黃巖區(qū)秀嶺水庫大壩防滲加固

包啟安,林晨峰,馮濟(jì)緣

(1.臺(tái)州市水利水電勘測設(shè)計(jì)院,浙江 臺(tái)州 318000;2.臺(tái)州市黃巖區(qū)佛嶺水庫管理處,浙江 黃巖 318020)

1 工程概況

秀嶺水庫位于黃巖區(qū)院橋鎮(zhèn)秀嶺溪下游,是一座以防洪為主,結(jié)合灌溉、供水等綜合利用的中型水庫,壩址以上集雨面積13.9 km2。1956年動(dòng)工,1957年6月完成一期工程并蓄水,后通過續(xù)建、加固等階段建設(shè),至1974年達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模。水庫設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)100 a一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)2 000 a一遇,水庫總庫容1 749萬m3,正常庫容為1 278萬m3;正常蓄水位18.95m,100 a一遇設(shè)計(jì)洪水位為20.49m,2 000 a一遇校核洪水位為21.18 m。

大壩為均質(zhì)土壩,壩頂長430.00 m,頂寬4.00 m,壩頂高程22.10 m,最大壩高17.72 m,壩頂設(shè)漿砌塊石防浪墻,墻頂高程23.10 m。大壩迎水坡為干砌塊石護(hù)坡,自上而下坡比分別為1∶2.50、1∶3.20和 1∶5.00。大壩背水坡高程13.40m以上采用干砌塊石護(hù)坡,其余坡面未護(hù)砌,坡比自上而下為 1∶2.07、 1∶3.41 和 1∶4.53。

2 壩體及壩基地質(zhì)簡況

2.1 壩體填筑土

壩體填筑土主要為含砂礫黏土,土質(zhì)不均勻,壓實(shí)度為82%～100%,大部分土樣壓實(shí)度小于96%,不能滿足規(guī)范要求;室內(nèi)滲透試驗(yàn)值中有16.7%土樣滲透系數(shù)大于1×10-4cm/s,現(xiàn)場注水試驗(yàn)值中有84.2%土樣滲透系數(shù)大于1×10-4cm/s,不滿足規(guī)范要求。

2.2 壩基地質(zhì)條件

河床段壩基為黏土和淤泥質(zhì)黏土,屬弱透水性,且沉降已基本穩(wěn)定。壩體與壩基接觸部位屬于弱透水性,不存在滲透問題。

大壩兩岸壩基為強(qiáng)風(fēng)化巖石,基巖透水率都小于5 Lu,屬弱透水性;壩體與基巖接觸部位屬于弱透水性,不存在滲透問題。

3 大壩存在的滲流安全問題

大壩浸潤線及逸出點(diǎn)位置較高,最大逸出坡降大于壩體土允許滲透坡降,大壩存在滲流安全隱患。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)大壩運(yùn)行過程中,曾在右壩端約140.00 m范圍內(nèi)發(fā)生多處濕坡現(xiàn)象,高程在10.00 m以上,曾采用導(dǎo)滲溝處理。

(2)下游坡高程13.40 m以下茅草生長旺盛,局部坡面濕潤,主要分布在右壩端。

(3)壩體填筑土現(xiàn)場注水試驗(yàn)表明:滲透系數(shù)為3.13×10-3～4.77×10-5cm/s,屬中等～弱透水性;特別是右壩端壩頂位置的鉆孔全段及壩上游坡的鉆孔的上部注水試驗(yàn)段,其滲透系數(shù)接近1.00×10-3cm/s,呈中等透水性。

(4)存在白蟻危害:大壩運(yùn)行過程中曾多次捕捉白蟻,1995—1997年曾捕獲蟻王蟻后35對,2005—2006年曾捕獲數(shù)對蟻王蟻后;現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)局部濕潤區(qū)。

4 大壩防滲加固方案

針對大壩存在的滲流安全問題,需要對大壩進(jìn)行防滲處理,降低壩體浸潤線。根據(jù)秀嶺水庫壩體及壩基特性,從保障供水、工程投資、施工安全、防滲效果等方面綜合考慮,壩體防滲采用套井回填方案。

