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        榆陽(yáng)區(qū)尤家峁水庫(kù)防滲方案探析

        2018-09-23 06:48:02
        陜西水利 2018年5期
        關(guān)鍵詞:隔水層壩基軸線

        王 軍

        (陜西省榆林市榆陽(yáng)區(qū)南郊抽水站,陜西 榆林 719000)

        1 概況

        陜西省榆林市尤家峁水庫(kù)位于榆林市榆陽(yáng)區(qū)境內(nèi)的榆溪河支流沙河中上游的芹河鄉(xiāng)尤家峁村,1988年10月建成并投入運(yùn)用,是以城市供水為主,兼顧灌溉、防洪、防沙治沙、漁業(yè)養(yǎng)殖及旅游開(kāi)發(fā)等綜合利用的水利樞紐工程。水庫(kù)樞紐由大壩、放水洞、西沙渠注水陡坡等建筑物組成;大壩由主壩和副壩組成,為水力沖填均質(zhì)水墜沙壩,最大壩高29 m。興利庫(kù)容912萬(wàn)m3,防洪庫(kù)容444萬(wàn)m3,相應(yīng)總庫(kù)容1566萬(wàn)m3。尤家峁水庫(kù)蓄水運(yùn)用二十多年來(lái),由于壩體質(zhì)量原因,一直處于低水位運(yùn)行,最高蓄水位1092.50m時(shí)壩體滲漏嚴(yán)重,壩后溢出點(diǎn)較高,形成多條滲漏通道,最大滲漏量約為0.2 m3/s~0.3 m3/s,不僅造成水源浪費(fèi),還威脅到大壩安全,必須對(duì)水庫(kù)進(jìn)行防滲處理。

        2 滲漏原因分析

        尤家峁水庫(kù)左岸緊鄰黃土梁崗區(qū),其分布高程遠(yuǎn)高于庫(kù)水位,故左岸不存在滲漏問(wèn)題;水庫(kù)右岸黃土梁崗區(qū)距庫(kù)岸較遠(yuǎn),梁崗區(qū)與庫(kù)岸之間為榆溪河二級(jí)階地,階面高程低于庫(kù)水位,故存在滲漏問(wèn)題。雖然采取多種防滲措施,但效果均不理想。尤家峁水庫(kù)大壩滲透破壞從表象來(lái)看主要有大壩接觸滲透破壞、壩體滲透破壞和壩下滲透破壞三種。目前大壩主要問(wèn)題壩下漏水量較大,同時(shí)壩體侵潤(rùn)線較高。

        2.1 防滲帷幕墻未穿透至相對(duì)隔水層以下

        根據(jù)主壩壩軸線剖面和橫剖面圖分析,前期高壓擺噴形成的防滲帷幕墻在樁號(hào)0+320~0+440 m處,防滲帷幕墻未穿透②層細(xì)砂和③-2層細(xì)砂,遺留有滲水通道。

        2.2 防滲帷幕墻大部分深入相對(duì)隔水層厚度較小

        從勘察剖面分析,幕墻深入下部相對(duì)隔水層的厚度為6.0 m~10.0 m,與其同部位的壩后未見(jiàn)有滲水點(diǎn)和潮濕現(xiàn)象。其后段幕墻深入相對(duì)隔水層厚度約為1.5 m~2.3 m,雖然進(jìn)入相對(duì)隔水層,但其深度明顯偏小,與其對(duì)應(yīng)的壩后漏水嚴(yán)重。因此說(shuō)明防滲帷幕墻體,要達(dá)到良好的防滲效果,墻體必須深入下部相對(duì)隔水層的深度宜不小于5.0 m。

        2.3 防滲帷幕墻長(zhǎng)度不夠

        從主壩壩軸線剖面可以看出,防滲墻樁號(hào)0+795 m(放水塔附近)后透水層厚度遠(yuǎn)大于30 m,且壩基以下仍為中等透水性的砂層,這也是壩后漏水為什么右岸最大的原因。目前觀測(cè)到的該處滲漏量小于壩基,是由于后期運(yùn)行管理中發(fā)現(xiàn)該處漏量很大,已危及到大壩安全,隨后管理方對(duì)該處進(jìn)行了大量的蓋壓處理,故該處實(shí)際的滲漏量要遠(yuǎn)大于觀測(cè)值。

        2.4 擺噴防滲帷幕墻質(zhì)量不理想

        通過(guò)三條壩體侵潤(rùn)線觀測(cè)孔結(jié)果,幕墻上下游水頭差約2.5 m~4.0 m,而且下游侵潤(rùn)線水力坡度極緩。若防滲帷幕墻質(zhì)量能達(dá)到預(yù)期目標(biāo),理論分析形成上下游水頭差將不低于10.0 m,故不排除高壓擺噴形成防滲帷幕墻局部有防滲天窗現(xiàn)象。

        3 防滲處理建議

        3.1 相對(duì)隔水層選擇意見(jiàn)

