溪西水库右岸土坝坝基渗漏问题和防渗处理

陈伊清

(福建省水利水电勘测设计研究院,福建福州 350001)

溪西水库右岸土坝坝基渗漏问题和防渗处理

陈伊清

(福建省水利水电勘测设计研究院,福建福州 350001)

针对土坝坝基渗漏特点,采用高压旋喷灌浆和帷幕灌浆相结合的方法进行处理,其中包含一些特殊的处理形式,经实践取得较理想的效果,达到防渗目的。

土质坝基;岩质坝基;高压旋喷灌浆;帷幕灌浆

1 工程概况

溪西水库位于福建省霞浦县,是一座以灌溉为主,结合防洪、发电供水等综合利用的重要中型水库。水库枢纽工程于1976年建成,由主坝浆砌石重力坝与右岸土坝结合的坝型,其中右岸土坝坝长79.2 m,最大坝高23 m,坝顶宽6 m。经大坝安全鉴定,右岸土坝坝基存在渗漏等问题。水库除险加固工程主要采取右岸土坝残积坝基的高压旋喷灌浆及岩石坝基的帷幕防渗处理。

2 土坝坝基渗流问题[1]

2.1 工程地质条件

大坝右岸土坝坝体填筑材料为较均一的棕红色粉质粘土,厚度6～19 m,坝体粉质粘土最低含砂量27.5%,最高达41.7%,平均含砂量33.3%,砾的含量<2.8%。根据试验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。饱和快剪试验的内摩擦角最小值19.3°,最大值25.6°,平均值22.4°。根据土坝坝体填筑土的标准贯入测试,随着深度的加深,击数也随之增大;土的液性指数(I1)总体上随深度加深,指标呈逐渐变小的趋势;抗剪试验指标凝聚力cq由深度2 m的33 kPa至深度15 m的68 MPa,内摩擦角自上而下增加3°～4°,无侧限抗压强度qu约130～160 kPa,大坝填土总体强度较高。

土坝坝基残积土为砖红色砂质粉土,厚度3.7～9.0 m,平均厚度6 m左右,为连续分布的土层。土的含水率平均值21%,湿密度1.75 g/m3,孔隙比0.833,孔隙度45.3%,密实度为中密状态,饱和快剪凝聚力32.5 kPa,内摩擦角27.2°。该层上部属偏高的中等压缩性土,中下部属于偏低的中等压缩性土。

土坝段强风化带岩体厚度0.5～4.5 m,弱风化带上部岩体厚度一般10 m左右。强风化带岩体风化破碎,基本呈碎裂结构;弱风化带上部岩体呈镶嵌碎裂结构,部分为碎裂结构,结构面发育,连通性好。

2.2 坝基渗流问题分析

根据土坝坝体填筑土的渗透试验成果,钻孔注水试验测得的渗透系数最大值6.78×10-6cm/s,最小值4.6×10-8cm/s。室内渗透试验,垂直渗透试验的Kv最大值5×10-5cm/s,最小值2.3×10-7cm/s;水平渗透试验的VH最大值5.6×10-6cm/s,最小值6.5×10-8cm/s。室内试验的水平和垂直方向渗透系数KH比较符合坝体渗流形式和特征,且与钻孔注水试验的k值相对更接近些。从各方面的渗透性指标反映,土坝坝体填筑土的渗透性差,呈微透水或极微透水,土坝坝体满足防渗要求。土质坝基是指土坝坝基上部残积的砂质粉土土层,注水试验测得的渗透系数最小值为6.72×10-5cm/s,最大值7.86×10-3cm/s,室内土样渗透试验平均值为2.1×10-5cm/s,呈弱—中等透水,在钻探过程中多处出现大漏水,流量超过2 L/s。从坝基残积土的性状看,其渗透性差异明显,变化较大,具有不均一性。由于实际的残积土层存在各向异性,取土的渗透系数5×10-4cm/s作为计算参数,残积层平均层厚m=6 m,土坝坝底宽度2b=56 m,水库蓄水位水头H=24 m,土坝坝长L=79.2 m,残积土层的渗漏量近似计算为:79.5 m3/d

分析认为坝基残积砂质粉土层为不均一的坝基渗透层位。

岩质坝基是指土坝坝基下部岩石坝基,岩性为花岗岩,中粒结构,块状构造。岩质坝基的上部主要是强风化和弱风化上部的坝基岩体,受风化、断裂的侵蚀、破坏,加之水库蓄水多年的渗透水流不断淋滤作用,使风化破碎岩体的渗水通道连通性更好。在勘探过程中多个孔内曾出现漏水现象,在大坝外观调查中发现坝右岸下游坡湿润,草木茂盛,坝基渗漏迹象明显。根据压水试验,强风化和弱风化上部岩体的最小透水率17 Lu,最大透水率136 Lu,而大多在30～60 Lu之间。强风化坝基注水试验渗透系数3.49×10-3～7.86×10-3cm/s。坝基强风化和弱风化上部岩体总体呈强透水性。

根据土坝下游渗漏观测,在正常蓄水位441.60 m时的渗漏量为233.2 m3/d,达2.7 L/s,土坝坝基渗漏量大。

3 防渗处理设计

3.1 土质坝基防渗处理设计

土质坝基防渗处理是针对坝基残积土的渗漏问题采取的防渗处理。根据土坝坝基渗漏问题的实际情况,通过各种处理方案的比较,选择对土和环境的适应性较强,施工速度较快,成本相对较低,在技术保障下可取得较好防渗效果的高压旋喷灌浆处理方法。