套井回填是土體置換成墻的一種處理方法,利用沖抓鉆機(jī)造孔,然后進(jìn)行黏土回填。為保障防滲效果,對大壩右壩端150.00 m范圍采用2排套井防滲,其余壩段為1排套井,套孔在壩頂沿現(xiàn)狀壩軸線布置,1排套孔孔距0.80 m,有效厚度為0.76 m;2排套孔處孔距為0.86 m,排距0.80 m,有效防滲厚度為1.48m[1];套井最大孔深21.50m,套孔伸入壩基黏土層1.50 m,套井底部2.00 m采用水泥土夯填。壩下涵管處另采用倒掛井處理。

套井回填要求黏土滲透系數(shù)不大于1.00×10-5cm/s,水溶鹽含量小于3%,有機(jī)質(zhì)含量小于1%,水泥土水泥含量為15%(質(zhì)量百分比),黏土回填壓實(shí)度不小于96%(見 圖1～ 3)。

圖1 套井平面圖

圖2 套井縱斷面圖

圖3 大壩加固橫斷面圖

5 施工技術(shù)

套井回填開工前,必須先進(jìn)行試驗(yàn)井施工。試驗(yàn)井的試驗(yàn)項(xiàng)目主要有3項(xiàng):第1項(xiàng)是造孔試驗(yàn),主要確定庫水位在造孔過程中對井壁穩(wěn)定的影響;第2項(xiàng)是回填夯實(shí)試驗(yàn),主要確定夯錘重量、落錘高度、夯擊次數(shù)等;第3項(xiàng)是下井人員安全防護(hù)設(shè)施試驗(yàn),主要確定護(hù)筒型式。試驗(yàn)時(shí)庫水位按11.50,10.00,7.50 m三級控制。

5.1 造孔試驗(yàn)

(1)造孔試驗(yàn)。造孔過程中密切觀察井壁滲水及穩(wěn)定情況,并做好記錄。如井壁穩(wěn)定,則造孔至設(shè)計(jì)深度,觀測30 min后,按套井回填的夯填要求,分層夯填至壩頂;若造孔過程中發(fā)生大量滲水,造成塌壁現(xiàn)象,嚴(yán)重影響安全時(shí),則立即分層回填夯實(shí)黏土,填至庫水位以上0.50 m,再將庫水位下調(diào)一級后,重新進(jìn)行試驗(yàn)。

(2)造孔采用沖抓鉆造孔?？孜恢行牟捎脦в惺譁?zhǔn)星的圓環(huán)進(jìn)行定位,孔位誤差不超過±2 cm。造孔傾斜率不超過0.4%,造孔過程中應(yīng)加強(qiáng)觀測,及時(shí)糾偏。每孔造孔時(shí),至少下井檢查檢測2次,并做好記錄,如有異常情況,便增加次數(shù)。檢查內(nèi)容包括井壁滲漏水和穩(wěn)定情況,井底土質(zhì)、滲漏水和穩(wěn)定情況等。檢測內(nèi)容包括套井搭接厚度、孔的傾斜度等。

(3)清孔。河床段要把井底浮土、碎石清理干凈,并保持井內(nèi)無積水。岸坡段壩體與基巖接觸面采用人工清孔,清除接觸面原壩體土和強(qiáng)風(fēng)化巖層[2]。

5.2 回填夯實(shí)試驗(yàn)

根據(jù)土工試驗(yàn)提出的黏土最優(yōu)含水率指標(biāo)和最大干密度指標(biāo),在回填夯實(shí)試驗(yàn)井中測試夯錘重量、落錘高度、夯擊次數(shù)等施工參數(shù),作為施工現(xiàn)場的控制指標(biāo)。

(1)填土。填土含水率控制在最優(yōu)含水率的-2%～+3%范圍內(nèi)。填土?xí)r分層鋪填,每次倒入井內(nèi)土料厚度控制在30～40 cm,然后再夯實(shí)[3]。

(2)夯實(shí)。壓實(shí)度不小于96%。每孔隨機(jī)取樣,至少2組,一般3組,由業(yè)主組織人員抽檢。

5.3 護(hù)筒試驗(yàn)

