩坝基起至64.49m高程,进入透水率＜5 L u的微风化岩5 m,钻孔就位偏差＜50 m m;钻孔沿坝轴线单排孔同次序等距布置,分三序施工,逐渐加密,设计帷幕厚度2 m。孔径 75～110 m m,每钻进10 m测斜一次;灌浆压力0.1～1.2 MP a,浆材选择P O32.5普通硅酸盐水泥,水灰比5:1～0.5:7级逐渐变换。具体参数通过现场导孔压水试验确定。灌浆前应冲洗钻孔至水清砂净,孔底沉淀物不超过200mm;质量检查应在完工后40 d后进行,检孔数为 10%,从上至下逐段压水,最后全孔灌浆,压力为0.1 MP a。

4 次治理的重点、难点与工作思路及对策

4.1 治理重点

本次治理的重点在主坝与左侧副坝连接处一带的基岩坝基渗漏、主坝及坝基的加固防渗治理。

4.2 本次治理的难点及对策

主坝中间段坝基成孔是难点,特别是在坝体下有平均3.7m的卵砾石层,该层钻探工艺复杂,钻进过程中坍塌、掉块严重,成孔十分困难。为防止冲洗液消耗过大,应采用高黏度优质泥浆及投球工艺方法进行处理;施工场地过小是影响施工的主要因素,原材料运送受阻,多台设备同时开展工作,易造成窝工现象,为最大限度避免该现象的发生,采取跳跃式推进方式施工。

5 工作量布置与治理方案的优化

5.1 招标文件(设计)布置工作量

主坝坝体实行高压摆喷注浆位置:从Z K5-Z K12号孔,长度 127 m,钻孔数 81个,孔间距 1.6m,钻孔总深度1 752.03 m,摆喷总深度1 519.56 m。

坝基帷幕注浆治理位置:从Z K12-1～Z K16号孔,长度68 m,钻孔数 35个,孔间距2 m,钻孔总深度1 842.45 m,帷幕灌浆总深度479.5m。另外,在Z K 12-1～Z K12为摆喷河帷幕灌浆重合部位。

5.2 治理方案的优化

坝体防渗体填筑材料大部分为粉质黏土和粉土。而高压摆喷注浆适用地层广,特别在标贯击数N＜10的黏性土、粉土和黄土中易取得较好效果。其特点是:半置换法形成防渗体,其固结体强度高、影响半径大,因此坝体加固防渗选择高压摆灌注浆方案。

Z K12-1～Z K16孔基岩坝基由花岗岩长岩、闪长玢岩组成,其中:花岗闪长岩上部为强风化带,风化节理、裂隙发育,具有面性网格特征,属散状渗漏类型;闪长玢岩脉为后期侵入至花岗闪长岩中,受应力作用,脉体本身与围岩接触带附近发育有 3～4组节理,呈相互交切、密集状,具有连通性河方向性,属带状渗漏类型。适宜高压帷幕注浆。

6 拟采用的技术方法和手段

6.1 施工前准备

①设备进场前要做到“三通一平”。②场地布置力求合理,有利于平行交叉作业,“三废”排放应符合环保要求,做到文明施工。③设备供电、供水系统,设备、机具、材料配备齐全。④对设计测量资料进行检查,复核测基线河基点,标定钻孔桩位和高程。⑤设备安装就位之后,应精心调平,确保施工中不发生倾斜、移位。作业之前,设备应先试运转检查,以防止施工中发生机械故障。

6.2 工程钻探

根据大坝地质条件,本次采用硬质合金、金刚石回转钻进工艺方法。粉质黏土及卵砾石层中采用硬质合金钻进,基岩采用金刚石钻进。

6.3 治理成果检测

工程结束后,对治理成果进行检测。坝体旋喷采用物测小应变及钻探取芯检测。坝基帷幕注浆采用压水法检测。检测数量两种方法各选择 2～5孔。

碱厂水库除险加固工程施工的主要建筑材料有水泥、砂、碎石、块石、土石方、钢筋,经我公司考察、分析,公司将组织有利的物资供应部门严格控制建筑材料质量,保证供应,以求优质、高效,按期完成本标段的任务。

7 建 议

1)高喷灌浆主要靠机械作业,机械故障率高,影响施工进度,应定期有专业人员进行检查、维修,并备足经常容易出现坏件的备件或成套机具。

2)施工过程中应加强环境报纸的措施,做到不污染土地及河流,控制噪声,防止扰民。

3)在每道施工工序施工前,必须做好自检验收隐蔽工程的工作,同时自检不合格及不经现场监理人员验收的不允许下道工序施工,并做好试件取样工作。