凤凰水库扩建工程土坝灌浆密实性检测方法研究

李济昌

（广东建科源胜工程检测有限公司,广东 东莞 523710）

1 引言

对于运行很久的土坝或土石坝,坝身往往存在密实性差等安全隐患,需进行除险加固[1-3]。针对这种土坝（土石坝）一般采用灌浆方法进行加固[4-6],可以解决土坝坝体内有渗漏通道、软弱层,坝后坡浸润线出逸点过高,发生渗透破坏（管涌、流土）,土坝坝体由于不均匀沉陷而产生的裂缝,坝体内存在生物洞穴,如蚁穴、鼠洞、獾洞及腐烂树根等问题。根据相关规范要求,土坝（土石坝）进行灌浆加固后,一般采用注水法[7-9]验证其灌浆效果,该方法比较单一,为了保证检测结果的准确性,提出增加高密度电法,与注水法共同验证灌浆效果。

2 工程概况

凤凰水库位于风凰水上游,水库坝址以上集雨面积5.37 km2,河长401 m,河道比降68.0‰。水库功能以灌溉为主,兼防洪、发电等综合利用为一体的小（1）型水库。凤凰水库达标加固工程主要任务为消除工程安全隐患,充分发挥水库防洪、灌溉效益。除险加固的主要建设内容包括：大坝坝体充填灌浆、重建大坝上游中部及上部混凝士面板、重建大坝上游下部干砌石护坡、硬化坝顶公路、重新修整大坝下游坝坡草皮护坡及排水沟与步级、修复加固溢洪道底板及边墙、重建溢洪道下游侧工作桥、重建输水涵管进水口闸门启闭机室、新建大坝安全监测设施。

3 注水法检测

3.1 试验方法

灌浆工程检查孔使用钻孔常水头注水试验,检测示意图见图1。

图1 机械注水法布置示意图

3.2 检测步骤

3.2.1 试验程序

采用注水法进行灌浆密实性检测的重要工作,内容包含：洗孔、下置栓塞隔离试段、仪器仪表安装、水位测量等。在正式检测工作开始前,需要对各种仪器的性能进行检查,不合格的仪器严禁使用。

3.2.2 试验隔离

在下栓塞前需要对工作管的情况进行监测,工作管不得有破裂、弯曲、堵塞等影响检测结果的情况出现。接头处需要设置止水措施。栓塞应设置在孔段内完整部位。

3.2.3 水位观测

下栓塞之前需要对孔内的水位进行观测,下栓塞隔离后需要再次观测管内水位。水位观测时间间隔为5 min,连续2次观测水位变幅小于10 cm 即可停止观测。

3.2.4 管内水位观测

管内水位前5 次观测,时间间隔为1 min,之后3 次,时间间隔为10 min。之后管内水位观测时间间隔可根据管内水位下降速率进行调整,一般可按照30 min 间隔进行观测。

3.2.5 流量观测

在进行流量观测时,时间间隔也需要进行调整。其中,前5 次观测时,时间间隔为5 min；之后需要每20 min 观测一次,连续观测不少于6 次。在观测过程中,当连续2 次量测的注入流量之差不大于最后一次注入流量的10%时,即可结束观测,在实验过程中,发现试段漏水量大于供水能力时,应记录最大供水量。

3.3 渗透系数计算

当试验土层位于地下水位以下时,采用下式计算试验土层的渗透系数：

在不含水的干燥岩（土）层中注水时,如试验段高出地下水位较多,介质均匀,且50 ＜H/r＜200,孔中水柱高度h≤l 时,可按下式计算渗透系数值：

式中：Q为注入流量；A为形状系数；H为试验水头；l为试验段长度；r为套管内半径。

3.4 检测结果分析

对凤凰水库扩建工程的坝体充填灌浆段进行常水头注水试验检测,目的是检查该坝体充填灌浆段渗透系数是否符合设计规范要求。

依据设计文件,该大坝中部松散层度最严重位置,也是灌浆最密最深的部位,挑选坝中桩号2 个注水试验孔,一个为坝顶K0+110,孔号为ZX1；另一个为迎水面马道K0+110,孔号为KX2。进行注水试验,钻进用108 mm 合金钻头成孔,5 m 为一试验段。试验观测时间以5 min 为间隔,于注水管处加装水表。经过灌浆处理后,大坝中部所测的渗透系数满足设计要求,说明密实性好,见表1。

表1 注水试验成果

4 高密度电法检测

高密度电阻率法是电剖面法和电测深法的综合,其工作的基础主要是岩、土导电性存在一定的差异。人工将稳定电流作用于地下时,电流分布规律与岩土的导电性息息相关。因此,将全部电极置于观测剖面的各测点上,利用电极转换装置和微机工程电测仪可实现数据的快速和自动采集,当将测量结果送入微机后,还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种图示结果。

高密度电法的作业流程如下：

（1）建立高密度电法的测线

高密度电法测线是根据设计方案和场地实际情况进行布置,在地表面大体沿直线布置勘探测线。每条勘探测线对应一个测线编号。根据地形起伏反应地表面以下一定深度范围内的电阻率差异变化情况,和不同的电极选用方式快速完成多种电极装置和多电极在观测剖面上的电阻率法观测。测线包括测线编号、起点坐标、终点坐标信息。

（2）现场数据采集

高密度电法技术野外工作测线布置根据勘探目的,结合场地情况（地质、地形等）,进行布线设网。电极数量、极距应根据勘探目标体的大小、埋深等因素进行选择。

采用高密度电法中的温纳法对主坝坝体顶部、马道进行隐患探测。高密度电法布设参数见表2。

表2 高密度电法布设参数

高密度电法检测结果见图2、图3 和表3。根据检测结果可以得知,凤凰水库大灌浆密实性良好。

图2 测线1：坝顶（左岸～右岸方向）

表3 高密度电法反演数据判读

图3 测线2：马道（左岸～右岸方向）

5 结论

（1）凤凰水库在长期的使用过程中出现了一定程度的破坏,结合工程实际情况和类似工程经验,采用灌浆的方法进行除险加固。灌浆加固效果受到地层、施工方法影响较大,准确检测灌浆效果是非常重要的。

（2）采用传统的注水法进行灌浆密实性检测方法较为单一,存在检测结果出现误差的可能,因此,提出增加高密度电法进行灌浆效果检测。通过对凤凰水库灌浆效果进行检测,凤凰水库的灌浆效果较好,满足相关规范和设计要求。

（3）随着科技的发展,土坝（土石坝）灌浆密实性检测方法也有一定的改善,建议在后续工作中采用更加先进的手段进行检测,以提高检测工作效率和准确性。