護(hù)筒試驗(yàn)主要包括進(jìn)口防護(hù)措施、下井人員安全防護(hù)措施等。要確保下井人員與地面指揮人員聯(lián)絡(luò)暢通,并確保吊筒有足夠的強(qiáng)度和剛度,還要確保井底通氣和采光。

6 試驗(yàn)井施工成果

(1)工期水庫水位控制。秀嶺水庫承擔(dān)下游灌溉和供水任務(wù),水庫不能放空。庫水位控制在11.50 m時(shí),當(dāng)造孔至高程10.00m以下各試驗(yàn)井均有不同程度的塌孔現(xiàn)象;庫水位控制在9.00 m時(shí),僅在右壩端試驗(yàn)井造孔至高程6.00 m以下時(shí)有少量塌孔現(xiàn)象;當(dāng)庫水位控制在7.50 m時(shí),試驗(yàn)井均順利實(shí)施。為確保套井回填施工順利進(jìn)行,故要求施工期水庫控制在7.50 m左右,不得高于9.00 m。水庫水位超過9.00 m時(shí),則停止施工,待庫水位回落至9.00 m以下時(shí)繼續(xù)施工。

(2)回填夯實(shí)試驗(yàn)成果。試驗(yàn)初期夯錘底部為平面,夯擊時(shí)不能使土向孔四周擠壓,壓實(shí)效果不理想。經(jīng)整改,夯錘底部改造成半球面,夯擊時(shí)夯錘周邊與套井壁保持約10 cm的空隙,以保證夯錘落地時(shí)產(chǎn)生的氣浪沖擊波不影響壩體結(jié)構(gòu),同時(shí)可使土向四周擠緊,壓實(shí)效果較好。夯錘重量為500 kg,夯距為2.50 m,夯擊次數(shù)8～10次,土料松鋪厚度30～40 cm。

(3)塌孔現(xiàn)象及處理措施。右壩端高程10.00 m以上填筑質(zhì)量較差,試驗(yàn)井施工過程中出現(xiàn)井壁坍塌現(xiàn)象。針對井壁坍塌問題,采用復(fù)套方法進(jìn)行處理:當(dāng)井壁發(fā)生坍塌影響井壁穩(wěn)定,不能進(jìn)一步施工時(shí),立即用黏土進(jìn)行回填并夯實(shí)至塌落坑以上2.00 m處,套井回填施工可對周邊土體起到擠壓作用,可保證再次往下造孔時(shí)井壁穩(wěn)定。

7 結(jié) 語

套井回填具有機(jī)械設(shè)備簡單、施工方便、防滲效果較好和投資相對較少的特點(diǎn),施工質(zhì)量容易控制,在黏土回填的同時(shí),對井壁土層進(jìn)行擠壓,使井孔周圍土體密實(shí),能較好地解決原壩體土防滲系數(shù)不滿足要求的狀況,對均質(zhì)壩能有效降低浸潤線;但施工時(shí)受庫水位影響較大,容易出現(xiàn)塌孔等現(xiàn)象;因此,一般要求施工時(shí)水庫必須放空。秀嶺水庫在庫水位未完全放空的情況下 (控制水位與套井底部高差約7.50 m)順利實(shí)施套井回填,為今后類似工程中實(shí)施套井回填獲取了一些經(jīng)驗(yàn)。

秀嶺水庫除險(xiǎn)加固工程已于2010年6月完工,大壩采用套井回填防滲較好地排除了壩體滲漏安全隱患。經(jīng)壩體滲流安全觀測,套井回填形成的防滲體對大壩下游側(cè)浸潤線下降作用明顯。該工程于2010年10月完成蓄水驗(yàn)收。

[1]張啟岳.土石壩加固技術(shù) [M].北京:中國水利水電出版社,1999.

[2]王國海.沖抓套井回填黏土防滲墻的設(shè)計(jì)和施工[J].浙江水利科技,2007(3):69-70.

[3]鄒杰,孫鋒,譚舒燕.沖抓套井回填黏土防滲墻的應(yīng)用[J].治淮,2008(12):38-39.