張文君
(濰坊市峽山水庫管理局,山東 濰坊 261325)
峽山水庫放水洞由分別有2孔和1孔砌塊拱無壓涵洞組成,斷面尺寸為2.3 m×3.05 m,矢高0.75 m,單孔拱涵建于1966年,雙孔拱涵建于1977年。2005年新建鋼筋混凝土豎井式閘室,閘室凈寬2.5 m,閘室凈寬2 m×2.5 m。閘底板頂高程29.7 m,底板厚0.8 m,邊墩頂高程38.0 m。閘室與原砌石拱涵之間采用長4.0 m的鋼筋混凝土漸變段過渡,其后保留原砌塊拱涵。
2019年6月,放水洞放水間隙例行檢查,發(fā)現(xiàn)南側(cè)1#洞(自南向北依次編號1#、2#、3#洞)漸變段與原砌石拱涵相接處,原砌塊拱涵與新澆筑混凝土接縫處頂部一塊砌塊缺失,產(chǎn)生集中漏水;所有洞身滲水普遍,兩側(cè)邊墻尤為嚴重,其中1#洞距出口18.0 m、高程31.28 m處邊墻發(fā)現(xiàn)一處射流狀漏水點。1#~3#洞漸變段后的砌塊拱頂砂漿不密實,結(jié)構(gòu)縫處有施工擾動跡象;南北兩側(cè)邊墻出溢點高。根據(jù)檢驗檢測報告,洞身拱頂部位砌筑砂漿老化嚴重、易脫落,洞身側(cè)墻部位砌縫處大部分存在滲漏痕跡且伴隨析出物,析出物顏色多呈灰白色,局部呈土黃色。對砌塊及砂漿強度的檢測結(jié)果顯示低于設計指標要求。
3個洞的漸變段與砌塊拱涵連接處不同程度的隱患均出現(xiàn)在原砌塊拱涵與混凝土相接的結(jié)構(gòu)縫位置。2005年除險加固,結(jié)構(gòu)縫處的砌塊結(jié)構(gòu)會受到一定擾動,砌塊斷面鑿毛難度較大,結(jié)構(gòu)縫易產(chǎn)生粘接不密實等情況,其中1#洞頂部砌塊的脫落證明了的這種推測。結(jié)構(gòu)縫的連接不緊密是漏水的主要原因。
根據(jù)現(xiàn)場估測,1#洞脫落的砌塊上部相鄰壩體土,因此有滲流擊穿的危險。由于無法得知石塊脫落及漏水開始時間,目前還難以準確判斷壩體土是否有漏失和漏失多少,但漏點附近的壩體土在滲流作用下會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)松散和局部有滲漏通道等隱患。
從洞身滲水及出溢點分析,壩體內(nèi)的浸潤線較高,從最側(cè)邊墻的陰濕痕跡可以明顯看出浸潤線逐漸升高的趨勢。這種現(xiàn)象一種可能是壩體土本身滲透性較大所致,另一種可能是拱涵與壩體接觸帶的異常滲漏。由于放水洞為破壩建設而成,回填壓實較為困難,加上回填土的沉降變形,易造成接觸帶疏松,發(fā)生接觸帶滲漏異常。
無論是壩體滲漏還是接觸帶滲漏造成的浸潤線偏高,都會使出逸比降過大,結(jié)構(gòu)物承受較大的水壓,增加滲流及結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定因素。
砌塊洞身已使用超過40年,存在結(jié)構(gòu)老化問題,洞壁大范圍滲水表明結(jié)構(gòu)空隙加大,從大量的氧化物溶蝕來看,砂漿強度有較大的降低。根據(jù)檢測報告,按照現(xiàn)行規(guī)范要求,砌塊及砂漿強度均不滿足要求,整體結(jié)構(gòu)強度堪憂。
根據(jù)漏水程度,本次對1#、2#洞的結(jié)構(gòu)縫進行處理??紤]到目前庫水位較高,1#洞拱頂砌塊缺失有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定風險,應急處理分三步:
