桐廬縣肖嶺水庫(kù)大壩防滲加固及效果分析

章春風(fēng),顧正中

(桐廬縣水利水電局,浙江 桐廬 311500)

1 工程概況

肖嶺水庫(kù)位于浙江省桐廬縣鳳川鎮(zhèn)肖嶺村,壩址以上集雨面積107.59 km2,總庫(kù)容1 650萬(wàn)m3,設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為100 a一遇,設(shè)計(jì)洪峰流量為1 266 m3/s,校核洪水重現(xiàn)期為2 000 a一遇,校核洪峰流量2074m3/s。該水庫(kù)是一座以灌溉為主、結(jié)合防洪、發(fā)電等綜合利用的中型水庫(kù),灌溉桐君、鳳川和江南3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道0.21萬(wàn)hm2的農(nóng)田,保護(hù)下游23個(gè)村莊1.5萬(wàn)人口和600 hm2農(nóng)田的安全,以及下游柴雅線、七常線、320國(guó)道和杭千高速等交通線的防洪安全。水庫(kù)樞紐主體工程由攔河壩、溢洪道、新輸水隧洞、原輸水隧洞、發(fā)電廠和升壓站等建筑物組成。

水庫(kù)大壩壩型為黏土心墻砂殼壩,最大壩高34.85 m,壩頂高程132.0 m,壩頂長(zhǎng)234 m,寬8 m。大壩上、下游各設(shè)置2級(jí)馬道,上游馬道高程分別為116.15,102.15 m,下游馬道高程分別為116.15,101.15 m。大壩上游坡比自上而下分別為1:2.25、1:2.5、1:2.1。大壩下游坡比分別為1:1.9、1:2、1:2。水庫(kù)于 1958年8月動(dòng)工興建,1960年1月5日大壩合龍,同年8月大壩建至119.68 m高程,開(kāi)始蓄水,大壩右岸山岙設(shè)臨時(shí)溢洪道,1963年4月大壩基本建成。1978年測(cè)得在正常蓄水位時(shí),24 h總滲漏量達(dá)1 702 m3,并有加大趨勢(shì),且壩坡過(guò)陡。1983年1月21日開(kāi)始進(jìn)行壩體套井回填加固處理,同年4月18日第1階段施工結(jié)束,壩體經(jīng)套井回填處理后,滲漏問(wèn)題得到明顯改善,但處理仍不夠徹底,2008年鑒定為三類壩,2009年對(duì)大壩壩體與壩基進(jìn)行低彈?；炷练罎B墻加固處理。攔河壩原典型斷面見(jiàn)圖1。

圖1 攔河壩原典型斷面圖

2 混凝土防滲墻加固前大壩存在的滲流問(wèn)題

(1)大壩壩基砂(礫)卵石層厚度10 m以內(nèi),采用明挖回填黏土截水槽垂直防滲,部分地段清基不徹底,存在中等透水的砂卵石層;清至基巖的,也未能清至弱風(fēng)化巖。左壩肩心墻與基巖接觸帶、河床部位心墻與基巖接觸帶均為中等透水,存在接觸滲漏問(wèn)題。河床及兩壩肩基巖為中等透水性,相對(duì)不透水層界限 (q≤5 Lu)為基巖面以下12 m,存在壩基滲漏及繞壩滲漏問(wèn)題。

(2)心墻防滲體綜合滲透系數(shù)為1.9×10-4cm/s,套井回填土防滲體綜合滲透系數(shù)為1.5×10-5cm/s。但套井回填土厚度僅0.6m且大部分壩段未能到基巖,套井未能截?cái)酀B流通道。

(3)部分壩段齒槽未能清除至基巖,在心墻齒槽與基巖之間還有一砂卵石層。砂卵石層的允許比降較小,存在滲流穩(wěn)定問(wèn)題。

(4)心墻下游與壩殼砂卵石之間,以及壩基齒槽下游側(cè)與壩基砂礫石層之間未設(shè)反濾層,存在滲漏薄弱環(huán)節(jié)。

(5)心墻土均勻性差,含石較多,含水率較高,還存在彈簧土、凍土、雜草土等,局部存在滲漏薄弱帶。套井回填土把部分心墻滲漏薄弱帶截?cái)?但由于套井回填土有效厚度僅0.6 m,且大部分壩段未到基巖,未能徹底解決大壩滲流問(wèn)題。

