石板河水庫(kù)雙曲拱壩除險(xiǎn)加固地質(zhì)分析及防滲研究

楊勇建

摘 要：病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固，行之有效的防滲方案是決定工程成敗的關(guān)鍵。石板河水庫(kù)存在壩體填筑質(zhì)量差、壩基（肩）及壩體滲漏、滲流穩(wěn)定性差等問(wèn)題。為合理處理水庫(kù)滲漏、消除病險(xiǎn)隱患，根據(jù)滲漏現(xiàn)狀和鉆孔勘探資料，經(jīng)論證分析設(shè)計(jì)優(yōu)選工程適宜性強(qiáng)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越的防滲帷幕灌漿與漏水集中點(diǎn)反壓灌漿相結(jié)合的除險(xiǎn)加固方案，可為類(lèi)似水庫(kù)防滲加固設(shè)計(jì)及施工提供參考。

關(guān)鍵詞：雙曲拱壩;地質(zhì)條件;帷幕灌漿;除險(xiǎn)加固

中圖分類(lèi)號(hào)：TV223.4 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）11-0059-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.11.013

Geological Analysis and Anti-Seepage Research of Arch Dam

Reinforcement Engineering of Shibanhe Reservoir

YANG Yongjian

（Guizhou Zhongcheng Tianhe Water Conservancy Engineering Co.， Ltd.， Gui'an 550003，China）

Abstract： An effective anti-seepage scheme is the key to the success or failure of the project for the reinforcement engineering of dangerous reservoirs. The problems such as poor filling quality in dam body， leakage at dam foundation （shoulder） and dam body， poor seepage stability and so on has existed in Shibanhe reservoir. In order to reasonably deal with the reservoir leakage and eliminate the hidden dangers， according to the current leakage situation and drilling exploration data， the risk elimination and reinforcement scheme of anti-seepage curtain grouting combined with back pressure grouting at leakage concentration point with strong engineering suitability and superior technology and economy has been demonstrated and optimized. After the reinforcement project implementation， will obtain obvious anti-seepage reinforcement and repair effect， and the normal flood control， water storage and other functions of the reservoir will be restored， which can provide reference for similar reservoirs anti-seepage reinforcement design and construction.

Keywords： double curvature arch dam; geological conditions; curtain grouting;danger elimination and reinforcement

1 工程概況

石板河水庫(kù)位于貴州省大方縣西南鼎新彝族苗族鄉(xiāng)境內(nèi)的小箐河上游河段，壩址以上流域集雨面積為4.55 km2。水庫(kù)建于1988年5月，于1991年5月完工，水庫(kù)樞紐工程主要由砌石拱壩、壩頂溢洪道、沖沙管、放水管等組成。經(jīng)調(diào)查，大壩建成后壩體與壩基（肩）均出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，后經(jīng)多次除險(xiǎn)加固防滲處理后，現(xiàn)大壩仍存在滲漏現(xiàn)象。為提出合理的防滲處理方案，對(duì)石板河水庫(kù)壩址區(qū)進(jìn)行地質(zhì)及水文地質(zhì)調(diào)查[1-2]，并在壩頂和兩壩肩共布設(shè)4個(gè)勘察鉆孔對(duì)壩體填筑料、壩基巖體等進(jìn)行取樣觀察，對(duì)壩區(qū)地質(zhì)及水文情況進(jìn)行了解，鉆孔總進(jìn)尺202.4 m，壓水試驗(yàn)27段。

2 壩址工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)壩體質(zhì)量和加固防滲方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)，在壩體上布置4個(gè)鉆孔（ZK1～ZK4）進(jìn)行勘察。根據(jù)鉆孔勘探及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，壩址區(qū)出露地層為二疊系峨眉山玄武巖組（P2β）及第四系（Q），其中二疊系峨眉山玄武巖組（P2β）廣泛分布于庫(kù)區(qū)，巖性為暗綠、灰綠色隱晶質(zhì)玄武巖，厚152～280 m，根據(jù)鉆孔揭露，壩址區(qū)淺表巖體風(fēng)化嚴(yán)重，強(qiáng)風(fēng)化層厚2.5～10.0 m，弱風(fēng)化層厚10～15 m;第四系沖洪層主要分布于河床，成分為砂礫石、淤泥等，厚2～10 m，第四系殘坡層，成分為腐殖土、砂壤土、碎（塊）石土，主要分布于兩岸高程1 562 m以上斜坡臺(tái)地及低洼地帶，厚0.5～3.0 m。壩基巖體經(jīng)取樣試驗(yàn)，壩址巖石物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)試驗(yàn)成果，如表1所示。