1)對1#洞結(jié)構(gòu)縫進行預處理,控制隱患發(fā)展。處理內(nèi)容包括補嵌缺失的拱頂砌塊、化學灌漿封堵漏水;2#洞滴水處化學灌漿堵漏。
2)對結(jié)構(gòu)縫頂部的壩體土注漿加固。
3)對1#、2#洞結(jié)構(gòu)縫灌注聚合物水泥漿的方式,使結(jié)構(gòu)縫完全充填密實。
采用接觸灌漿及壓密注漿的方法,使?jié)B漏點處的壩體疏松部位得到擠壓密實,提高洞身與壩體接觸帶的密實性,減小滲透性,消除接觸沖刷隱患,降低壩體內(nèi)的浸潤線,減小滲透比降,保證壩體滲透穩(wěn)定。
考慮到壩體加固和降低滲透性的雙重目的,注漿孔的位置布置在結(jié)構(gòu)縫正上方,能夠有效延長滲徑,降低洞身周邊壩體內(nèi)的浸潤線。
采用淺孔灌注聚合物水泥漿的方式,使結(jié)構(gòu)松散的砂漿得到密實,有空洞的縫隙得到灌注,從而提高拱頂?shù)恼w結(jié)構(gòu)強度。
2.4.1 結(jié)構(gòu)縫灌漿及截滲環(huán)灌漿
結(jié)構(gòu)縫灌漿針對1#、2#洞,分兩次完成。第一次在漏水情況下采用化學灌漿方式,采用改性聚氨酯材料灌漿。第二次處理灌注聚合物水泥漿,徹底消除滲水,恢復結(jié)構(gòu)縫黏結(jié)強度。
截滲環(huán)灌漿位置布置在結(jié)構(gòu)縫兩側(cè),各一排,鉆透墻體進入壩體,通過灌漿封閉洞身與壩體之間可能存在的滲漏通道。
1)結(jié)構(gòu)縫灌漿基本參數(shù)為:孔距0.5 m,孔徑10 mm,注漿管深度30 cm。從混凝土側(cè)斜向鉆孔,根據(jù)實際情況具體布設孔位及數(shù)量?;瘜W注漿采用化灌泵,注漿壓力不大于0.1 MPa;水泥注漿采用人工泵,注漿壓力不大于0.2 MPa。
2)截滲環(huán)灌漿基本參數(shù)為:孔距0.5 m,孔徑40 mm,注漿管深度2.0 m。自結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)垂直鉆孔。水泥注漿采用電動注漿泵,注漿壓力不大于0.5 MPa。
2.4.2 連接段拱頂加固設計
針對連接段砌塊砂漿不密實、砌塊擾動等結(jié)構(gòu)存在的隱患,采取灌漿補強措施,處理段長度為30 m。具體做法為速硬砂漿補齊缺失的表層砂漿,埋設注漿管,灌注聚合物水泥漿。注漿孔密度暫按3個/m2考慮,孔位根據(jù)拱頂質(zhì)量隨機確定,孔徑10 mm,注漿管深度30 cm。水泥注漿采用人工注漿泵,注漿壓力不大于0.05 MPa。
2.4.3 結(jié)構(gòu)縫處壩體加固設計
因現(xiàn)場條件的限制,壩體加固采用注漿的方式。結(jié)構(gòu)縫處壩體注漿一要解決因滲漏造成的壩體土的流失,補強壩體土力學指標,二要有一定的擋水作用,延長滲徑,解決壩體內(nèi)水位過高的問題。結(jié)構(gòu)縫處的壩坡高程約為39.0 m,水庫增容后的興利水位為38.0 m,絕大多數(shù)情況下水庫水位低于39.0 m,本處的灌漿可以起到延長滲徑,降低壩體浸潤線的作用。
