肯尼亚karimenuⅡ主坝坝基心墙渗水处理方案

王登贇

（上海市政工程设计研究总院（集团）第六设计院有限公司,安徽 合肥 230000）

1 工程概况

Karimenu II供水项目坐落于肯尼亚的中心省（Central Province）Kiriko 咖 啡 工 厂（Kiriko Coffee Factory）附 近,距Nairobi大约75 km。Karimenu II 水库供水项目的投资、设计、施工是为了解决Athi Water Services Board（AWSB）管辖权下Ruiru镇,Jujia镇和部分Nairobi地区的供水问题。水库枢纽工程主要建筑物有主坝、副坝、溢洪道、输水导流隧洞等。水库总库容2654 万m3,最大坝高58.2 m,设计总引水流量为0.927 m3/s。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017）,工程等别为Ⅲ等,工程规模为中等,永久性主要建筑物大坝、溢洪道、隧洞为3 级,溢洪道下游边墙为4 级。临时建筑物按4 级设计。根据《水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范》（SL 654-2014）,工程的合理使用年限为50 年。枢纽工程的主要水工建筑物的合理使用年限为50 年。建筑物中的钢闸门合理使用年限为30年。

主坝为红粘土心墙堆石坝,坝顶宽8.0 m,坝轴线长400 m,最大坝高58.2 m,坝顶高程1859.0 m；防渗心墙顶宽4.0 m,顶高程1858.4 m,上下游边坡均为1∶0.35,心墙最大底宽44.0 m,在心墙上游设2.0 m宽过渡层、2.0 m宽反滤层,下游设2.5 m宽过渡层、2.0 m宽反滤层。主坝坝基开挖完成于2021 年1 月,发现渗水点较多。

2 主坝坝址区工程地质条件

（1）地层岩性

坝址区覆盖层有分布于两坝肩的第四系上更新统坡洪积堆积物（Q3dpl）与河谷中的第四系全新统洪冲积堆积物（Q4pal）。

①第四系上更新统坡洪积堆积物（Q3dpl）

为褐红、棕红色高液限粉（粘）土,可塑～硬塑状态,具中等压缩性,不具膨胀性,下部含有较多钙质结核与少量砾石。

②第四系全新统洪冲积堆积物（Q4pal）

为褐红、浅红、褐色高液限粉土,松散～稍密状态,具中等压缩性,含腐植质,工程性质差。

坝址区涉及基岩地层均为第三系火成岩（TV）,根据钻孔揭露及地表测绘,坝址区基岩以厚层～巨厚层火山角砾岩与熔结凝灰岩为主,左岸且分布有巨厚层角闪粗面岩透镜体。按岩性及岩性组合,将坝址区的基岩划分为三个岩组（T-1～T-3）。T-2（1）、T-2（2）为质软土体,分布于左坝肩与坝基下部,右坝肩高程1779.0 m以上未发现该层。

（2）水文地质

坝址区地下水类型有第四系孔隙水和基岩裂隙水两种。前者分布于河床,埋深2.5 m～3.0 m,根据勘察期间在坝基设置的观测孔（CK9、CK16）,水位高程为1805.0 m～1806.5 m,水位随季节性变化幅度不大；坝肩CK6 孔水位高程一般为1834.3 m～1835.7 m,但在2017 年5 月20 达到高程1839.5 m,可能与降水有关,但也反应地下水波动幅度较大。

基岩裂隙水分布于两岸,水位高于河水位,均向河床排泄。坝基岩体强风化带。对位于坝基的CK8、CK9、CK10三个钻孔的强风化带分别进行注水试验,其结果分别为7.56 m/d、2.72 m/d、0.17 m/d,平均值为3.48 m/d,即4.03×10-3cm/s,大值平均值为7.56 m/d,即8.75×10-3cm/s,属中等透水层。

3 主坝坝基基础设计

由于在大坝开挖过程中在河床区发现的地质条件很差,按施工图要求将Q4全部挖除（图1）,对于河床段（ZB0+151.6～ZB0+235.6）的坝基处理方案是去除所有Q4土层,河床段坝基坐落于强风化基岩,在坝轴线上下游14.0 m范围内设置截水槽,截水槽顶高程1800.8 m～1805.0 m。设置4.0 m×0.6 m（宽×厚）的C20钢筋混凝土盖板,心墙其余范围内喷5 mmC20 混凝土。岸坡段清基2.0 m后,坝基坐落于Q3层。河床段坝基防渗采用单排帷幕灌浆+4 排固结灌浆,岸坡段采用高压旋喷防渗墙+帷幕灌浆。

