水庫壩基(肩)防滲及庫區(qū)滲漏處理設(shè)計與施工

劉登凱

(貴州省六枝特區(qū)水務(wù)局，貴州六枝553400)

1 工程概況

樂群水庫位于六枝特區(qū)西北部梭戛鄉(xiāng)境內(nèi)，距六枝特區(qū)中心50 km，距梭戛鄉(xiāng)政府5 km，有鄉(xiāng)村公路直通壩腳，交通條件較為便利。工程始建于1958年，經(jīng)過2006年加固完善。

水庫樞紐主要包括大壩、放水涵管、右岸溢洪道等建筑物。

大壩為均質(zhì)土壩，上游面采用土工膜防滲，壩面采用干砌石護坡，壩頂高程1430.0 m，最大壩高12.5 m，壩頂寬度2.5 m，壩頂長度55 m。

大壩上游壩坡坡比為1∶3.1，下游在1 424.0 m高程設(shè)有寬0.5 m的馬道，馬道以上壩坡坡比為1∶2.0、馬道以下壩坡坡比為1∶2.4。

大壩設(shè)有1個無壓放水鋼管，鋼管底板高程1 422.2 m，位于壩體左壩段下部，直徑為300 mm，長55 m。

水庫雖經(jīng)過2006年加固處理，但仍無法正常蓄水，還存在較嚴重的滲漏問題。

2 壩基(肩)水文工程地質(zhì)評價

2.1 基本地質(zhì)條件

基本地質(zhì)條件包括:地形條件、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和巖溶水文地質(zhì)。

2.1.1 地形條件

樂群水庫壩址斷面呈較對稱的“U”型，兩岸植被不甚發(fā)育，壩頂高程為1 430.0 m，正常蓄水位為1 429.0 m，壩軸線長68 m，最大壩高12.5 m。左右兩岸處于一山脊中部，地形邊坡26°左右，河床較為平緩，地表無縱向深槽及陡坎存在[1]。

2.1.2 地層巖性

壩址出露地層由新到老依次為:第四系的殘坡積層;關(guān)嶺組第一段第六層(T2g1－6);關(guān)嶺組第一段第五層(T2g1－5);關(guān)嶺組第一段第四層(T2g1－4)。

2.1.3 地質(zhì)構(gòu)造

壩址區(qū)無大的斷裂構(gòu)造通過，但受附近區(qū)域構(gòu)造的影響，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，主要有3組。

2.1.4 巖溶水文地質(zhì)

壩址巖體強風(fēng)深度5～8 m，強風(fēng)化帶內(nèi)巖體透水率較大，多在20 Lu以上，局部地段甚至無法壓水，弱風(fēng)化以下巖體透水率雖在逐漸減小，但大部分受巖溶的影響仍＞10 Lu。

2.2 壩址滲漏分析評價及建議

經(jīng)現(xiàn)場勘察并結(jié)合壩基(肩)基本地質(zhì)條件可知，大壩兩岸邊坡穩(wěn)定，無大的斷層通過壩址，下游無天然臨空面存在，大壩為均質(zhì)土壩，不存在抗滑穩(wěn)定及邊坡穩(wěn)定問題。主要的病險類型為滲漏問題，應(yīng)進行防滲處理[2]。

針對以上壩基(肩)滲漏問題并結(jié)合水工布置，建議對壩基及兩岸采用帷幕灌漿進行防滲處理，建議帷幕灌漿應(yīng)預(yù)留30%的補強灌漿或加密灌漿工程量。

3 壩基(肩)防滲及庫區(qū)滲漏處理設(shè)計

3.1 滲漏性質(zhì)、范圍及滲漏量

據(jù)前述可知，水庫存在沿關(guān)嶺組第一段第三層(T2g1－3)向右岸沙子河產(chǎn)生鄰谷滲漏，由于本階段的勘察時間有限加之勘察期庫內(nèi)無水，其滲漏量難以觀測，根據(jù)庫區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)，很明顯最易的滲漏途徑順T2g1－3走向沿層面向沙子河產(chǎn)生滲漏，其范圍為T2g1－3出露范圍。

壩基(肩)存在嚴重的繞壩滲漏及壩基滲漏，其滲漏途徑兩岸主要通過中至強透水巖體以分散性或局部溶隙形向大壩下游產(chǎn)生繞壩滲漏，河床主要通過巖溶管道型或溶蝕裂隙型以集中形式向大壩下游產(chǎn)生壩基滲漏，由于兩者滲漏形式都產(chǎn)生于地下，也排泄于地下，滲漏量難以觀測[3]。