據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查顯示，庫(kù)區(qū)及壩址區(qū)無(wú)斷裂構(gòu)造通過(guò)，區(qū)域性斷裂構(gòu)造距壩址區(qū)較遠(yuǎn)，壩址處地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單。玄武巖巖層產(chǎn)狀不明顯，受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，巖石中裂隙比較發(fā)育，主要發(fā)育有三組裂隙：第一組裂隙產(chǎn)狀為走向35°，傾向45°，傾角近直立，連通率45%;第二組裂隙產(chǎn)狀為走向20°，傾向80°，傾角近直立，連通率33%;第三組裂隙產(chǎn)狀為走向75°，傾向60°，傾角接近直立，連通率35%。這三個(gè)方向上的裂隙在壩址區(qū)強(qiáng)風(fēng)化巖層中相互切割，使強(qiáng)風(fēng)化巖石塊體穩(wěn)定性較差。D6765809-7F44-4914-BDD4-865C1CEA68E9

3 大壩質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.1 大壩滲漏現(xiàn)狀

3.1.1 壩體滲漏。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查顯示大壩下游壩面出現(xiàn)多處滲水點(diǎn)，表現(xiàn)為浸潤(rùn)和射流兩種情況。浸潤(rùn)表現(xiàn)為壩面沿浸潤(rùn)點(diǎn)向下形成濕潤(rùn)帶，射流表現(xiàn)為水流沿壩體孔隙匯聚后在壩面集中流出，現(xiàn)場(chǎng)檢查水位為1 540.5 m，壩體下游面左側(cè)1 524.5～1 529.0 m高程處呈濕潤(rùn)狀態(tài);壩體下游面右側(cè)1 526.0～1 528.0 m、1 536.0～1 541.5 m高程處呈濕潤(rùn)狀態(tài);溢流壩段下游面1 534.5～1 546.5 m、1 506.0～1 515.5 m高程處呈濕潤(rùn)狀態(tài)。當(dāng)水位抬升時(shí)，溢洪壩段下游面（高程1 543.5 m）呈射流狀漏水。

3.1.2 壩基（肩）滲漏。據(jù)地表地質(zhì)調(diào)查，右壩肩下游面1 525.25 m高程壩體與壩基接觸部位有一處集中漏水點(diǎn)，滲透量為0.5 L/s;在左壩肩至溢洪道下游岸坡存在面狀浸滲帶，浸滲帶高程為1 534.5～1 546.5 m，長(zhǎng)約11 m，寬約10 m，面積約110 m?，該區(qū)域有明顯滴水及浸潤(rùn)現(xiàn)象，在河床下游測(cè)得總滲漏量18～22 L/s。

3.2 壩體質(zhì)量評(píng)價(jià)

現(xiàn)狀大壩下游壩面存在多處滲漏，為了解壩體質(zhì)量和基巖的風(fēng)化性、透水性等情況，在壩體上布置ZK2、ZK4鉆孔進(jìn)行勘探。鉆孔揭露情況有以下幾種。①大壩建基面為弱風(fēng)化玄武巖，壩基巖石飽和抗壓強(qiáng)度值為63.0 MPa，巖石屬中硬巖，巖體較完整，屬BⅡ類(lèi)巖體。壩基巖體強(qiáng)度滿足中等高度拱壩建基要求。②壩體部分為強(qiáng)至弱風(fēng)化玄武巖及砂巖為骨料的水泥砂漿澆筑體，鉆孔在0～3.0 m時(shí)垮孔嚴(yán)重，且在壩體上、下游面孔隙有反水現(xiàn)象，分析為正常水位至壩頂高程壩體孔隙較大，建議進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿處理。根據(jù)鉆孔取芯情況，巖芯多呈灰白色，長(zhǎng)柱狀，少數(shù)呈短柱狀及碎塊狀，孔隙內(nèi)水泥漿填充，芯樣側(cè)表面光滑，膠結(jié)較良好，局部有少量氣孔，局部完整性差，芯樣采取率35%～97%。鉆孔中部分巖芯揭露骨料呈強(qiáng)風(fēng)化狀，占5%左右，其強(qiáng)度稍低，壩體砌筑材料質(zhì)量局部較差，需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)防滲灌漿處理[3]。③壩體透水率為1.8～17.4 Lu，壩體內(nèi)孔隙較大，大壩下游壩面存在浸潤(rùn)面及集中滲漏點(diǎn)，砌體密實(shí)性及滲流穩(wěn)定不符合規(guī)范要求[4]，壩體存在嚴(yán)重安全隱患。④基巖與壩體接觸帶巖體透水率為10.7～28.5 Lu，兩壩肩強(qiáng)風(fēng)化巖體中巖體透水率為2.1～19.5 Lu，弱風(fēng)化基巖巖體透水率為0.3～4.9 Lu，為弱透水層。通過(guò)鉆孔分析，壩基肩巖裂隙發(fā)育，少量水泥漿填充，透水率較大;壩體與壩基接觸帶滲漏較嚴(yán)重，透水率高達(dá)28.5 Lu。大壩存在庫(kù)水沿壩體與壩基接觸帶滲漏以及庫(kù)水沿基巖裂隙帶繞壩滲漏問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)檢查在左壩肩下游岸坡存在面狀浸滲帶，浸滲帶高程為1 515～1 527 m，長(zhǎng)約11 m，寬約10 m，面積約110 m?，該區(qū)域有明顯滴水及浸潤(rùn)現(xiàn)象;右壩肩存在一處集中滲漏，出水點(diǎn)高程為1 525.5 m，滲漏量約0.5 L/s，大壩滲漏影響大壩穩(wěn)定，存在安全隱患。綜合考慮，壩體工程質(zhì)量為不合格，需進(jìn)行全面防滲加固處理，以恢復(fù)水庫(kù)的正常功能。

