薛偉彬 鄭青

(河南省中陸工程技術有限公司,河南鄭州 450000)

河南省濟源市曲陽水庫滲漏分析與治理

薛偉彬 鄭青

(河南省中陸工程技術有限公司,河南鄭州 450000)

濟源市曲陽水庫自1960年建成蓄水以來,壩基截水槽未完全截斷,滲漏嚴重。經(jīng)多方案比較,決定采用高噴注漿防滲板墻的防滲處理方案對壩基進行處理,河南省水利廳以《關于對濟源市曲陽水庫除險加固工程初步設計的審批》批準曲陽水庫大壩滲漏采用高噴注漿防滲板墻防滲方案。工程布設灌漿孔共584個,孔徑110mm,灌漿總進尺3758m。已通過竣工驗收,目前運行良好。

水庫大壩 滲漏 設計 高噴注漿 施工 防滲

1 工程概況

曲陽水庫位于南省濟源市南蟒河上游曲陽村南的五子河和虎嶺河之間,距離市區(qū)9km,屬黃河流域,壩址以上虎嶺河干流長19.2km,控制流域面積40km2;壩址以上五子河干流長24.6km,控制流域面積68km2。主壩為均質(zhì)土壩,設計壩頂高程181.70m,壩高9.9m,主壩長573m,壩頂寬15m。副壩分南、北兩座,北副壩長690m,高4～5m,頂寬6m,壩頂與主壩相平;南副壩長470m,高2-6m,壩頂?shù)陀谥鲏?.3-0.5m,頂寬7m。水庫總庫容230萬m3,死庫容14.3萬m3,防洪標準為20年一遇洪水設計,100年一遇洪水校核,是一座以防洪、調(diào)蓄為主,兼顧灌溉、旅游和養(yǎng)殖等功能的平原小(Ⅰ)型水庫。

水庫興建于1959年,由于歷史原因,施工質(zhì)量較差,出現(xiàn)了壩體、壩基滲漏問題,造成壩后出現(xiàn)侵沒、沼澤化現(xiàn)象,并多次在汛期出險,水庫一直嚴格控制運用,急需進行防滲加固。

2 大壩工程地質(zhì)與滲漏成因分析

根據(jù)地質(zhì)報告結論河槽段壩基地層主要為第四系全新統(tǒng)級配不良礫及低液限粘土組成,級配不良礫具強透水性,低液限粘土屬弱－中等透水性。筑壩時壩基截水墻并未完全截斷級配不良礫層,使主壩壩基還存在滲漏問題;北(左)副壩級配不良礫分布在樁號N0+140～N0+500之間,厚度大于17.0m,其中N0+000～N0+140和N0+500～N0+600之間均存在級配不良礫夾層,厚度約2m～3.3m,南(右)副壩級配不良礫分布在樁號S0+630附近,屬強透水性,存在壩基滲漏問題,該處南副壩上游壩坡庫區(qū)內(nèi)為臺地,能起到防滲作用。

壩基為低液限粘土,中間夾多層級配不良砂,滲透系數(shù)范圍值為9.2×10-5－9.93×10-4cm/s,局部也存在壩基滲漏問題。壩基級配不良礫層存在發(fā)生管涌滲透變形的工程地質(zhì)問題,結合截水墻土體滲透系數(shù)較大的實際情況,壩基存在滲漏和滲透變形問題。

曲陽水庫是群眾性施工,從附近取土直接上壩填筑,沒有采用大型機器碾壓設備進行施工,主要是人工夯實,拖拉機拉石磙碾碾壓,施工質(zhì)量差。壩體材料主要是黃色低液限粘土組成,土質(zhì)不均勻,含少量鈣質(zhì)結構,壩體土滲透系數(shù)不滿足規(guī)范要求。

3 防滲技術方案確定

3.1 方案一

采用高噴注漿防滲板墻防滲,目的是載斷壩基下的主要透水層,即級配不良礫層,層厚0.50-6.4m,層底高程164.80-173.86m,其工程布置如下：

大壩為均質(zhì)土壩,最大壩高9.9m,壩頂寬15m,長573m,壩頂高程181.70m。本次加固在主壩樁號0+182.6～0+455.6范圍內(nèi)沿壩前平臺中心線設一排灌漿孔,孔間距1.5m,灌漿深入壩體填筑土1.0m,下部深入低液限粘土1.0m。主壩灌漿孔共布設183孔,孔徑110mm,灌漿總進尺1153m,主壩灌漿平臺設置在壩迎水坡179.75m高程平臺上。北副壩共布設灌漿孔401個,孔徑110mm,灌漿總進尺2605m,沿北副壩軸線布置。灌漿材料：42.5硅酸鹽水泥,水灰比0.8：1。

3.2 方案二

混凝土防滲墻是采用人工或機械方式,在透水層內(nèi)形成一道連續(xù)的混凝土防滲墻,達到截斷透水層的目的?；炷练罎B墻設計位于壩頂,混凝土防滲墻軸線平行于大壩軸線,槽段長度以6m為宜,采用國產(chǎn)RSD型液壓抓斗抓土。設計混凝土防滲墻厚度0.3m,混凝為C10塑性混凝土,其成墻范圍：上至壩體填筑土、下至深入不透水層下1m,防滲墻面積5404m2。

3.3 方案比選及確定

方案一：高噴注漿防滲板墻防滲,優(yōu)點是(1)可灌性好;(2)可控性好;(3)連接性可靠;(4)機動靈活;(5)適應地層廣、深度大;(6)施工場地要求不高;(7)可用于軟基加固。缺點：對地層敏感性強;缺少快速可靠的檢查方法。