3.2 防滲處理設(shè)計

針對大壩存在壩基(肩)及庫區(qū)滲漏等問題，結(jié)合壩體具體情況擬對其滲漏問題采用帷幕灌漿進行防滲處理。

3.2.1 設(shè)計依據(jù)

設(shè)計中主要根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》、《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》等中的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合本工程規(guī)模以及加固處理實施重點，確定帷幕的形式、厚度、深度、端點及施工工藝等。

3.2.2 帷幕結(jié)構(gòu)

3.2.2.1 帷幕線布置

根據(jù)庫區(qū)滲漏段基巖地質(zhì)條件并結(jié)合施工條件，設(shè)計擬定帷幕線布置有2種。

1)帷幕線基本沿1 431 m高程線布置。

2)帷幕呈直線型布置。前者的缺點是帷幕線長，邊坡地形較陡，優(yōu)點是無效進尺少，后者的缺點無效進尺多，優(yōu)點是帷幕線短，邊坡地形相對較緩，有利于施工布置。

經(jīng)比較推薦后部帷幕線布置，帷幕線總長132 m，具體詳見庫區(qū)帷幕灌漿設(shè)計圖。壩址帷幕壩體段沿截流墻布置，左右兩岸帷幕線基本垂直巖層走向向山體延伸。

3.2.2.2 帷幕邊界條件

庫壩區(qū)兩岸邊界條件均可接相對隔水層，帷幕下限也可接相對隔水層，其控制標(biāo)原則上帷幕下限深入q≤5.0 Lu弱透水層5 m。

3.2.2.3 孔排距

庫區(qū)采用單排，基本孔距3 m。壩址段除溢流堰一帶采用雙排外，其它地段均采用單排，基本間距3 m，雙排排距為1.5 m，若遇裂隙發(fā)育、巖體破碎應(yīng)加密。本工程設(shè)計鉆孔為鉛直孔。灌漿孔孔徑≥46 mm。

3.2.2.4 灌漿壓力

結(jié)合本工程的地質(zhì)條件和滲漏特點，設(shè)計初擬幕體頂部灌漿壓力為0.15 MPa～0.25 MPa，孔底部為0.4 MPa～0.5 MPa，但壩腳齒墻段灌漿時壓力還可以適宜降低，具體灌漿壓力應(yīng)由試驗確定。

3.2.2.5 灌漿段長

壩體與基巖接觸段為2.0 m，一般灌漿段為5.0 m，溶洞裂隙段為2.0～3.0 m。

3.2.2.6 灌漿方式和方法

灌漿方式為循環(huán)式。灌漿方法為自下而上灌漿法和綜合灌漿法。灌注純水泥漿。

3.2.2.7 灌漿材料

結(jié)合本工程地質(zhì)條件，灌漿材料采用P.O32.5水泥。

3.2.2.8 設(shè)計帷幕標(biāo)準(zhǔn)

利用鉆孔壓水試驗成果q值，并結(jié)合灌漿成果資料綜合評定，合格標(biāo)準(zhǔn)為幕體內(nèi)q≤5.0 Lu。

3.2.2.9 先導(dǎo)孔

灌漿孔分三序施工，先進行Ⅰ序，再Ⅱ序，后Ⅲ序，分序逐漸加密，施工前應(yīng)先進行先導(dǎo)孔施工并進行壓水試驗，檢查設(shè)計的帷幕是否合理，以便優(yōu)化設(shè)計方案。

另外根據(jù)庫壩區(qū)滲漏情況并結(jié)合滲漏段的地質(zhì)條件，設(shè)計擬定防滲分二期實施，壩址帷幕為一期，庫區(qū)為二期，施工時先實施一期孔，二期根據(jù)實施后的效果再定。

3.2.3 帷幕灌漿工程量

庫壩區(qū)帷幕灌漿鉆孔147個孔，總進尺4792.8，有效進尺3 550.2 m，其中壩區(qū)帷幕灌漿孔102個，總進尺3 039.9，有效進尺2 334.7 m，庫區(qū)帷幕灌漿孔45個，總進尺1 753.0，有效進尺1 315.6 m。

3.2.4 施工技術(shù)要求

施工技術(shù)要求詳見帷幕灌漿施工工藝和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一節(jié)，并參照《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(SL62—94)執(zhí)行。

4 帷幕灌漿施工

帷幕灌漿孔的造孔和灌漿分三序進行，一序和二序孔的終孔間距為12 m，三序孔終孔間距6 m，采用自下而上分段灌注的灌漿方式。執(zhí)行《水工建筑水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(SL62—94)。

