防滲墻破損加固后對下游滲流穩(wěn)定性的影響

(華南理工大學(xué) 廣東 廣州 510641)

近年來防滲墻因其防滲效果好，性價比高，在我國水力工程建設(shè)工程中應(yīng)用日益廣泛。實(shí)際工程中，后續(xù)施工穿越防滲墻時，不可避免的會對防滲墻造成損壞[1]。目前，通過注漿法加固防滲墻破損處，并對加固效果進(jìn)行分析評估是一種常用的補(bǔ)救措施[2]。本文結(jié)合某具體工程，利用有限元軟件Midas模擬了防滲墻在不同工況下注漿滲透性對防滲墻的加固效果進(jìn)行了評價。

一、工程背景

某水庫盾構(gòu)輸水管穿越兩壩壩間山體，壩內(nèi)都修建了砼防滲墻，在壩間山體亦打設(shè)了砼地下連續(xù)墻,連續(xù)墻的兩端分別與兩壩的防滲墻連接。墻厚0.6m，防滲墻底部一般伸入到弱風(fēng)化巖頂線以下5m。為避免盾構(gòu)隧洞在穿越防滲墻時，防滲墻體發(fā)生變形破壞，在盾構(gòu)穿越水庫大壩防滲墻時，在防滲墻位置前后各長10米范圍內(nèi)進(jìn)行了注漿防滲處理[3]。注漿施工前后，進(jìn)行了洞周透水率的測試，但第一次注漿透水率均在3Lu以上，未達(dá)設(shè)計(jì)要求；二次注漿后平均透水率為4Lu。

二、計(jì)算模型

根據(jù)試驗(yàn)段平、縱斷面圖以及防滲墻與盾構(gòu)隧道的空間立體關(guān)系,建立的三維數(shù)值模型如圖1所示.在盾構(gòu)隧道與防滲墻交叉處，沿防滲墻前后各設(shè)10m注漿，并充分考慮最不利影響，將弱風(fēng)化片麻巖簡化為砂質(zhì)粘土層[4]。

偏于安全考慮，假設(shè)盾構(gòu)隧道施工時盾構(gòu)掌子面盾構(gòu)直徑誤差為上下各1m，則盾構(gòu)機(jī)穿越防滲墻時對墻體造成直徑為8m的破損。因此，注漿加固后隧道與防滲墻之間留有寬1m的圓環(huán)注漿層。

砼防滲墻滲透系數(shù)按照水庫防滲等級W8取2.16×10-9cm/s。洞周注漿區(qū)域的透水率選用了對應(yīng)10Lu、6Lu、3Lu三組計(jì)算，其中，3Lu是設(shè)計(jì)指標(biāo)，6Lu和10Lu是偏高取值，以便考察不同注漿效果對滲流的影響。每組計(jì)算又包括了水庫正常蓄水位61.12m、設(shè)計(jì)洪水位57.93m、校核洪水位56m三種工況。另外，還計(jì)算了防滲墻完好的工況，即假設(shè)隧洞施工完全不損壞防滲墻的工況。不考慮輸水管道中的高壓水向外漏滲的情況。

圖1 分析模型概況

材料滲透系數(shù)(cm/s)人工填土3×10-5砂質(zhì)粘土2.53×10-4弱風(fēng)化片麻巖4.5×10-5防滲墻2.16×10-9防滲墻附近的洞周注漿區(qū)域15×10-5、9×10-5、4.5×10-5對應(yīng)于10Lu、6Lu、3Lu

三、計(jì)算結(jié)果分析

(一)對下游水力梯度影響

圖2為各工況下最大水力梯度的變化。水力梯度均滿足按《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》DLT 5395-2007計(jì)算所得允許水力梯度0.49，最大水力梯度均出現(xiàn)在緊鄰防滲墻與注漿處的下游土體。最不利工況為Group Ⅲ-A組,水位為61.12m,注漿處滲透率為3Lu，此時水力梯度為0.144。這主要是由于q=3Lu時，注漿滲透率與防滲墻滲透率差距不大，因此造成了流量集中的情況[5]。

圖2 各工況下水力梯度

(二)對壩體流速及滲漏量影響

各工況下，注漿處最大滲流速度均出現(xiàn)在緊鄰防滲墻與隧道之間的加固注漿部分，各工況的平均流速分別為最大為Group I-A，此時流速為0.33m/day,注漿處每日滲漏量為7.26m3/day,相對于水庫儲水量,該滲漏量可忽略不計(jì)。