4 水庫(kù)除險(xiǎn)加固防滲處理

4.1 防滲方案比選

壩基巖體中裂隙比較發(fā)育，地表巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，造成淺表巖體透水性較好。巖石中的風(fēng)化裂隙、節(jié)理裂隙是壩址區(qū)地下水運(yùn)移滲漏通道[5]。水庫(kù)壩體、壩基（肩）均存在滲漏，滲漏點(diǎn)相對(duì)較多，總滲漏量為18～22 L/s，滲漏量隨水位變化有所增減。壩體、壩基（肩）滲漏對(duì)大壩安全穩(wěn)定和水庫(kù)效益有較大的影響。結(jié)合水庫(kù)工程特性及滲漏現(xiàn)狀，優(yōu)選兩種防滲方案進(jìn)行技術(shù)及經(jīng)濟(jì)比選，如表2所示。

方案一是2011年除險(xiǎn)加固時(shí)采用的方案，該方案未能徹底解決壩體和壩基（肩）滲漏的問(wèn)題。經(jīng)實(shí)際調(diào)查，壩體防滲補(bǔ)強(qiáng)灌漿僅采用壩體下游面水平造孔灌漿的方式存在局限性，施工時(shí)常會(huì)發(fā)生漿液無(wú)法灌注的情況。當(dāng)年在下游壩腳設(shè)置混凝土灌漿平臺(tái)進(jìn)行帷幕灌漿，現(xiàn)場(chǎng)勘察時(shí)發(fā)現(xiàn)灌漿平臺(tái)的基礎(chǔ)置于強(qiáng)風(fēng)化玄武巖上，且斜孔灌漿的施工質(zhì)量也不易控制。

方案二采用壩頂豎直灌漿+壩體集中漏水點(diǎn)反壓灌漿的方式，由于大壩為雙曲拱壩，且大壩偏薄，大壩上、下游面為1 m厚的M10砂漿砌C15混凝土預(yù)制塊，壩頂布置鉆孔要避開(kāi)預(yù)制塊，并避免從壩面穿出。經(jīng)過(guò)比選，方案二是安全可行的，且能更有效地增強(qiáng)壩體強(qiáng)度和防滲效果，同時(shí)能更有效地對(duì)壩體與壩基的接觸滲漏帶進(jìn)行帷幕防滲。另外，方案一雖然灌漿工程量較節(jié)省，但考慮到局部修復(fù)灌漿平臺(tái)和斜孔灌漿等增加的費(fèi)用后，方案一總投資230.62萬(wàn)元;而方案二的工程措施主要為造孔和灌漿，其總投資為224.58萬(wàn)元，較方案一節(jié)省了6.04萬(wàn)元。方案二安全可靠且投資也更為節(jié)省，故優(yōu)選帷幕灌漿（防滲線沿壩頂布置）+壩體集中漏水點(diǎn)反壓灌漿防滲方案。