采用三排布孔,以加固壩體為主,孔距1.0 m,排距0.8 m,灌漿頂高程為39.2 m,灌漿底部為洞底以下1.0 m,灌漿底高程27.8 m?;鶐r注漿工藝參照帷幕灌漿方法,基巖部分作為1個灌段,灌漿壓力0.5 MPa,分級加壓。漿液采用水泥漿,采用3∶1、2∶1、1∶1三個比級。
壩體注漿采用袖閥管工藝,0.5 m為一個灌段,注漿材料為鈉基膨潤土、P·O42.5R水泥,干料配比3∶7~5∶5,水灰比1∶1~0.8∶1。灌注回次2~3次,開環(huán)壓力0.4 MPa,終灌壓力小于0.2 MPa。施工中可根據(jù)實際適當調(diào)整注漿壓力。
本著輕重緩急、安全第一的原則安排施工先后順序如下:1#洞拱頂砌塊封堵、1#、2#洞頂土體注漿、1#洞搭設腳手架支護、1#洞集中漏水點化學注漿、壩體土全面注漿加固、1#洞截滲環(huán)洞頂加固、2#洞腳手架支護、2#漏點化學注漿、2#洞截滲環(huán)洞頂加固、3#洞腳手架支護、3#洞截滲環(huán)洞頂加固、測壓管施工。
對砌塊間的空洞、縫隙人工用速干砂漿抹平;沿砂漿縫用水鉆鉆灌漿孔,孔深15 cm左右,埋設內(nèi)徑12 mm的PE注漿管。孔位根據(jù)空洞位置現(xiàn)場確定;注漿材料采用摻加3%丙乳的濃水泥漿,關(guān)注方式采用人工注漿泵,灌注過程中嚴格控制注漿壓力不大于0.2 MPa,以注滿為原則。注漿結(jié)束從根部切掉注漿管。
對結(jié)構(gòu)縫進行化學灌漿處理。以結(jié)構(gòu)縫為中心開鑿“V”槽,然后采用速干砂漿嵌填并抹平;在結(jié)構(gòu)縫混凝土側(cè)斜交鉆灌漿孔并埋設灌漿嘴,孔距0.5 m,孔深30 cm;采用改性聚氨酯材料灌漿,注漿壓力不大于0.1 MPa,聚氨酯遇水膨脹固化,從而封堵漏水。若還有滴水點則加密布孔,直至漏點全部消失,最后清理并抹平表面。注漿機具采用化灌泵。
截滲環(huán)灌漿利用水鉆鉆透洞身墻體進入壩體,通過灌漿封閉洞身與壩體之間可能存在的滲漏通道。在未鉆頭壩體前埋設孔口管,當有較大涌水時需要安設截止閥。施工中發(fā)現(xiàn)壩體填土與洞身結(jié)合緊密,沒有發(fā)現(xiàn)明顯的軟弱層,鉆透洞身后大部分孔口管只出現(xiàn)少量滴水,極個別出現(xiàn)線狀漏水。截滲環(huán)注漿采用膨潤土+水泥漿材,配比1∶1,水灰比1∶1,注漿壓力控制在0.4 MPa,灌漿方式采用和壩體注漿相同的方法。
壩體注漿加固要解決因滲漏造成的壩體土的流失,補強壩體土力學指標,同時加固后的壩體起一定的擋水作用,可以延長滲徑,一定程度上緩解壩體內(nèi)水位過高的問題。采用三排布孔,孔距1.0 m,排距0.8 m。
壩體注漿采用袖閥管工藝,0.5m為一個灌段,注漿材料為鈉基膨潤土、P·O42.5R水泥,干料配比1∶1,水灰比1∶1。灌注回次2~3次,開環(huán)壓力0.4 MPa,終灌壓力小于0.2 MPa。施工中可根據(jù)實際適當調(diào)整注漿壓力?;鶐r注漿工藝參照帷幕灌漿方法,基巖部分作為1個灌段,灌漿壓力0.5 MPa,分級加壓。漿液采用水泥漿,采用3∶1、2∶1、1∶1三個比級。
由于水庫供水任務繁重,一直限制水位運行。本次放水洞應急加固在水庫高水位下進行。在應急加固方案設計中,采取了漏點封堵、砌塊補強、壩體擠密加固、延長滲徑等綜合方案。加固完成后洞內(nèi)集中漏點消失,洞后溢出點降低,達到了應急加固的目的。