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      水庫砌石重力拱壩壩體滲漏原因分析及防滲處理研究

      2016-12-31 00:00:00鄭洪宇陸新宇
      科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年27期

      摘 要:針對水庫砌石重力拱壩,由于受當(dāng)時施工技術(shù)水平、建設(shè)理念等因素的綜合制約,壩體存在砌石局部架空、砌筑質(zhì)量差密實度較低、充填膠結(jié)水泥砂漿密度性差,運行中存在壩基、壩體和壩肩多處滲漏等問題。根據(jù)大壩滲漏現(xiàn)狀和鉆探分析資料,結(jié)合安全復(fù)核成果,優(yōu)選水泥砂漿充填灌漿為主的防滲補強除險加固方案進(jìn)行防滲加固處理。經(jīng)測試32個試驗段透水率均控制在5lu范圍內(nèi),合格率達(dá)100%,大壩滲漏得到成功處理。

      關(guān)鍵詞:大壩滲漏;水泥砂漿;溢流壩;非溢流壩;補強灌漿

      1 工程概況

      某水庫大壩是一座以灌溉為主,兼顧發(fā)電、防洪和生態(tài)養(yǎng)殖等綜合利用水利工程。水庫攔河大壩為砌石重力拱壩,建基面高程562m,壩頂高程611.75m,最大壩高49.75m,頂寬5.0m,壩底厚度為13.6m~13.8m,壩軸線弧長為98.7m。左、右岸為非溢流壩,溢流壩段設(shè)置在大壩的壩頂中央,開敞式自由溢流方式,采用WES堰面。工程于2003年06月開工,2008年01月主體工程全部竣工,并于當(dāng)年06月并網(wǎng)發(fā)電。

      2 大壩運行現(xiàn)狀及滲漏原因分析

      2.1 大壩滲漏

      由于受當(dāng)時建設(shè)技術(shù)水平、投資資金等影響,加上施工現(xiàn)場質(zhì)量控制不佳,造成壩腹細(xì)石混凝土存在漏振、振動不均勻或砌石塊相互堆疊架空,混凝土漿液無法有效填縫密實。在高水位壓力作用下,壩體內(nèi)部滲漏通道不斷擴大,滲水點及量不斷增多增大,局部漏水點滲漏甚至呈射流狀。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,壩體滲水量和滲漏點高程均與庫水位有關(guān),庫水位越高,滲漏越嚴(yán)重。經(jīng)現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn),當(dāng)水位上漲到586m高程及以上時,下游壩面不同部位滲漏問題較為嚴(yán)重,多處出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。

      2.2 壩體滲漏原因分析

      由于受當(dāng)時施工技術(shù)水平、建設(shè)理念等因素的綜合制約,從料場中開采出來的黑云母花崗巖,強度達(dá)不到設(shè)計要求。加上后期運行,壩體填筑砌石風(fēng)化程度不斷加深,有隱裂隙高度發(fā)育,部分砌石風(fēng)化稍深,有微隱裂隙發(fā)育,其強度較低。壩體鋪砌施工時,局部存在將不規(guī)則含有裂隙的塊體鋪筑在壩體內(nèi)體,鋪砌質(zhì)量偏差。水泥砂漿膠結(jié)性能不滿足設(shè)計要求。據(jù)風(fēng)鉆打孔壩體灌漿試驗和鉆孔巖芯取樣分析知,壩體整體密實度和抗?jié)B性良好,局部壩體砌筑質(zhì)量差,密實度欠佳,存在砌筑水泥砂漿不飽滿,混凝土、砂漿和砌石間膠結(jié)性能差等問題,串孔、漏水現(xiàn)象較為明顯。從壩體除險加固鉆探取芯分析成果表明:壩體砌筑砂漿孔洞較多、孔徑較大,多數(shù)直徑在0.9~2.7mm,部分孔洞還相互連通形成完整滲流通道。砌石材料透水率為4.7~6.9Lu,部分材料遠(yuǎn)超過規(guī)范要求的5Lu防滲底線。

      為提高大壩的完整性、耐久性、抗?jié)B性和承載力,決定對大壩結(jié)構(gòu)應(yīng)力和穩(wěn)定性進(jìn)行安全復(fù)核,并在復(fù)核基礎(chǔ)上采取合理方案進(jìn)行防滲加固處理,消除大壩安全隱患。

