山東省費(fèi)縣許家崖水庫除險(xiǎn)加固大壩心墻設(shè)計(jì)

劉 剛

(山東省臨沂市水利勘測設(shè)計(jì)院，山東臨沂 276000)

山東省費(fèi)縣許家崖水庫除險(xiǎn)加固大壩心墻設(shè)計(jì)

劉 剛

(山東省臨沂市水利勘測設(shè)計(jì)院，山東臨沂 276000)

本文分析了費(fèi)縣許家崖水庫大壩心墻存在的問題及成因，并運(yùn)用當(dāng)今先進(jìn)的防滲加固技術(shù)，通過方案對比，擇優(yōu)進(jìn)行心墻設(shè)計(jì)，最終確定選用塑性混凝土防滲板墻進(jìn)行加固。

防滲;混凝土板墻;心墻設(shè)計(jì)

1 概況

山東省費(fèi)縣許家崖水庫是一座以防洪、灌溉、發(fā)電、供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖為主的大(2)型水庫。大壩系黏土心墻砂殼壩，壩高32.2m，壩長1214m，總庫容2.81億 m3，于1959年10月建成。由于大壩施工中分段突擊、接頭不實(shí)、黏土不純，碾壓差等原因，投入運(yùn)行后，曾多次出現(xiàn)險(xiǎn)情，雖經(jīng)多次搶修加固，病險(xiǎn)未除。2011年10月20日，水利部大壩安全管理中心將許家崖水庫定為“三類壩”。存在的主要病險(xiǎn)為：大壩心墻填筑質(zhì)量較差，大壩樁號(hào)0+040斷面心墻與壩基結(jié)合部位的滲透比降大于允許值，大壩樁號(hào)1+100斷面心墻與壩殼結(jié)合面的滲透比降大于允許值，下游坡面出逸比降大于允許滲透比降，部分壩段下游坡無排水體，大壩樁號(hào)0+970～1+214壩段在高水位時(shí)壩后出現(xiàn)滲漏明流。

2 大壩心墻存在的問題及原因

經(jīng)有資質(zhì)部門實(shí)地勘測和專業(yè)人員分析，大壩心墻存在的主要問題及原因如下：

2.1 土質(zhì)較差，且不均勻

大壩心墻土料來源主要為第四系沖洪堆積物及少量殘坡堆積物，一般呈黃褐色－灰褐色，可塑－硬可塑，含較多中粗砂，局部為黏土，土質(zhì)不均勻。大壩樁號(hào)0+000～1+020段，土質(zhì)以壤土為主，局部為黏土;大壩樁號(hào)1+020～1+214段，心墻土質(zhì)較為雜亂，以礫質(zhì)壤土為主，混雜較多的巖石碎塊，局部頁巖呈夾層，注水試驗(yàn)滲透系數(shù)為6.20×10－4～8.55×10－4cm/s;防浪墻與接高心墻未結(jié)合，其間存在0.3m的含土角礫夾層，滲透系數(shù)為4.75×10－2cm/s，具強(qiáng)透水性，形成滲漏通道。

2.2 碾壓不實(shí)，防滲能力差

據(jù)實(shí)測實(shí)驗(yàn)，接高心墻壤土的壓實(shí)密度實(shí)測30點(diǎn)，按《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)，合格的僅2點(diǎn)，合格率6.7%;原心墻壓實(shí)度實(shí)測128點(diǎn)，合格6點(diǎn)，合格率僅為4.7%。由于碾壓不實(shí)、滲透能力強(qiáng)，據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，滲透系數(shù)為6.04×10－7～2.82×10－4cm/s，其中大于1.0×10－5cm/s的占78.9%。

2.3 心墻與齒墻及前后砂殼結(jié)合不好

據(jù)鉆探，部分壩段心墻底部直接與壩基泥灰?guī)r接觸，結(jié)合不密實(shí)。鉆探過程中發(fā)現(xiàn)心墻與巖石結(jié)合部存在漏水現(xiàn)象。