        由主壩壩軸線剖面和橫剖面圖可知,較為理想的相對(duì)隔水層是下部侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2z)細(xì)砂巖,巖層中厚層狀結(jié)構(gòu),層厚穩(wěn)定,屬弱透水性,但其埋深大于60.0m。從試驗(yàn)成果看位于其上的中更新統(tǒng)風(fēng)洪積堆積(Q2eol+pl)黃土狀壤土,厚23.0 m~35.0 m,一般埋深 30.0 m~40.0 m,滲透系數(shù) 5.54×10-6cm/s~9.04×10-5cm/s,依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50487-2008)屬微透水層,可視為壩區(qū)防滲處理的相對(duì)隔水層。

        3.2 防滲范圍建議

        由于已有防滲帷幕墻,不排除有質(zhì)量缺陷,同時(shí)也難以修復(fù),綜上,建議重新進(jìn)行防滲帷幕處理。為了確保壩體安全及水庫(kù)能發(fā)揮正常效益,建議處理長(zhǎng)度結(jié)合副壩地質(zhì)條件統(tǒng)一考慮,且應(yīng)不低于1.2 km。

        4 壩體防滲處理措施

        針對(duì)尤家峁水庫(kù)滲流情況,現(xiàn)從壩基、壩體兩方面提出防滲處理方案。

        4.1 滲流穩(wěn)定計(jì)算與分析

        由于該水庫(kù)洪水全攔全蓄,且放水洞放水流量較?。ㄗ畲蠓潘髁? m3/s),設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位均可能形成穩(wěn)定滲流,故僅對(duì)上游正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位時(shí)形成穩(wěn)定滲流期進(jìn)行滲流計(jì)算。

        滲流穩(wěn)定計(jì)算采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院的理正滲流分析軟件進(jìn)行。本次計(jì)算斷面選取有代表性的4個(gè)斷面分別計(jì)算,防滲前典型斷面見(jiàn)圖1,防滲前計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1,防滲后典型斷面見(jiàn)圖2,防滲后計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2,通過(guò)計(jì)算結(jié)果表可知,防滲前在正常蓄水位水庫(kù)壩體滲漏量為6185 m3/d,防滲幕墻加土工膜防滲后在正常蓄水位水庫(kù)壩體滲漏量為625 m3/d,日節(jié)約滲水量6160 m3/d。通過(guò)典型圖可以看到大壩防滲前溢出點(diǎn)基本都處于壩后坡中下游坡度,這是形成壩后流土及沖刷破壞的主要原因。

        圖1 壩3-3斷面防滲前正常蓄水位計(jì)算浸潤(rùn)線

        圖2 壩3-3斷面防滲后正常蓄水位計(jì)算浸潤(rùn)線

        表1 防滲前壩體典型斷面滲漏量統(tǒng)計(jì)表 單位m3/d

        表2 防滲后壩體典型斷面滲漏量統(tǒng)計(jì)表 單位m3/d

        在計(jì)算過(guò)程中防滲幕墻滲透系數(shù)按5×10-6cm/s計(jì)。

        4.2 壩基防滲方案

        (1)方案選擇

        根據(jù)地質(zhì)勘探情況及工程現(xiàn)狀,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)查勘情況,初步選定壩基防滲軸線為:沿壩軸線在上游壩坡高程線,布設(shè)垂直防滲幕墻方案。

        根據(jù)尤家峁水庫(kù)壩基地質(zhì)情況,其壩基主要為細(xì)砂層,中間夾有2 m~7 m厚砂質(zhì)壤土層。底部為砂巖。由上述地層情況,本次設(shè)計(jì)考慮由于砂質(zhì)壤土層滲透系數(shù)K=8.9×10-6cm/s相對(duì)較小,將其作為相對(duì)不透水層考慮截滲深度,防滲幕墻按深入相對(duì)不透水層1.0 m進(jìn)行設(shè)計(jì)。

        根據(jù)上述情況,本次設(shè)計(jì)尤家峁水庫(kù)壩基防滲的截滲范圍主要是壩基細(xì)沙及壩體填沙層,依據(jù)地質(zhì)剖面圖,初步考慮其截滲方案為:帷幕灌漿、塑性砼墻、深層水泥攪拌樁與高壓旋噴灌漿結(jié)合防滲3種方案。但由于帷幕灌漿方案截滲效果難以保證,塑性砼墻方案成孔困難,塌孔嚴(yán)重,質(zhì)量不易控制,所以采用施工不需要開(kāi)槽,不破壞壩體,不存在塌孔問(wèn)題,工程質(zhì)量可靠,防滲效果好,工程造價(jià)低、成孔有保障的深層水泥攪拌樁與高壓旋噴灌漿結(jié)合垂直截滲方案。

        (2)深層水泥攪拌樁及高壓旋噴樁技術(shù)指標(biāo)