3 大壩防滲加固措施

肖嶺水庫(kù)防滲加固,采用心墻部位設(shè)置低彈?；炷练罎B墻結(jié)合帷幕灌漿截滲處理。防滲墻墻頂高程為130.00 m,墻底河床部分嵌入微風(fēng)化內(nèi)2 m,其余嵌入基巖內(nèi)1 m,最大墻深42.0m,墻體厚度0.80 m。防滲墻軸線長(zhǎng)232 m,分為31個(gè)槽段施工。防滲墻施工完成后,在施工平臺(tái)以下、防滲墻上下游側(cè)各挖1個(gè)深1.00 m,底寬3.00 m的槽,開(kāi)挖邊坡為1∶1,同時(shí)對(duì)防滲墻頂部以下0.5 m全部鑿除,新建C20混凝土頭墻,用頭墻將墻頂接至131.5 m高程并與 “L” 墻相接。

為了使防滲墻、岸墻與兩岸山體形成封閉防滲體,對(duì)大壩兩岸壩頭連接部位巖體、防滲墻基礎(chǔ)以及岸墻基礎(chǔ)進(jìn)行帷幕灌漿處理。帷幕灌漿孔孔距2.0 m,灌漿壓力為0.5～1.0 MPa,孔深深入相對(duì)隔水層 (ω≤5 Lu)以下5.0 m,左、右岸帷幕延伸到正常蓄水位與相對(duì)隔水層線相交處。

4 防滲加固施工

4.1 低彈?；炷练罎B墻施工

4.1.1 施工要點(diǎn)

肖嶺水庫(kù)低彈模防滲墻共劃分為31個(gè)槽段,施工采用沖擊鉆機(jī)造孔成槽,先施工一期槽段,后施工二期槽段,造孔在壩體心墻內(nèi)進(jìn)行,利用原心墻黏土造漿固壁,漿液面按不低于導(dǎo)向槽頂以下50 cm控制。

控制槽孔孔位中心偏差不超過(guò)3 cm。采用CZ-30型沖擊鉆機(jī)造孔,先打主孔,再鉆副孔、鉆劈成槽。

造孔結(jié)束后開(kāi)始清孔換漿,采用抽筒撈渣,從淺至深進(jìn)行清孔換漿。二期槽孔清孔換漿結(jié)束前,用刷子鉆頭分段洗刷一期槽孔端頭的泥皮和殘留物,以刷子鉆頭上基本不帶泥屑、孔底淤積不再增加為合格標(biāo)準(zhǔn)。

混凝土澆筑采用“直升導(dǎo)管法”在泥漿下澆筑混凝土。開(kāi)澆時(shí)每組導(dǎo)管均放置隔離膠球,采用壓球法排除導(dǎo)管內(nèi)泥漿,防止混凝土與導(dǎo)管內(nèi)泥漿混合。當(dāng)槽底各孔巖面高差大于25 cm時(shí),依據(jù)從低至高的順序,逐根導(dǎo)管先后開(kāi)澆。

混凝土澆筑過(guò)程中,按規(guī)范要求定時(shí)定點(diǎn)測(cè)量槽內(nèi)混凝土面高差和導(dǎo)管埋深,保證混凝土均勻上升,高差不超過(guò)50 cm,防止混凝土混漿和夾泥。

4.1.2 特殊情況處理

(1)試驗(yàn)槽段鉆孔時(shí),由于槽孔內(nèi)土質(zhì)不均勻 (軸線上游側(cè)土層較松,下游側(cè)經(jīng)原套井處理較密實(shí)),導(dǎo)致上部8 m出現(xiàn)孔斜偏差,通過(guò)對(duì)鉆頭加箍穩(wěn)定,在孔口用方木強(qiáng)制糾偏,放緩鉆進(jìn)速度,每鉆進(jìn)1.0 m左右測(cè)量一側(cè)孔斜,合格后再繼續(xù)鉆進(jìn)的方法進(jìn)行糾偏,最終成孔孔斜率為0.25%,滿足規(guī)范要求。