上游砂殼含土角礫處于飽和狀態(tài)，且砂殼厚度較小。壩后砂殼以含土角礫為主，混雜較多泥土，含砂量不符合規(guī)范技術(shù)要求。壩肩泥灰?guī)r與心墻間存在沖刷問題。

心墻是壩體的核心，存在問題及原因已找到，除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)須針對存在的問題“對癥下藥”。

3 心墻加固設(shè)計(jì)方案的選定

當(dāng)今水庫防滲加固工程技術(shù)，比較先進(jìn)的有防滲板墻、高噴灌漿、劈裂灌漿等方法，這些技術(shù)各有所長，同時(shí)也存在某些局限性。該壩心墻加固究竟采用哪種方法，可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全、施工方便、工期短的目的，只有從心墻存在問題入手，進(jìn)行方案比較。

3.1 擬定以下兩個(gè)方案進(jìn)行比較論證，以確定合理方案

3.1.1 方案Ⅰ：塑性混凝土防滲板墻

施工工藝是在原接高斜墻挖除回填壓實(shí)前，在原心墻頂部利用薄壁抓斗造槽，并采用泥漿固壁，然后用導(dǎo)管向注滿泥漿的槽孔內(nèi)澆注摻有泥漿的混凝土置換出泥漿，澆筑成塑性混凝土墻體。

a.截滲墻軸線及高程確定。防滲墻軸線設(shè)在防浪墻中心線處，墻頂部位于防浪墻基底，高程150.50m，下端嵌入基巖面以下1m。

b.防滲板墻厚度及位置確定。墻體厚度主要由墻體允許水力坡降控制，另外要考慮施工機(jī)具和墻體壽命。墻體允許水力坡降受材料配比影響，有一定的變化范圍。混凝土防滲墻允許水力坡降為80，國內(nèi)一般采用80～100，塑性混凝土墻允許水力坡降為80，由此計(jì)算得，墻厚為36cm，選用墻厚40cm。另外參照《碾壓式土石壩規(guī)范》(SDJ 218—84)第4.2.9條，混凝土防滲墻對于中低壩，厚度采用壩高的1/60～1/40，但不小于40cm的原則，本次設(shè)計(jì)混凝土防滲板墻厚度取40cm，符合規(guī)范要求。

c.墻體材料。防滲墻墻體下部3m范圍內(nèi)采用C15普通混凝土，墻體為剛性，且保證有足夠的抗?jié)B性和耐久性;以上墻體采用塑性混凝土，以充分適應(yīng)心墻變形。由于塑性混凝土防滲墻彈模低，對壩體變形適應(yīng)性強(qiáng)，近年來工程中使用較多。塑性混凝土各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)達(dá)到：

抗壓強(qiáng)度：R28=2MPa(保證率80%);

坍落度：18～20cm;

擴(kuò)散度：40～42cm;

彈性模量：E28=500MPa;