图1 河床段坝基Q4挖除前照片

4 渗水具体情况及原因分析

（1）渗水具体情况

主坝坝基开挖前已完成河床段固结灌浆和帷幕灌浆,在进行大坝基坑开挖过程中,共发现渗水点共4处,渗水带2处。见图2～图4。

图4 右岸渗水点、渗水带

渗水点1：位于大坝左岸轴线ZB0+163上游17.5 m处,出水量较小,出水点高程为1805.0 m。

渗水点2：位于大坝右岸轴线ZB0+225上游15 m,出水量较大,出水点高程为1804.8 m。

渗水点3、4:分别位于大坝右岸轴线ZB0+237上游7.0 m、下游7.0 m处,出水量大,出水点高程为1805.0 m。

渗水带1:位于大坝左岸轴线ZB0+150上游7.0 m至下游7.0 m范围内,出水量大,高程范围为1804.8 m～1807.0 m。

渗水带2：位于大坝右岸轴线ZB0+230 下游12.0 m至下游30.0 m范围内,出水量大,高程范围为1804.8 m～1807.0 m。

图3 左岸轴线ZB0+150渗水带

（2）渗水原因分析

渗水点、渗水带主要分布为Q3层与强化风岩层接触面位置,原因主要是地下水作用下,土体和岩体内部有渗流通道,导致局部出现渗水。根据《初步设计报告》计算,大坝基坑开挖后,基坑的涌水量计算值为12.6+546=558.6 m3/d。

5 渗水点处理方案

（1）前期方案及现场试验效果

为保证心墙填筑作业环境无积水,原渗水处理方案采用“降水井+排水泵”,降水井具体设置如下：

1）对于渗水点处理：降水井设置在渗水点外侧,距离渗水点不小于3.0 m,井底高程低于渗水点底高程不小于1.5 m。

2）对于渗水带处理：降水井设置在渗水带外侧,距离渗水带不小于3.0 m,井底高程低于渗水带底高程不小于1.5 m,间距初定为6.0 m,间距可根据现场试验效果调整。

从已完成心墙下游侧一个降水井试验,从试验效果来看,井的影响范围2 m～3 m,井内水量少,施工只能采用人工挖孔。若依然采用该方案,降水井数量过多,施工复杂,后期封堵困难,对工期影响较大。

（2）调整方案及现场效果

对渗水处理方案进行调整,经过项目部等多家单位讨论,调整为“排水盲沟+集水坑+排水泵”。坝基、岸坡渗水处理具体施工步骤如下：

1）沿渗水点、渗水带设置排水碎石盲沟,盲沟尺寸拟定为10 cm×10 cm。

2）在坝基、坡脚通过碎石盲沟将水引入集水坑,集水坑深0.5 m,平面尺寸初定为0.8 m×0.8 m,集水坑四周采用水泥砂浆护壁。

3）通过排水泵将集水坑内水排至填筑区域外。

4）随着心墙料、坝壳料等填筑,集水坑上部采用涵管接长。待填筑至渗水点以上2.0 m,集水坑使命即结束,然后排干井内积水、取出排水泵,对集水坑、排水盲沟进行封堵。集水坑封堵从下至上采用50 cm碎石、以上采用C15 混凝土封堵。排水盲沟采用在集水坑预埋灌浆管,回填灌浆封堵。采用该方法封堵后可以保证集水坑完全封闭,且因为集水坑尺寸较小,不会对水库渗流稳定产生影响。

从已完成效果,不仅施工方便,排水能力远远大于降水井方案,节省了大量人力物力,同时也得到当地业主和监理工程师的认可。目前基坑已完成回填,上部坡面开挖渗水,采用即挖即填的方式,也得到当地业主和监理工程师的认可。

6 结论与建议

（1）坝基渗水处理好坏直接影响大坝的填筑,渗水处理措施较多,但各方案使用条件不同不能生搬硬套,需充分分析不同的地质条件和现场情况,结合过往经验拟选方案予以比选优化确定。集水坑的位置不能选定在防渗的薄弱环节,且心墙内集水坑数量大于1个时,需注意集水坑的间距且不能沿垂直轴线布置。

（2）渗水处理方案调整为“排水盲沟+集水坑+排水泵”后,有效解决了渗水对周边岸坡的软化,但渗水处理方案的调整需经过国外咨询的同意,需要耐心解释心墙范围内设置降水井的安全性,解释集水坑封堵的可靠性,也给设计自身提出了更高的要求。

（3）在施工过程中发现在施工方法和技术要求上,还存在着不足有待完善的地方,有待在今后的具体实践过程中加以改进、提高和完善,以在同类地质条件下渗水处理中得到更广泛地运用。