(2)27號(hào)槽段混凝土澆筑至25 m高度時(shí) (平均孔深35 m),由于停電,導(dǎo)致澆筑中斷,采取重新造孔澆筑進(jìn)行處理,以保證防滲墻施工質(zhì)量。

(3)河床部位槽段施工至卵石層出現(xiàn)不同程度的漏漿現(xiàn)象,23,15號(hào)槽段漏漿量較大,施工時(shí)根據(jù)漏漿的程度,在漏漿部位回填黃土、水泥、鋸末混合物,同時(shí)用鉆頭不斷攪動(dòng),加大泥漿的比重,靜置一定時(shí)間后繼續(xù)鉆進(jìn),使造孔成功。

4.2 帷幕灌漿施工

帷幕孔采用150型地質(zhì)鉆機(jī)金剛石鉆頭鉆進(jìn),孔徑75 mm,造孔168孔(包括檢查孔15只),總進(jìn)尺6 839.2 m,其中混凝土進(jìn)尺3 875.2m,基巖進(jìn)尺2 964m。采用LJTBA型灌漿設(shè)備循環(huán)式灌漿,按三序加密的原則進(jìn)行,灌漿孔的基巖段長(zhǎng)5 m左右,選用自上而下分段灌漿法。原先已進(jìn)行過(guò)灌漿的特別破碎部位,采用了接觸灌漿,接觸段深1.5～2.0 m,灌漿壓力取0.3 MPa,完成后待凝12 h以上,接觸段單獨(dú)進(jìn)行,灌漿壓力盡快達(dá)到設(shè)計(jì)值,其他山體部位灌漿不做接觸灌漿。帷幕灌漿首段灌漿壓力取0.3 MPa,以下按0.025 MPa/m遞增,最大壓力一般在0.5 MPa。開(kāi)灌水灰比采用5∶1,當(dāng)灌漿壓力保持不變,注入率持續(xù)減小時(shí),或注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時(shí),不改變水灰比。漿液水灰比采用 5∶1、 3∶1、 2∶1、 1∶1、 0.8∶1、0.5∶1六個(gè)比級(jí)。

5 防滲加固效果分析

5.1 滲流監(jiān)測(cè)設(shè)施

為監(jiān)測(cè)大壩防滲加固的處理效果及壩體滲流狀態(tài),工程在大壩0+104.00 m和0+136.00 m斷面各布置4支測(cè)壓管進(jìn)行壩體浸潤(rùn)線觀測(cè),順河流向樁號(hào)分別為壩上0+002.00m,壩下0+000.40 m,壩下0+020.00 m和壩下0+036.50m。同時(shí)為了觀測(cè)壩基滲流狀況,在壩下0+081.00 m和壩下0+093.00 m各布置4支測(cè)壓管,共8支測(cè)壓管,壩軸向樁號(hào)分別為壩0+076.00,0+104.00,0+136.00,0+168.00m。測(cè)壓管內(nèi)放入滲壓計(jì),以實(shí)現(xiàn)壩體滲流壓力的自動(dòng)化觀測(cè)。壩體滲流觀測(cè)項(xiàng)目典型斷面布置見(jiàn)圖2。另外,在大壩兩岸分別設(shè)置了3根測(cè)壓管,共6根測(cè)壓管,管內(nèi)布置滲壓計(jì),用以繞壩滲流觀測(cè)。

圖2 攔河壩典型觀測(cè)斷面圖 (壩0+104.00 m)

5.2 壩體滲流監(jiān)測(cè)資料分析

除險(xiǎn)加固后至2011年5月的實(shí)測(cè)壩體、壩后測(cè)壓管水位及庫(kù)水位繪制成過(guò)程線分別見(jiàn)圖3、4。除險(xiǎn)加固前,壩體中也在套井上游側(cè)(壩上0+003.50 m)與套井下游側(cè)(壩下0+004.50 m)布置了測(cè)壓管,取同一水位124.49 m時(shí),加固前后實(shí)測(cè)測(cè)壓管水位進(jìn)行對(duì)比見(jiàn)表1。