滲透系數(shù)：K≤2 ×10－7cm/s。

黏土黏粒含量和塑性指數(shù)應(yīng)符合規(guī)范要求。

膨潤土塑性指數(shù)為28，黏粒含量35%。

每立方米塑性混凝土各種材料用量見表1。

表1 每立方米塑性混凝土各種材料用量表 單位：kg

d.塑性混凝土防滲板墻施工。混凝土防滲板墻工程包括造槽和成墻兩種施工工藝，造槽心墻部分采用薄壁抓斗成槽，基巖部分采用沖擊鉆沖孔成槽。?造槽施工。施工時(shí)在壩頂大壩樁號(hào)0+000～1+214段將原壩頂斜墻開挖至150.50m高程，并推至大壩上下游壩坡上，填筑施工平臺(tái)，平臺(tái)寬度要求防滲板墻上游寬度9m，下游寬不小于5m，并按施工要求做導(dǎo)漿平臺(tái)及排漿溝。造槽是混凝土防滲墻施工成敗的關(guān)鍵，為確?；炷练罎B墻施工質(zhì)量，施工順序?yàn)椋簻y量放線——砌筑 C20鋼筋混凝土導(dǎo)墻——鋪設(shè)導(dǎo)墻鋼軌——造槽機(jī)械就位——挖槽——吸泥清底，在挖槽過程中注入泥漿固壁;?成墻施工。壩體成槽采用液壓抓斗成槽機(jī)5CZ—22型沖擊鉆配合成槽，采用“四鉆三抓”法，即先將防滲墻分槽段，由沖擊鉆沖打?qū)蚩?，再利用液壓抓斗抓土成槽。壩基巖石成槽采用CZ—22型沖擊鉆沖擊破碎，抓斗取渣。成槽采用泥漿固壁方式，泥漿配比應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)規(guī)范和現(xiàn)場試驗(yàn)資料確定。

3.1.2 方案Ⅱ：高壓旋噴防滲板墻

其施工工藝是利用鉆機(jī)造孔，然后將噴頭管送至預(yù)定位置，用高壓噴嘴噴射高壓射流沖擊和破壞土體，同時(shí)與灌入的水泥漿摻攪混合。在土中形成凝結(jié)防滲墻體，以達(dá)到防滲的目的。適用范圍：粉土、含砂量較大的砂土層。技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：最大成墻深40m，滲透參數(shù)K＜1×10－6cm/s，施工工效平均為150m2/臺(tái)班。

a.高壓旋噴位置范圍。高壓旋噴灌漿在防浪墻軸線中心線處。墻頂部位于防浪墻基底，高程150.50m下端嵌入基巖面以下1m，高壓旋噴施工應(yīng)在庫水位較低時(shí)進(jìn)行，以盡量降低地下水滲流流速，保證灌漿質(zhì)量。

b.施工參數(shù)要求。高壓旋轉(zhuǎn)噴灌漿采用單排旋噴套接結(jié)構(gòu)形成，采用二管法施工，旋噴樁的直徑1.0m，孔距1.0m，成墻最小厚度0.4m;空壓機(jī)的壓力為0.7MPa，流量1.0m3/min，氣嘴數(shù)量2個(gè)，環(huán)狀間隙1.2mm;泥漿泵壓力 30MPa，流量 80L/min，密度 1.5g/cm3，漿嘴數(shù)量兩個(gè)，漿嘴直徑2.5mm，回漿密度不小于1.3g/m3;提升速度10cm/min。

c.墻體材料。?水泥采用425號(hào)普通硅酸鹽水泥，其細(xì)度、安全性和凝結(jié)時(shí)間應(yīng)滿足固化水泥漿性能的要求。水泥應(yīng)保持新鮮，受潮結(jié)塊的不得使用，為提高漿液與砂層間的粘結(jié)力，內(nèi)摻水泥用量8%的FS摻加劑，以增強(qiáng)墻體的防裂抗?jié)B性能;?水：配置水泥漿液的水質(zhì)應(yīng)符合《混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 63—89)3.0.4條的規(guī)定;?水泥漿液：應(yīng)按確定的配合比1∶1拌制，并應(yīng)充分拌和，普通攪拌機(jī)攪拌時(shí)間不得少于30s，水泥漿處制備至用完的時(shí)間不應(yīng)超過4h，漿液溫度應(yīng)保持在5～40℃。