4.2 大壩防滲處理方案

大壩防滲帷幕線兩壩肩沿上壩公路布置，壩體段沿壩頂中線布置，其中溢流堰段帷幕線距上游堰頂0.6 m布置，整個(gè)帷幕防滲線長(zhǎng)162.0 m，按單排孔布置，孔距為2.0 m，共布孔82個(gè);其中1#～19#沿右岸上壩公路布置，20#～72#鉆孔沿壩頂布置，73#～82#沿左岸上壩公路布置，形成一個(gè)封閉的帷幕防線。兩壩肩帷幕灌漿起灌高程為水庫(kù)正常蓄水位（1 546.5 m）高程，壩體補(bǔ)強(qiáng)灌漿（20#～72#）起灌高程為壩頂高程;壩基段采用帷幕灌漿，均采用自下而上的灌漿方式，壩體內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)灌漿每段為2.0～4.0 m，且壩體與壩基接觸帶必須采用一段灌漿;兩岸坡段采用帷幕灌漿，并采用自上而下的灌漿方式，基巖灌漿每段5.0～8.0 m。防滲處理的帷幕灌漿底線高程依據(jù)勘察鉆孔壓水試驗(yàn)資料，即不大于巖石透水率5 Lu以下一段，兩壩肩防滲帷幕以處理強(qiáng)風(fēng)化帶及淺層基巖裂隙性滲漏為主，進(jìn)入基巖弱風(fēng)化帶一段5.0 m，逐漸向兩邊延伸到灌漿底線弱風(fēng)化帶一段與正常水位線的交界。其中1#帷幕灌漿孔底線高程為1 529.8 m，82#帷幕灌漿孔底線高程為1 534.9 m，壩基帷幕灌漿孔低限高程為1 490.0 m。施工中根據(jù)先導(dǎo)孔情況調(diào)整帷幕灌漿底線高程，防滲標(biāo)準(zhǔn)為巖石透水率不大于5 Lu;帷幕灌漿灌入的水泥漿將在壩體、壩基及兩壩肩形成較厚的帷幕防滲體，水泥漿能增強(qiáng)壩體強(qiáng)度，防滲體能截?cái)鄩误w滲漏通道、基巖風(fēng)化裂隙，并增長(zhǎng)基巖節(jié)理裂隙滲漏的滲漏途徑[6]。帷幕灌漿邊界沿壩軸線向兩壩肩延伸，至水庫(kù)正常水位與基巖弱風(fēng)化帶且超出一段，即終止布置帷幕灌漿孔。D6765809-7F44-4914-BDD4-865C1CEA68E9

在壩體下游面集中滲漏部位處布置反壓灌漿孔，鉆孔垂直于壩面。為防止鉆穿壩體，孔底至大壩迎水面水平距離不小于0.5 m，共布15個(gè)孔，其中B1#～B5#孔深為3.2 m，B6#～B8#孔深為4.0 m。B9#～B15#孔深為5.4 m。壩體下游反壓灌漿立面圖如圖1所示。

灌漿結(jié)束后，用檢查孔檢查灌漿效果，應(yīng)布置工程量10%的檢查孔，檢查孔布于帷幕中心線上地質(zhì)條件復(fù)雜的部位、吸漿量大的孔段附近和孔斜過(guò)大、灌漿情況不正常的部位;在一個(gè)壩段或一個(gè)單元內(nèi)至少布置一個(gè)檢查孔，檢查孔應(yīng)比灌漿孔深5.0 m，檢查孔工作應(yīng)在該部位灌漿結(jié)束14 d后進(jìn)行。壓水試驗(yàn)分段卡塞，采用五點(diǎn)法。檢查孔應(yīng)取巖芯計(jì)算獲得率并加以描述，檢查結(jié)束后按要求進(jìn)行灌漿和封孔。檢查內(nèi)容主要有：基巖帷幕灌漿，通過(guò)壓力試驗(yàn)檢查其單位透水率是否小于5 Lu，若單位透水率小于5 Lu，即認(rèn)為帷幕防滲達(dá)到要求，否則需補(bǔ)灌;壩體補(bǔ)強(qiáng)灌漿，通過(guò)壓力試驗(yàn)檢查其單位吸水量是否小于3 Lu，若單位吸水量小于3 Lu，即認(rèn)為帷幕防滲達(dá)到要求，否則需補(bǔ)灌。

5 結(jié)語(yǔ)

石板河雙曲拱壩受當(dāng)時(shí)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)偏低、施工機(jī)械水平不高、灌漿技術(shù)落后等因素的共同影響，大壩存在壩體填筑質(zhì)量差、壩基（肩）及壩體滲漏等問(wèn)題，大壩病險(xiǎn)問(wèn)題較為突出。根據(jù)工程特性和鉆孔勘探揭露成果，設(shè)計(jì)優(yōu)選防滲效果較好、工程投資省、施工簡(jiǎn)單的“帷幕灌漿（防滲線沿壩頂布置）+壩體漏水點(diǎn)反壓灌漿”加固補(bǔ)強(qiáng)防滲方案，為高效優(yōu)質(zhì)的施工建設(shè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

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