黑河市哈拉臺河水庫除險加固工程壩基滲漏及處理

劉瑛文

(黑龍江省水利工程建設質量與安全監(jiān)督技術中心，哈爾濱 150040)

1 工程概況

哈拉臺河水庫位于黑河市境內的公別拉河中游右側一級支流哈拉臺河上，在黑河市西南部，距黑河市區(qū)62 km，是一座以供水為主，兼顧防洪、水產養(yǎng)殖等綜合利用的小(Ⅰ)型水庫，防洪影響3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、12個村屯、耕地0.08×104hm2及哈黑公路與鐵路。哈拉臺河水庫總庫容992.00×104m3，水庫除險加固工程等別為Ⅳ等，主要建筑物為4級。經(jīng)工程規(guī)模復核，設計洪水標準采用50年一遇洪水設計，1 000年一遇洪水校核。

哈拉臺河水庫為西溝水電站的跨流域引水工程。由2 059 m的供水隧洞將水引入西溝水庫，增加西溝水庫的來水量，使西溝水電站發(fā)電量增加，提高保證出力。

哈拉臺河水庫原樞紐由攔河壩、壩下泄洪洞、非常溢洪道及供水隧洞組成。由于攔河壩壩頂超高不足，不滿足防洪要求，風浪超過壩頂會造成漫頂，威脅攔河壩安全；攔河壩頂寬較窄，未達到設計寬度；部分壩段上游壩坡較陡，攔河壩壩殼拋填堆石體大面積塌陷；防浪墻變形嚴重，防浪墻有兩節(jié)錯位，中間大部分防浪墻墻體向迎水面凸隆，防浪墻與心墻接觸部位已出現(xiàn)錯位；壩后滲漏嚴重。從雷達探測的結果可知，攔河壩下游有4處滲漏地方，可見當時帷幕灌漿施工時存在問題，對壩基處理不徹底，嚴重威脅攔河壩安全，需重新采取處理措施；非常溢洪道未按設計建成，僅完成漿砌石堰體部分，未修建泄洪槽、消能設施和尾水渠，無交通橋及上壩道路，阻斷了攔河壩交通，水庫已不能正常運行。

本次除險加固工程由大壩加高培厚、防浪墻拆除重建、壩基帷幕灌漿及新建溢洪道組成。水庫除險加固后，樞紐工程由攔河壩、壩下泄洪洞、正常溢洪道及供水隧洞組成。

攔河壩為瀝青砼心墻堆石壩，除險加固后壩長400 m，設計壩頂高程347.70 m，最大壩高19.3 m。結合工程現(xiàn)狀，上下游壩坡設計坡比1∶1.6，大壩迎水側采用拋石護砌，設計壩頂寬4.0 m，壩頂設厚20 cm砂石路面。原防浪墻拆除重建，新建防洪墻頂高程為348.90 m，墻底高程345.70 m。瀝青砼心墻為直立式結構，厚20 cm，心墻上下游兩側設厚12 cm砼預制塊副墻。瀝青砼心墻加高至345.70 m，頂部采用擴大式與防洪墻底連接。根據(jù)壩基工程地質勘察，對壩基未灌漿泄水渠段(0+155～0+215)和兩岸(0-020～0+080，0+400～0+460)進行帷幕灌漿，間距1.5 m，單排孔，最大孔深13 m。

2 壩基滲漏原因分析

壩基覆蓋層巖性為腐殖土、含壤土的碎石塊和砂卵石?；鶐r為海西期花崗巖，脈巖有閃長巖及花崗斑巖。壩基上部巖體透水性相差很大，最小值為0.34 Lu，最大值為102.3 Lu，平均值為15.6 Lu，總體為中等透水巖體，透水率q<5 Lu試驗段占34.8%，q≥5 Lu試驗段占65.2%。