4.1 灌漿工藝及段長

灌漿分三次序施工。施工時應(yīng)選擇部分一序孔作為先導(dǎo)孔超前施工，以便合理優(yōu)化帷幕灌漿設(shè)計，取得更好的灌漿效果。

灌漿段長一般為5 m，遇強透水層或構(gòu)造帶時，可縮短到2～4 m，遇到洞穴時必須停止鉆進，首先進行灌漿處理再掃孔鉆進。

4.2 沖洗和壓水試驗

灌漿和壓水之前，應(yīng)進行鉆孔沖洗，鉆孔沖洗直至回水變清，孔內(nèi)殘留物厚度＜20 cm，延續(xù)沖洗10～20 min鐘既可結(jié)束。要求對一序孔各段和二序孔最后1～2段作簡易壓水試驗。

4.3 灌漿方式和方法

灌漿方式為循環(huán)式。灌漿方法為自下而上分段灌漿法。遇到空洞或裂隙特別發(fā)育段可采用先灌后鉆施工。

4.4 灌漿壓力

帷幕灌漿壓力應(yīng)由試驗確定，參照《水工建筑水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(SL62—94)。

4.5 漿液濃度

灌漿濃度水灰比參照《水工建筑水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(SL62—94)。

4.6 灌漿結(jié)束與封孔

灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)有2點:

1)采用自上而下灌漿時，在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入量≤0.4 L/min時，持續(xù)灌60 min;或≤1.0 L/min時，持續(xù)灌90 min，可以結(jié)束灌漿。

2)采用自下而上灌漿時，在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入量≤0.4L/min，持續(xù)灌30 min;或在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入量≤1.0 L/min時，持續(xù)灌60 min，可以結(jié)束灌漿。

封孔方法采用機械壓漿封孔，排除孔內(nèi)稀漿，采用濃漿將全孔封填密實。

4.7 特殊情況的處理

特殊情況的處理包括以下3種情況:

1)灌漿工作必須連續(xù)進行，若因故中斷，應(yīng)采取有效措施處理。

2)對吸漿量大的孔段，視其情況，可采取限流降壓，停停灌灌，摻速凝劑等措施處理。

3)遇到空洞可視具體情況，采取投碎石、砂或灌注水泥砂漿等措施處理。

4.8 質(zhì)量檢查及合格標(biāo)準(zhǔn)

4.8.1 質(zhì)量檢查

帷幕灌漿質(zhì)量檢查應(yīng)以檢查孔壓水試驗為主，結(jié)合對竣工資料和測試成果的分析，綜合評定。

4.8.1.1 檢查孔布置原則

1)帷幕中心線上。

2)巖石破碎，斷裂帶等地質(zhì)條件復(fù)雜的部位。

3)吸漿量大的孔段附近。

4)施工情況異常以及經(jīng)過分析資料認為對質(zhì)量有影響的部位。

4.8.1.2 檢查時間及工作量

檢查孔壓水試驗應(yīng)在該部位灌漿結(jié)束14 d后進行，檢查孔工作量為灌漿工作量的10%以上。一個單元至少應(yīng)布置1個檢查孔。

4.8.2 合格標(biāo)準(zhǔn)

參照其他工程和有關(guān)規(guī)范規(guī)定，帷幕灌漿的合格標(biāo)準(zhǔn)為幕體基巖透水率q≤5Lu。檢查工作結(jié)束后，應(yīng)按技術(shù)要求進行封孔。

5 結(jié)語

樂群水庫所處地理位置較高且為該地區(qū)唯一的水源工程，除險加固后可由原設(shè)計灌面45 hm2增加至58 hm2，還可為兩岸的煙地解決用水問題，水庫管理所可對灌區(qū)統(tǒng)一管理，經(jīng)防滲處理后，保障受益區(qū)農(nóng)民的基本生存條件，同時可增加農(nóng)業(yè)收入，對推動當(dāng)?shù)貒窠?jīng)濟發(fā)展和新農(nóng)村建設(shè)起到無可替代的作用，應(yīng)快實施，使其盡早發(fā)揮應(yīng)有的效益。

[1]趙瑞，許模.水庫巖溶滲漏及防滲研究綜述[J].地下水，2011，33(02):20 －22.

[2]黃靜美.巖溶地區(qū)水庫滲漏問題及壩基防滲措施研究[D].成都:四川大學(xué)，2006.

[3]王奎峰.石佛寺水庫主壩壩基抗震液化分析與治理技術(shù)[J].大壩與安全，2008(05):56－60.