d.技術(shù)要求。高噴灌漿鉆孔采用沖擊鉆鉆進(jìn)方法，鉆孔孔位與設(shè)計(jì)孔位偏差不得大于50cm，桿和粗徑鉆具的垂直偏差不超過5%，鉆過暫?；蚪K孔待噴時(shí)，孔口應(yīng)加以保護(hù)，若時(shí)間過長，應(yīng)采取措施防止塌孔。鉆進(jìn)過程中，若泥漿嚴(yán)重漏失，孔口不返漿時(shí)應(yīng)立即停止提升，少量返漿時(shí)降低提升速度，降低噴射壓力、流量，進(jìn)行原位灌漿，在漿液中滲入速凝劑，或采取加大泥漿濃度、泥漿中摻砂、向孔內(nèi)填充堵漏材料等措施，直到孔口正常返漿再繼續(xù)鉆進(jìn)。高噴灌漿過程中發(fā)生串漿時(shí)，應(yīng)填堵串漿孔，待灌漿孔高噴灌漿結(jié)束，盡快對串漿孔掃孔，進(jìn)行高噴灌漿，或繼續(xù)鉆進(jìn)。高噴灌漿過程中應(yīng)采取必要措施保證孔內(nèi)漿液上返暢通，避免造成壩體劈裂。高噴灌漿因故中斷后恢復(fù)施工時(shí)，應(yīng)對中斷孔段進(jìn)行復(fù)噴，搭接長度不得小于0.5m。高噴灌漿結(jié)束，應(yīng)利用回漿或水泥漿及時(shí)回灌，直至孔口漿面不下降為止。

e.質(zhì)量檢驗(yàn)。施工后，檢驗(yàn)的時(shí)間宜在噴射注漿28天后進(jìn)行，以防在固結(jié)體強(qiáng)度不高時(shí)，因檢驗(yàn)而受到破壞，檢驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)量為高壓噴注漿孔數(shù)的1%，并不少于3點(diǎn)。檢驗(yàn)不合格者，應(yīng)在不合格的點(diǎn)的附近進(jìn)行補(bǔ)噴或采取有效補(bǔ)救措施，然后再進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。

3.2 加固方案確定

心墻加固方案比較見表2。

表2 心墻加固方案比較

心墻加固從以上兩個(gè)方案比較，方案Ⅱ雖然成墻深度大，施工速度較快，但工程可靠性差，造價(jià)高;方案Ⅰ具有技術(shù)可行、防滲效果好、較方案Ⅱ經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合工程地質(zhì)條件，從施工質(zhì)量、工期、有效截?cái)鄩位皩拥耐杆约翱赡墚a(chǎn)生的滲透變形、節(jié)省工程投資等方面考慮，確定采用方案Ⅰ。

4 結(jié)語

許家崖水庫大壩心墻存在的險(xiǎn)情，過去由于勘探不清，資料不齊，措施不力，致使險(xiǎn)情未能根除。該設(shè)計(jì)通過實(shí)地勘探，廣泛收集資料，加以科學(xué)分析，方案對比等，確定選用塑性混凝土防滲板墻進(jìn)行加固。該方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：?對心墻現(xiàn)有土質(zhì)比較合適;?技術(shù)可行，防滲效果好，安全可靠;?造價(jià)較低，經(jīng)濟(jì)合算;?施工速度快，工期短。為確保設(shè)計(jì)方案的實(shí)施，施工、監(jiān)理、材料選定，必須符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

1 顧輝，陳衛(wèi)國．病險(xiǎn)水庫土石壩加固設(shè)計(jì)30例［M］．北京：中國水利水電出版社，2009．

2 山東省臨沂市費(fèi)縣許家崖水庫除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)［R］．2012．

Design of Shandong Feixian County Xujiaya Reservoir Danger Removal and Reinforcement Dam Core Wall

LIU Gang

(Shandong Linyi Water Conservancy Survey and Design Institute，Linyi276000，China)

This paper analyzes problems and formation causes of Feixian County Xujiaya Reservoir dam core wall．Current advanced anti-seepage reinforcement technology is used for optimally designing the core wall．Through scheme comparison，it is ultimately determined that plastic concrete cutoff wall is adopted for reinforcement．

anti-seepage;concrete cutoff wall;core wall design

TV62

B

1005-4774(2013)08-0036-03