高压旋喷灌浆防渗处理是在坝轴线上布置1排孔,设计孔距为0.4 m,高喷段为坝基残积土层段,具体灌浆段为强风化上限界面下0.2～0.3 m至土坝填筑土底界面以上0.6 m。通过高压旋喷的桩柱凝结体套接,在残积土层形成地下连续防渗墙,达到防渗处理的目的。同时,为保证同轴线下部岩基的帷幕灌浆更好的效果,使强风化岩体帷幕灌浆的灌浆压力得到适当提高,在高喷地连墙的主喷排上、下游各布置1排,排距0.45 m,孔距0.4 m的高压旋喷孔,高喷灌浆段自强风化上限界面下0.2～0.3 m至以上2.5 m,从而在强风化岩基之上残积土层底部形成厚度2.5 m的与连墙连体的高喷凝结土盖板。

3.2 岩质坝基防渗处理设计

岩质坝基强风化和弱风化上部透水岩体采用帷幕灌浆处理,帷幕线同时布置在坝轴线上,与高喷地连墙同轴线,帷幕灌浆设计为1排孔,帷幕体顶部与高喷地连墙底部衔接。

由土质坝基的高喷地连墙和岩质坝基的防渗帷幕组成坝基防渗体系。

4 防渗处理施工

4.1 高压旋喷防渗处理

土质坝基高压旋喷采用单管法,主喷排孔距为0.4 m,分两序施工,作为盖板的上、下排排距0.45 m,孔距为0.4 m,钻孔按梅花型布置。其中主喷排共131孔,上、下游排各119孔,合计369孔。

首先进行主喷排施工,后施工上、下排,同排内的高喷灌浆孔分两序施工,并相邻施工孔间距>5 m。造孔时下套管,深度至土坝填筑土与残积层界面以上0.6 m的高喷灌浆上界位置,造孔下套管的目的是:第一,以避免高喷施工时高速回浆流对土坝坝体的冲刷破坏;第二,保护土坝坝体段孔壁的清洁平净,使回填土与原土坝坝体填筑土能更好有机地胶结。由于浆液固结过程中存在的析水收缩作用,故当每一高喷孔结束灌浆后,抽取孔内余留浆液,保留浆液面在高喷结束位置以上0.5 m左右。然后,提拔套管,待孔内凝结土固结后,孔内回填粘性土击实。

高喷灌浆施工控制性参数为:灌浆压力25～30 MPa,水灰比1∶1,提升速度20 cm/min,旋喷转速20 r/min,喷嘴直径2.0 mm。

通过取芯检测,在规定的施工参数条件,高喷桩径为0.5～0.55 m,旋喷套接5～10 cm,实际桩径达到设计要求,满足桩的搭接理想效果。

4.2 帷幕灌浆防渗处理

岩质坝基帷幕线沿高压旋喷主喷排轴线布置,帷幕灌浆排数为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,各序孔中心在高喷孔两孔之间。Ⅰ序孔作为先导孔,同时也作为先期高压旋喷灌浆的检查孔。

土坝岩质坝基已经历多次帷幕灌浆,由于强风化和弱风化上部岩体,透水性强,灌浆难度大,多次的灌浆效果均不好。通过分析研究,认为先前的灌浆在施工方法、手段、材料,及其有关参数上选择不当,缺乏针对性。因此,在这次防渗处理中,强风化岩体灌浆段长度≤3 m,弱风化岩体灌浆段长度根据实际情况考虑适当延长,但≤5 m。灌浆采用自上而下和自下而上相结合的分段法,即下行法灌完第1段后,从第2段开始,下行法在灌完本段后再采用上行法,将阻塞器移至第1段的顶部复灌上一段,以下各段均采用此方法进行。使每一灌浆段都灌浆两次。

帷幕灌浆第1段压力0.8～1.0 MPa,第二段压力1.0～1.5MPa,第3段压力2.0～2.5MPa,第4段以后每段压力增大0.5 MPa,每一段的压力都尽量采用规定压力的上限值。浆液为单一的1∶1水灰比,对无法进行正常灌浆的大漏浆段采用水、灰、砂比为2∶1∶1的水泥砂浆灌注。帷幕灌浆以透水率q<5 Lu作为相对隔水顶板控制线。

4.3 检查效果

高压旋喷灌浆8个检查孔,26段注水试验结果,高喷凝结土的渗透系数一般<1×10-6cm/s,最大值8.49×10-5cm/s,最小值2.17×10-7cm/s,基本呈微透水和极微透水,高喷形成的地连墙达到防渗效果。

帷幕灌浆检查共17段压水试验结果,帷幕体的透水率0.06～4.66 Lu,平均透水率1.54 Lu,其中透水率<1 Lu占总试段的53%。防渗帷幕达到防渗设计要求。

根据渗漏观测,防渗处理后,右岸土坝坝基渗漏量为0.914 L/s(观测的渗漏量其中包含右岸山体地下水的排泄量,实际土坝坝基渗漏量约为0.3 L/s),右岸土坝残积及强风化和弱风化上部坝基岩体经过防渗处理后,效果较明显,坝下游坡原多个排水孔已不排水,土坝浸润线降幅约1.8 m,防渗处理达到了要求。

5 结语

溪西水库右岸坝坝基的防渗处理,是根据右岸土坝坝基的实际水文工程地质条件和工程地质特性,采取的技术上较可行、工艺上较可靠、经济上较适宜、效果上较理想的处理方法,防渗处理的方法针对较强。本工程在渗漏问题分析、防渗处理设计理念,及特别施工方法等方面提供了一些可借鉴的经验。

[1] 福建省霞浦溪西水库除险加固工程初步设计工程地质勘察报告[R].福州:福建省水利水电勘测设计研究院,2004.

(责任编辑: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

陈伊清(1960-),男,高级工程师,水文地质与工程地质专业,从事水利水电和岩土工程勘察工作。E-mail:fzdd158cyq@163.com