原防滲帷幕設置一排，孔距一般為1.5 m，局部為2.0 m，右岸0+00～0+22 m原有帷幕，后設計取消，0+39～0+53.7 m套管歪斜無法施工而停工。泄水渠0+179～0+190 m剖面圖無鉆孔(平面圖3個鉆孔)。0+387.5～0+354.5 m，0+269.5～0+241 m，0+218～0+195.4 m為雙排帷幕，排距1.50 m。分3序施工，灌漿段長一般為5 m，每孔分為1～2段施工，采用自上而下灌漿，灌漿壓力0.1～0.2 MPa。

原帷幕灌漿取得一定效果，經(jīng)質量檢查，帷幕檢查孔29個，質量檢查要求w<0.04 L/min·m·m，不合格為8個孔，占27.6%。

壩下1#、2#滲漏堰同時觀測13次，滲漏量區(qū)間18.87～82.3 L/s，平均47.60 L/s，其平均值已達常見水頭容許滲漏量的3倍多。

通過壩基地質條件及原帷幕灌漿施工情況分析，地質對壩基滲漏分析原因如下：

1)右岸樁號0+00～0+22 m和0+39～0+53.7 m未進行帷幕灌漿，上部為中等透水巖體，造成壩基滲漏。地下水位與正常蓄水位交匯處在壩體外右側山體，庫水向下游產生繞壩滲漏。

2)泄水渠部位未形成帷幕，造成壩基滲漏。

3)帷幕鉆孔部分孔深偏淺，混凝土蓋板與基巖接觸段未單獨灌漿，檢查孔27.6%壓水試驗不合格，造成壩基滲漏。

由此可見，當時帷幕灌漿施工時存在問題，對壩基處理不徹底，嚴重威脅攔河壩安全，需重新采取處理措施。

3 壩基處理及帷幕灌漿技術要求

3.1 壩基處理

根據(jù)壩基工程地質勘察結論，本次設計對壩基未灌漿泄水渠段(0+155～0+215)和兩岸(0-020～0+080,0+400～0+460)進行帷幕灌漿，間距1.5 m，單排孔，最大孔深13 m。

3.2 壩基帷幕灌漿施工技術要求

1)帷幕灌漿施工順序采取分序鉆灌逐漸加密的原則，主帷幕灌漿的施工采取分三序鉆灌。樁號0+400～0+480段一序孔孔距為8.0 m，二序孔孔距達到4.0 m，三序孔達到基本孔距2.0 m，樁號0-020～0+080、0+155～0+215段一序孔孔距為6 m，二序孔孔距為3.0 m，三序孔達到基本孔距1.5 m。

2)斷層破碎帶及節(jié)理發(fā)育處，對帷幕孔進行加深灌漿處理。視斷層破碎帶及節(jié)理發(fā)育的具體情況，由設計、施工、地質人員臨時商定。

3)在灌漿逐漸加密過程中，如出現(xiàn)較多的孔段吸漿量很小，單位吸水率又滿足要求，對該地段的灌漿量可研究適當減少。但對單位吸漿量雖少，而多數(shù)孔單位吸水率不符合要求的地段，應研究加密鉆孔灌漿。

4)灌漿一般情況下可自下而上分段灌漿，若地質條件較差，應采用自上而下分段灌漿的施工方法，具體由現(xiàn)場的設計和地質人員確定。

5)在施工的過程中，不得在帷幕線上進行可能導致不良后果的灌漿試驗工作。

6)在己完成灌漿或正在灌漿的地段，其附近30 m以內不得進行爆破作業(yè)。

7)由于地質資料不足，本次設計帷幕灌漿的孔深及兩岸壩頭帷幕范圍均參考初步設計階段而設計。在施工過程中，本設計如與實際情況出入較大，應由設計、施工、地質人員現(xiàn)場商定。

