□張志軍(河南省白龜山水庫管理局)
高噴防滲墻在白龜山水庫的應(yīng)用
□張志軍(河南省白龜山水庫管理局)
針對白龜山水庫壩基滲流異常這個問題,于2001年11月,在順河壩5+000~5+550壩段壩基下,采用高壓噴射灌漿技術(shù)建地下防滲墻,截斷滲流,降低地下水位,消除隱患,從而保證大壩安全。文章對高噴防滲墻在白龜山水庫的應(yīng)用效果進(jìn)行分析,闡述了采用高噴防滲墻截滲是解決壩體滲漏的有效方法。
大壩;滲流;高噴防滲墻;效果分析
白龜山水庫位于淮河流域沙潁河水系沙河干流上,壩址位于河南省平頂山市西南郊,距市中心9km,它和上游相距51km的昭平臺水庫形成梯級水庫。水庫控制流域面積2740km2,其中昭白區(qū)間流域面積1310km2。水庫于1958年12月開工興建,1966年8月竣工,“75.8”大水后,于1976年大壩垂直加高1m,1998年10月開始進(jìn)行除險加固工程建設(shè),2006年12月底通過除險加固竣工驗收。水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)按百年一遇洪水設(shè)計,二千年一遇洪水校核,總庫容9.22億m3,是一座以防洪為主,集防洪、城市供水、農(nóng)業(yè)灌溉為一體的大(Ⅱ)型綜合利用水利樞紐工程。
水庫樞紐主要建筑物有:攔河壩、順河壩、泄洪閘和南、北干渠渠首閘。其中,攔河壩(主壩)為均質(zhì)土壩,壩長1545.40m,最大壩高24.00m,壩頂寬7.00m;順河壩(副壩)壩長18016.50m,最大壩高16.26m,壩頂寬6.00m;泄洪閘設(shè)7孔11m×10m弧形鋼閘門,最大泄量7105m3/s;南干渠渠首閘設(shè)2孔2m×3m的平板鋼閘門,設(shè)計灌溉引水流量35m3/s,加大引水流量50 m3/s;北干渠渠首閘設(shè)3孔5.00m×3.50m的弧形鋼閘門,設(shè)計灌溉引水流量120m3/s,并配合泄洪閘加入泄洪流量200m3/s。
1998年之前,白龜山水庫是一座病險水庫,一是防洪標(biāo)準(zhǔn)低,二是壩基滲流異常。經(jīng)河南省水利廳組織的“白龜山水庫安全評估論證專家組”評估為三類壩,并經(jīng)水利部大壩安全管理中心審查核定。1998年,除險加固工程建設(shè)開始,針對壩基滲流異常這個問題,除采取增設(shè)降壓溝,更新部分失效降壓井、增設(shè)降壓井等措施外,于2001年11月,在順河壩5+000~5+550壩段壩基下,采用高壓噴射灌漿技術(shù)建地下防滲墻,截斷滲流,降低地下水位,消除隱患,保證大壩安全。
該段壩基地層為第四系沖積層,上部為粘性土覆蓋層,巖性多為中粉質(zhì)壤土和重粉質(zhì)壤土,滲透系數(shù)為KH=(2.30~4.98)×10-3cm/s,KT=(1.54~1.57)×10-3cm/s,天然干容重為 ρd=1.53~1.65g/cm3,底板高程一般在90.00~94.95m,厚度一般為5~8m,平均厚6m。
防滲墻體軸線布置在順河壩5+000~5+550壩段上游坡104m高程平臺上,與壩軸線平行,距壩內(nèi)塊石護(hù)坡底邊外沿5m。高噴形式選用三重管高壓擺噴灌漿方法,自下而上連續(xù)灌漿。防滲墻體以折線連接,折線軸線與防滲墻軸線夾角120°,灌漿孔距1.40m,單排布孔,墻體頂部進(jìn)入壩體1.50m,底部進(jìn)入基巖1m。
單孔工藝流程為:
放線布孔→鉆機(jī)就位整平牢固→造孔→終孔驗收→高噴臺車就位→試噴定向(制漿)→下噴射管至孔底(送漿、氣、水)→提升噴射→至設(shè)計深度結(jié)束→孔口補(bǔ)漿→驗收→合格后移臺車至下一孔口。
防滲墻灌漿材料采用水泥粘土漿,即強(qiáng)度等級為32.50的普通硅酸鹽水泥占70%,粘性土(膨潤土)占30%,水、干料比為1:1.1。
灌漿參數(shù):水壓力:38~42MPa,水量:70L/min;氣壓力:0.70MPa,氣量:1m3/min;漿壓力:0.50MPa,漿量:80L/min;進(jìn)漿比重:≥1.53g/cm3,回漿比重:≥1.20g/cm3;擺動速度:6°/s;擺動角度:30°;噴射方向:(擺噴凝結(jié)體軸線與防滲墻軸線夾角)30°;提升速度:土層 8~10cm/min;砂層 10~13cm/min;卵石層 7~10cm/min。
該工程灌漿造孔393個,總進(jìn)尺13805.60m,高噴工作量10799.20延米,形成的防滲墻面積15119m2。共分為5個分部工程,經(jīng)評定5個分部工程全部合格,其中3個優(yōu)良,優(yōu)良率60%。所有原材料質(zhì)量合格,混凝土拌和物質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良,綜合評定該工程質(zhì)量等級為優(yōu)良。
表1 庫水位101.00m左右時測壓管水位工程前后對比表
該工程于2001年11月開工,2002年8月竣工,歷時10個月。通過對此壩段庫水位在101.00m左右時,測壓管2001年和2003年的觀測數(shù)值進(jìn)行比較(見表1),最大差值0.41m,最小差值0.18m,可以看出,在同等庫水位下測壓管水位有明顯的下降,說明防滲墻對降低該壩段的壩基滲流起到了一定的作用,防滲效果比較明顯。
近年來,管理人員對該壩段加強(qiáng)了觀測,根據(jù)多年觀測資料對比,管水位有明顯的下降,壩體浸潤線明顯降低。水庫高水位時,壩腳溝不再冒水,導(dǎo)滲溝北側(cè)壁只出現(xiàn)輕微的散浸現(xiàn)象。
為了更直觀地反映該壩段防滲墻的防滲效果,筆者把順河壩近年來觀測的滲流量進(jìn)行對比(見表2),庫水位在101.00m左右時,把2001年順河壩滲流量值0.64m3/s作為基準(zhǔn),拿2002-2013年順河壩滲流量值和其相比較,最大差值0.32m3/s,最小差值0.07m3/s,也可以看出,在同等庫水位下順河壩滲流量有明顯減少,說明防滲墻對大壩壩基滲流有很大作用,可以顯著降低壩體滲漏,從而保證壩體穩(wěn)定安全。
表2 庫水位101.00m左右時順河壩滲流量各年與2001年對比表
根據(jù)高噴防滲墻在白龜山水庫的應(yīng)用效果分析,利用高噴防滲墻截滲,目前是對土石壩壩基滲流異常最好的處理方法,它有效地解決了由于滲流異常而帶來的工程隱患,從而保證大壩的安全。經(jīng)過近年來的觀測,順河壩7+000~8+000壩段也存在不同程度的壩基滲流異常,建議在資金允許的情況下,對該壩段也實施高噴防滲墻截滲。
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