圖3 壩體測(cè)壓管實(shí)測(cè)水位過(guò)程線圖

圖4 壩后測(cè)壓管實(shí)測(cè)水位過(guò)程線圖

表1 除險(xiǎn)加固前后測(cè)壓管實(shí)測(cè)水位對(duì)比表 m

(1)由圖3可知,受黏土心墻中殘余孔隙水壓力的影響,防滲墻前的測(cè)壓管UP1前期水位高于庫(kù)水位,隨著庫(kù)水位的升高,實(shí)測(cè)水位也不斷上升,與庫(kù)水位呈正相關(guān)性,且滯后于庫(kù)水位的變化。位于防滲墻后的測(cè)壓管UP2、UP3、UP4測(cè)值明顯減小,且測(cè)值變化幅度很小,與庫(kù)水位基本無(wú)相關(guān)性。表明大壩防滲加固效果明顯。

(2)從除險(xiǎn)加固前后測(cè)壓管實(shí)測(cè)水位對(duì)比可見(jiàn),加固后下游側(cè)壓管水位降落非常明顯,實(shí)測(cè)降落7.39 m,占總水頭的23.2%。考慮到加固前后測(cè)壓管位置不同,實(shí)際降落效果應(yīng)更大。

(3)實(shí)測(cè)混凝土防滲墻前后水頭差為18.67 m,占總水頭的58.7%,大大降低了心墻黏土及壩基砂卵石層的滲透比降,明顯改善了心墻與壩基的滲透穩(wěn)定性。

(4)由圖4可知,壩后基礎(chǔ)測(cè)壓管水位變化平穩(wěn),兩測(cè)點(diǎn)水位基本一致,主要反映壩后地下水,表明壩基滲透比降很小。

5.3 繞壩滲流壓力分析

將除險(xiǎn)加固后至2011年5月的實(shí)測(cè)繞壩滲流測(cè)壓管水位及庫(kù)水位繪制成過(guò)程線(見(jiàn)圖5),從圖5中可見(jiàn):

(1)左岸繞壩測(cè)壓管RC1～RC3實(shí)測(cè)水位與地勢(shì)情況相對(duì)應(yīng),其中RC1實(shí)測(cè)水位高于庫(kù)水位,主要受山體水的影響,與庫(kù)水位基本無(wú)相關(guān)性;RC2和RC3在水庫(kù)水位上升后略有升高,水位變化較穩(wěn)定。

圖5 繞壩滲流測(cè)壓管實(shí)測(cè)過(guò)程線圖

(2)右岸繞壩測(cè)壓管RC4～RC6受山體水的影響明顯,其中測(cè)孔R(shí)C5在庫(kù)水位較低時(shí)要高于庫(kù)水位,主要受右岸山體裂隙水影響。

(3)右岸繞壩測(cè)壓管RC4與庫(kù)水位的相關(guān)性較好,需加強(qiáng)觀測(cè)。

(4)總體看,兩岸采用帷幕灌漿加固處理后,繞壩滲流現(xiàn)象不明顯,加固處理達(dá)到預(yù)期效果。

6 結(jié) 語(yǔ)

(1)從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析來(lái)看,防滲墻前后測(cè)壓管水位跌落較明顯,防滲墻防滲效果較好,與加固前相比,大壩壩體與壩基滲流狀態(tài)有明顯改善。通過(guò)帷幕灌漿處理,兩岸繞壩滲流現(xiàn)象不明顯,處理達(dá)到預(yù)期效果;肖嶺水庫(kù)大壩采用低彈模混凝土防滲墻及基礎(chǔ)灌漿處理后,壩體與壩基滲流問(wèn)題得到徹底解決,大壩滲漏得到有效控制,為水庫(kù)大壩的安全運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

(2)低彈?；炷练罎B墻處理在土石壩防滲加固中被廣泛應(yīng)用,它具有施工簡(jiǎn)便、速度快、防滲效果好、質(zhì)量易控制等優(yōu)點(diǎn),特別是處理大壩防滲體存在水平滲漏通道或壩基為透水地基的滲流安全問(wèn)題效果尤為明顯。低彈模混凝土防滲墻在肖嶺水庫(kù)大壩防滲處理中取得了很好的效果,是防滲加固的一個(gè)成功實(shí)例。