延安市红庄水库单薄山梁帷幕防渗处理浅析

2010-08-15冯峰

山西建筑 2010年26期

冯峰

1 工程概况

延安市红庄水库宝塔区河庄坪以北万庄沟出口,距延安市10km,水库枢纽主要由大坝、溢洪道、输水洞及供水管网组成,设计大坝为均质土坝,坝高50.6 m,坝顶高程1036.6 m,正常蓄水位1031.6 m,总库容952万m3,是以城市供水为主的小(Ⅰ)型水工建筑物。

大坝左岸单薄山梁帷幕防渗灌浆经历了三个阶段,取得了防渗处理的成功经验。红庄水库的地理位置及所发挥的重要供水任务对延安来说相当关键,建设过程中针对左岸特殊的地质情况,复杂的渗漏形式,采取多样的处理手段。

2 单薄山梁的地质构造及前期帷幕设置

2.1 地质概况

工程区位于陕北黄土高塬腹地,延河中游的黄土丘陵沟壑地形区,左岸单薄山梁接近于南北走向条形山体,山梁宽50 m～200 m,山脊高程1070.5 m,山脊堆积物属风积Q2～Q4黄土,厚度10 m～20 m,山脊东坡多堆积Q3～Q4黄土夹碎石层,厚度2 m～10 m,坡面呈30°～40°斜坡,基岩零星出露,山脊西坡多呈风坡堆积物,厚度5 m～10 m,坡面上缓下陡,呈45°～50°坡脚基岩裸露。

河谷区漫滩高程 985 m～991 m,呈“U”形发育,河谷底宽80 m～90 m,漫滩宽度30 m～40 m,河床两岸一级阶地呈条带状分布,左岸山坡以坡积为主,局部地段基岩大面积裸露。据前期地勘资料:左右两岸较大支沟内泉水出露高程1032 m以上,地下水补给库水,水库蓄水后不存在永久渗漏。

2.2 地层岩性

单薄山梁出露的地层为侏罗系中统延安组枣园段(J2Y2)沉积岩及第四系松散堆积物,岩性为砂岩与泥(页)岩互层,砂岩:灰绿色、灰白色,泥质胶结,中细粒结构,主要矿物成分以长石及石英为主,厚度1 m～5 m,最大 10 m,泥岩:灰绿、灰褐色,泥质结构,页理发育,局部夹20cm左右黑色油页岩,厚度一般0.5 m～2.0 m;第四系堆积层主要以坡洪积为主,广泛分布于左岸山前斜坡。

2.3 地质构造

工程区地处鄂尔多斯地台向斜的陕北台凹东南部,地层平缓,构造简单,区内无大的断裂,褶皱发育和大的破碎带。新构造运动以大面积缓慢抬升为主,岩层倾向 NW,倾角 1°～5°,发育为两组棋盘格式高角度张扭性裂隙,以走向NWW向一组最为发育,与其相交的另一组不太发育,其倾角多在 70°～80°,“X”形节理性裂隙主要发育在砂岩中,延伸段常垂直层面,而终止于上下泥岩中,再将表层岩体切割成无拉张力的棱形碎块。裂隙宽度一般1cm～5cm,最宽15cm,形成范围较大的风化卸荷裂隙带,风化带厚度一般10 m～15 m,最厚达到31.5 m。

2.4 地下水位(水文地质条件)

从表面现象看较大支沟及基岩表层较高位置有泉水出漏,分析可知均为上层滞水或层间水的溢出点,并不能代表左岸岩体为含水岩体,不是单薄山梁的真实水位,经过后期施工反复测量,山梁地下水位在995 m～996.0 m高程,远低于库水位,水库蓄水后库水补给地下水。根据山脊ZK8勘探孔揭示989.0 m高程,岩体透水率 q=15.6 Lu(河床基岩981.0 m),而水库防渗标准 q＜5 Lu。

2.5 防渗帷幕

前期帷幕采用两段组合叠加:左岸帷幕底线坡脚高程992.0 m,坡肩高程996.0 m,帷幕长59.8 m,单排布设,单薄山梁帷幕底线高程1005.0 m,帷幕长64 m,孔距1.2 m,双排梅花状布设,两条帷幕轴线顺时针呈147°的夹角。

3 帷幕灌浆施工

水库在进行两次调蓄中根据渗漏点的位置及量的变化,防渗处理经历了三个阶段:

第一阶段:按前期帷幕设置完成了两条帷幕施工,2003年7月开始,2004年5月结束。灌浆参数:灌浆压力0.2MPa,0.4MPa,0.6MPa,0.8 M Pa,1.0MPa(压力随深度而增大);灌浆材料:秦岭细 P.O42.5R 水泥;浆比 5∶1,3∶1,2∶1,1∶1,0.8∶1,0.6∶1六级 ;灌浆方法:循环式(符合水泥灌浆施工技术规范)。灌浆结束后2004年5月蓄水,水位蓄至1009.0 m时,在坝体左肩下游高程1004.0 m时出现渗漏,水位蓄至 1014.0 m时最大渗漏量168.0 m3/d。

第二阶段:渗漏发生后主管部门在现场调研的基础上采取了补救措施,认为属基岩表层渗漏,在原帷幕上游增加截渗帷幕(以表层固结为主)。2004年 6月开始至 2004年11月结束,灌浆压力调整为:0.3MPa,0.5MPa,0.8MPa,1.0MPa,其他参数未变,结束后2004年10月开始二次蓄水,2005年2月24日水位至1014.0 m时原出漏点再次发现漏水,水位蓄至1017.4 m时,最大渗漏量105 m3/d。

第三阶段:针对两次蓄水后的渗漏,主管部门会同各方进行现场调研,反思了前段工作的不足,开展第三步防渗处理。重新进行左坝肩帷幕灌浆试验(以斜孔为主),补设渗流观测孔,增设了两条压力充填帷幕轴线。对灌浆方法、参数(压力、浆比、段长)、灌浆工艺、灌浆材料进行了重新调整。

灌浆方法上采用压力充填灌浆与帷幕灌浆相结合方法,先期进行压力充填后进行帷幕灌浆。材料选取上充填灌浆以黏土为主,基岩段采用添加小于3%的水泥作为胶凝材料,帷幕灌浆以水泥为主。

灌浆压力:充填灌浆采用0.2MPa,0.3MPa,0.5MPa,帷幕采用0.2MPa,0.3MPa,0.4MPa,0.5MPa,0.6MPa,0.7 M Pa,0.8MPa,1.0MPa(增幅变小)。

浆比:风化带采用3∶1,2∶1,0.8∶1,0.6∶1 四个级比(可增加适量固体材料),充填采用1.3,1.4,1.5三个级比(水泥添加量小于3%)。

完成施工后2005年5月水库第三次蓄水,水位1014.5 m时未发现渗漏,2007年最高蓄至1018.6 m时,未发现明显漏水,灌浆取得了阶段性胜利。

针对陕北沉积岩系(单薄山梁)的防渗处理,其经历过程是曲折的,进行了多次试验,采用了多种方法,改进了施工工艺,广泛采用了新技术、新材料,在坚持、坚持、再坚持的循环工作中我们取得了成功,但也暴露出许多不足:

1)对风化卸荷裂隙带掌握了解的情况较少,限制了方案的制定。

2)施工方法比较单一,针对复杂地形,缺乏全方位思考。

3)施工工艺、材料及灌浆参数的选取没有根据当地实情因地制宜。

4)没有形成一个长期有效的观测管理机制,对复杂地段缺乏建立一个系统监测体系。