8)帷幕灌漿所使用的各種灌漿材料(包括水泥、水及外加劑等)必須符合現(xiàn)行規(guī)范的有關規(guī)定，否則不得使用。灌漿所采用的水泥為PO42.5的普通硅酸鹽水泥，水泥的最低標號不低于PO42.5，水泥細度要求通過80 μm方孔篩的篩余量不大于5%(重量計)。

9)灌漿用水泥應保持新鮮，受潮結塊者不得使用。水泥在使用前必須對質量做出鑒定，符合質量標準方可使用。在一個灌漿段中，不得使用不同廠家的水泥。

10)灌漿用水應符合拌制混凝土用水的要求。

11)灌漿施工中若需要使用外加劑時，對所使用的外加劑凡能容于水者均應以水溶液狀態(tài)加入，其品種、摻量等均需通過試驗確定。

12)水泥漿制備后應盡快使用，4 h后的剩余漿液，應廢棄。

13)灌漿泵性能應與漿液類型、濃度相適應，允許工作壓力應大于最大灌漿壓力的1.5倍，并有足夠的排漿量。

14)灌漿孔鉆孔開孔位置與灌漿中心線的偏差及孔距偏差均不得大于10 cm。實際開孔位置應做好記錄，統(tǒng)一編號，并注明施工次序，用圖紙表示清楚。

15)對灌漿孔在灌漿前應進行鉆孔沖洗和裂隙沖洗，以提高灌漿效果。

16)帷幕灌漿采用分段方法進行灌漿，帷幕灌漿采用循環(huán)式。

4 滲流計算

大壩滲流計算按壩基有帷幕灌漿情況進行滲流量計算，選擇兩個斷面，按如下兩種工況進行分析。

工況一：上游正常蓄水位345.50 m，下游無水

工況二：上游校核洪水位347.76 m，下游無水

各項計算指標，根據(jù)地質資料取用，滲流計算成果見表1。

表1 滲流計算成果表

有限深透水地基上設灌漿帷幕的土石壩滲流，帷幕灌漿的防滲作用可以用相當于不透水底板的等效長度代替(《碾壓土石壩設計手冊》，水利部水利水電規(guī)劃設計總院)。滲流計算公式如下：

Les=0.44T+Ls+B-δ

式中：δ為帷幕灌漿的厚度，m；ks、k0為帷幕灌漿及地基的滲透系數(shù)；ζy為內部垂直段阻力系數(shù)；σ為阻力系數(shù)比值，查曲線確定；Les為地下輪廓總計算長度,m；T為透水地基深度,m；S為帷幕灌漿深度(包括截水槽深度),m；B為心墻底部寬度,m。

單位長壩身及地基的滲流量q及墻后滲流水深由以下兩式聯(lián)立求解：

式中：k1為心墻滲透系數(shù)，m/d；k0為壩基滲透系數(shù)，m/d；k2為堆石體滲透系數(shù)，m/d；H1為上游水深，m；H2為下游水深，m；δ0為心墻頂寬，m；δ1為心墻底寬，m；δ為帷幕灌漿厚度，m；L1為心墻底距下游水面與下游壩坡交點的距離，m；L為心墻底距下游壩腳的距離，m。

通過大壩的滲流量：

1)正常蓄水位:Q總=1.82×104m3/a

2)校核洪水位:Q總=1.96×104m3/a

已知大壩年均徑流2 118×104m3/a，通過計算可知，壩基有帷幕灌漿時大壩滲漏量很小，滿足水庫滲漏要求，壩基進行帷幕灌漿處理合理。

5 結 論

壩基帷幕灌漿處理后，可從根本上解決壩基隱患，保護水庫大壩安全，改善農業(yè)生產條件，增強抗御水旱災害的能力，促進農村經(jīng)濟發(fā)展，增加農民收入，保護和改善區(qū)域防洪安全，為促進社會穩(wěn)定發(fā)展、提高種植業(yè)經(jīng)濟效益，加快區(qū)域地方政治、經(jīng)濟、文化等發(fā)展發(fā)揮積極作用。