方案二：混凝土防滲墻防滲,優(yōu)點在于混凝土防滲墻是一種成熟的防滲方法,效果好,幾乎適用于任何壩基地質(zhì),可以承受比高噴灌漿更大的水頭和施工深度。但造價相對較高,施工難度相對較大,工期也較長。從工程投資、適用性和施工難度上進行比較,分析水庫經(jīng)濟效益和社會效益,同時也可為河南省平原水庫壩基及河道堤基防滲治理工程進行有效的探索和實踐,因此建議采用高噴注漿防滲板墻防滲方案。

河南省水利廳以《關于對濟源市曲陽水庫除險加固工程初步設計的審批》批準曲陽水庫大壩滲漏采用高噴注漿防滲板墻防滲方案,工程于2011年開工,并已通過竣工驗收。該大壩壩外坡腳處散浸消失。

4 高噴注漿防滲板墻施工

4.1 施工工序

施工工序為：造孔——試噴——下噴管——噴射灌漿——靜壓灌漿。

4.2 高壓噴射灌漿參數(shù)的確定

高壓噴射灌漿施工,屬聯(lián)合作業(yè)性質(zhì),水、氣、漿等各項參數(shù),通過現(xiàn)場試驗后選定,有關工藝參數(shù)如下：

高噴材料：42.5硅酸鹽水泥,水灰比為0.8：1;

鉆孔孔徑：≥110mm;

高壓水：水壓力34～38MPa,水流量70～80L/min;

壓縮空氣：氣壓力0.5～0.7MPa,氣量：1～2m3/min;

水泥漿：漿壓力0.3～0.5MPa,漿流量70～80L/min,漿容量1.6g/cm3

提升速度：土層10cm/min,砂卵石層6cm/min;

旋轉速度：10或15轉/min;

噴嘴擺速：10～15次/min;

擺動角度：30°;

噴射方向：(擺噴凝結體軸線與防滲墻軸線夾角)15°。

4.3 施工質(zhì)量控制

鉆機造孔質(zhì)量控制指標：(1)定孔：壩軸線允許誤差1cm,孔位誤差不超過2cm;(2)鉆孔：鉆機對準孔位誤差不超過2cm;(3)孔口徑：開孔口徑大于130mm;(4)鉆進：機體要平穩(wěn)、牢固,每鉆進5m要測量機體、立軸垂直一次;(5)泥漿護壁：粘土泥漿容重為1.1～1.25g/cm3;(6)先導孔：分層界面取芯,孔深進入基巖1.3m取芯;(7)取孔深度：按設計要求孔深進入不漏漿的基巖全(強)風化層2m;(8)終孔：終孔后用新漿液將孔內(nèi)巖粉置換干凈,保證高噴順利下管等。

高噴灌漿質(zhì)量控制指標：

(1)分序施工：一序孔與二序孔灌漿施工間隔時間不小于24h;(2)下噴射管：下至設計深度,下落深度不夠時請示監(jiān)理部門批準;(3)擺噴方向：擺噴以施工軸線呈5°夾角為起點,外擺30°,允許誤差±2°,半圓噴以施工軸線為起點,外擺90°,允許誤差±5°;(4)提升速度：提速允許誤差不超過±5mm/min;(5)擺動速度：擺速允許誤差不超過±1次/min;(6)水壓力：控制在36～38MPa之間,水嘴直徑1.8～1.9mm;(7)氣壓力：控制在0.6～0.8MPa之間,氣嘴直徑9mm;(8)制漿：采用425#抗硫鹽水泥,純水泥漿,送漿比重控制在(1.6～1.65)g/cm3之間;利用回漿,送漿比重控制在1.7～1.75g/cm3之間,每隔30min測量送漿比重、回漿比重一次,要詳細記錄;(9)水泥：對所進水泥按批號分開堆放,按先后順序分批使用;(10)水泥檢驗：對所進水泥每400t取樣化驗一次,檢測水泥安全性和強度指標,不合格的水泥嚴禁使用;(11)水泥用量：統(tǒng)計每個孔的水泥用量,每20個水泥袋捆成一捆;(12)灌漿記錄：噴射過程中對冒漿情況、漏漿位置、深度、時間要詳細記錄;(13)終孔填充：終噴后用比重1.7～1.75g/cm3漿液將孔內(nèi)充填滿,直到孔口漿面不在下沉為止;(14)終噴驗收：終噴經(jīng)現(xiàn)場質(zhì)檢人員和監(jiān)理人員簽字驗收;(15)高噴記錄：記錄表要填寫清楚、整潔,經(jīng)監(jiān)理、技術員簽字后,當天記錄表當天交技術組;(16)回灌：噴射結束將孔內(nèi)充填滿后及時利用冒漿回填到地面,嚴禁使用帶有黃泥和淤泥的冒漿進行回灌,做好原始標記;(17)因各種原因使噴灌中斷超過30分鐘,恢復噴射時,要下落0.5m再開噴;超過2小時,恢復噴射時,要下落0.7m再開噴。

5 防滲效果檢測與評價

該工程于2012年完成施工并進行了竣工驗收。工程竣工后經(jīng)過洪水期進行考驗,施工后壩段與施工前相比,防滲效果明顯改觀。

6 結語

濟源市曲陽水庫壩基防滲處理工程經(jīng)過汛期的洪水考驗,并通過竣工驗收,完全達到設計要求,防滲效果良好,為處理類似病險水庫提供了一條有效途徑。高壓噴射防滲墻施工技術在我國比較成熟,具有施工設備簡單、操作容易、能就地取材等優(yōu)點,就同類病險水庫而言,采用該技術具有較大的社會效益和巨大的經(jīng)濟效益。

薛偉彬(1980-),男,工程師,工學學士,主要從事中小型水利工程規(guī)劃、設計等工作。