        深層攪拌地下連續(xù)墻采用一次成墻工藝,每個(gè)單元墻3根水泥土攪拌樁。攪拌軸間距320 mm,攪拌頭直徑400 mm,墻體有效厚度不小于200 mm。每個(gè)單元墻長(zhǎng)度為960 mm,前后單元墻的首尾樁采取套接,單元墻有效長(zhǎng)度640 mm(圖3)。

        圖3 深層攪拌地下連續(xù)墻樁間搭接示意圖

        地下連續(xù)墻攪拌樁水泥摻入量10%~18%,水灰比為1.5~2.0(水泥摻入量及水灰比根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)最終確定)。地下連續(xù)墻墻體彈性模量不大于1000 MPa,滲透系數(shù)K<1.0×10-6cm/s,允許滲透坡降 J>200,抗壓強(qiáng)度 R28≥0.5 MPa。

        高噴旋噴樁采用三管法施工,間距0.8 m,樁徑不小于1.1 m,墻體彈性模量不大于1000 MPa,滲透系數(shù)K<1.0×10-6cm/s,允許滲透坡降J>200,抗壓強(qiáng)度R28≥2.0 MPa。

        4.3 壩體防滲處理

        壩體防滲的尤家峁水庫(kù)的防滲重點(diǎn)。根據(jù)壩體測(cè)量資料、地質(zhì)資料及水文、水位、水庫(kù)規(guī)模等初步選取兩套方案比選,見(jiàn)表3。

        表3 方案一與方案二比較表

        方案一:垂直防滲布設(shè)方案。壩體防滲范圍從右岸副壩西段沙丘處至左岸已有擺噴幕墻端點(diǎn)偏移4 m為終點(diǎn)止,防滲幕墻全長(zhǎng)1418 m,防滲墻軸線在壩前距壩軸線16.9 m(副壩段)、20.9 m(主壩段)。防滲幕墻頂高程1096.00 m,防滲幕墻底高程1052 m~1078 m與壩基相對(duì)不透水層相接,防滲幕墻根據(jù)施工地質(zhì)深入不透水層深度不小于1 m,防滲幕墻成墻面積42809 m2。

        方案二:斜坡防滲加垂直防滲組合布設(shè)方案。壩體防滲范圍從左岸已有擺噴幕墻端點(diǎn)偏移2 m為起點(diǎn)至副壩西段沙丘處止,防滲幕墻全長(zhǎng)1361 m,防滲墻軸線在壩前距壩軸線45 m。防滲幕墻末端段幕墻1+265.66 m至幕墻1+361.44 m,頂部高程由1091.00 m漸變至1096.00 m,幕墻1+265.66 m后高程為1091.00 m。防滲幕墻底高程1050 m~1078 m與壩基相對(duì)不透水層相接,防滲幕墻根據(jù)施工地質(zhì)深入不透水層深度不小于1 m,防滲幕墻成墻面積35355 m2,高程1091 m~1097 m采用土工膜(PE材質(zhì)兩布一膜,1000 g/m2)接防滲幕墻防滲,土工膜上依次是1.5 m厚壩體填筑土防凍層、10 cm砂礫層、10 cm厚預(yù)制砼塊。

        綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較,方案一垂直防滲深度較大,施工難度較大,防滲效果不易控制,且不經(jīng)濟(jì),方案二中砼防滲墻結(jié)合斜坡土工膜防滲中,砼防滲墻在成墻方面較為困難,塌孔后不易處理,且不經(jīng)濟(jì),方案二中擺噴幕墻結(jié)合斜坡土工膜防滲中,擺噴較為經(jīng)濟(jì),但擺噴相對(duì)防滲效果差,施工干擾大,防滲幕墻在30 m以下深度偏差大等技術(shù)缺陷,本次設(shè)計(jì)采用方案二深層水泥攪拌樁及旋噴樁結(jié)合防滲,墻深26 m內(nèi)采用深層水泥攪拌樁,墻深26 m~30 m內(nèi)采用單排高壓旋噴樁、墻深26 m至41 m選用雙排高壓旋噴樁。此方案不僅技術(shù)方面有保證防滲效果較為理想,且較為經(jīng)濟(jì),故采用此方案。

        5 結(jié)語(yǔ)

        由于地質(zhì)地基和工程施工建設(shè)中的多種問(wèn)題,造成尤家峁水庫(kù)建成后,滲漏問(wèn)題嚴(yán)重,一直影響到水庫(kù)效益的發(fā)揮和大壩安全問(wèn)題。通過(guò)地質(zhì)勘察,結(jié)合國(guó)內(nèi)大壩除滲成熟設(shè)工設(shè)施方案,并經(jīng)過(guò)方案比選,提出壩基采用深層水泥攪拌樁與高壓旋噴灌漿結(jié)合的防滲方案,壩體采用斜坡防滲加垂直防滲組合方案。尤家峁水庫(kù)壩體防滲處理后,可加大水庫(kù)庫(kù)容利用率,每年可向下游兩個(gè)灌區(qū)3萬(wàn)畝農(nóng)田供水,年平均補(bǔ)水800萬(wàn)m3。

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