      3 大壩結(jié)構(gòu)安全復(fù)核

      為了評價大壩結(jié)構(gòu)整體安全性,結(jié)合大壩整體布置,分別對大壩壩踵和壩趾的垂直正應(yīng)力和左、右岸非溢流壩及中部溢流壩的抗滑穩(wěn)定性進(jìn)行計算分析。根據(jù)《砌石壩設(shè)計規(guī)范》(SL25-2006)和《混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范》(SL282-2003)規(guī)定,充分考慮水工建筑物各類荷載作用,按基本工況(正常蓄水位602.35m)和特殊工況(校核洪水位603.55)兩種工況進(jìn)行計算。

      大壩壩基結(jié)構(gòu)安全復(fù)核成果分析:

      根據(jù)規(guī)范要求,計算非溢流壩/溢流壩壩段壩踵和壩趾垂直正應(yīng)力,以及左、右岸非溢流壩段/溢流壩的抗滑穩(wěn)定性,結(jié)果如表1和表2所示。

      從表1和表2可知,在各種荷載組合工況下,非溢流壩/溢流壩壩基垂直正應(yīng)力和抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求,應(yīng)力狀態(tài)和抗滑穩(wěn)定性總體安全可靠。

      4 防滲補強灌漿處理

      4.1 防滲補強灌漿方案

      結(jié)合大壩滲漏現(xiàn)象調(diào)查資料及壩體結(jié)構(gòu)安全復(fù)核結(jié)果,大壩結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性較好,考慮到滲漏主要是由于壩體砌筑材料強度不夠、施工質(zhì)量偏差等原因?qū)е拢?jīng)技術(shù)、經(jīng)濟等方面的方案比選,決定對砌石重力壩壩體進(jìn)行補強灌漿處理,即:在壩體上鉆孔,通過灌注水泥漿或水泥砂漿進(jìn)行充填灌漿,以封堵壩體內(nèi)部滲水通道。

      4.2 防滲補強灌漿應(yīng)用效果

      根據(jù)大壩結(jié)構(gòu)布置,共選擇32個試驗段(上游側(cè)15個、下游側(cè)10個、中部7個)對壩體砌體透水率進(jìn)行檢測,以評估壩體防滲補強灌漿效果。檢測結(jié)果表明:32個試驗段的透水率試驗值范圍為0.75~4.12lu,均滿足混凝土砌石壩要求透水率5Lu控制限值,補強灌漿防滲合格率為100%。其中,有26個試驗段其透水率試驗值低于3lu的優(yōu)秀防滲標(biāo)準(zhǔn),完全形成連續(xù)、完整的防滲帷幕體,防滲加固效果非常明顯。壩體內(nèi)部壓水試驗無回水極強透水段、串孔涌水段等均得到有效防滲補強,降到微透水或弱透水標(biāo)準(zhǔn)等級。從檢查孔中鉆取巖芯取樣分析,巖芯整體呈均勻長柱狀,漿液充填密實,壩體密實度得到有效增強,防滲加固效果非常顯著。

      該攔河壩除險加固工程于2014年09月竣工,于2015年02月試蓄水,07月通過專家組竣工驗收。經(jīng)近2年的運行和巡視,壩體量水堰測定的滲漏水量一直為零,砌體漏水、滲水現(xiàn)象得到有效處理,水泥砂漿充填灌漿防滲效果良好。

      5 結(jié)束語

      水庫砌石重力拱壩由于受當(dāng)時施工技術(shù)水平、建設(shè)理念等因素的綜合制約,壩體存在砌石局部架空、砌筑質(zhì)量差密實度較低、充填膠結(jié)水泥砂漿密度性差,在運行過程中出現(xiàn)大面積、大流量滲漏等問題。經(jīng)現(xiàn)場鉆探取芯分析,壩體局部砌筑材料強度標(biāo)號遠(yuǎn)低于設(shè)計要求,透水率在4.7~6.9Lu范圍,部分材料遠(yuǎn)超過規(guī)范要求的5Lu防滲底線。采取水泥砂漿充填防滲補強灌漿后,檢測結(jié)果表明32個試驗段,補強灌漿防滲合格率為100%,壩體密實度得到有效增強,壩體滲漏問題得到有效處理。

      參考文獻(xiàn)

      [1]薛曉鵬,王維維,鄭柯君.軟基巖層上的混凝土重力壩設(shè)計及基礎(chǔ)處理[J].水利與建筑工程學(xué)報,2015(03):140-144.

      [2]何米杏.五里壩水庫工程混凝土面板堆石壩設(shè)計[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報,2014(04):36-39.

      作者簡介:鄭洪宇(1976-),女,漢族,內(nèi)蒙古赤峰人,碩士研究生,高級工程師,主要從事水利水電工程設(shè)計、咨詢工作。

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