鐘呂水庫(kù)大壩滲漏問(wèn)題的成功處理

張 欣 徐旺敏

(上饒市水利科學(xué)研究所,江西 上饒 334000)

1 概況

鐘呂水庫(kù)壩址位于婺源縣境內(nèi)樂(lè)安河的支流小港水的江灣鎮(zhèn)鐘呂村上游160m處,壩址以上控制流域面積33km2,壩型為堆石碾壓復(fù)合土工膜面板防滲壩。壩高51m,水庫(kù)總庫(kù)容為 2155萬(wàn)m3,是一座具有灌溉、防洪、發(fā)電、供水、養(yǎng)殖及旅游等綜合利用的中型水庫(kù)樞紐工程。

該水庫(kù)始建于1997年10月,1999年5月經(jīng)批準(zhǔn)開(kāi)始試運(yùn)行至今,大壩存在較為嚴(yán)重滲漏問(wèn)題,雖經(jīng)多次處理,但一直未根除隱患,水庫(kù)一直控制在低水位運(yùn)行,從水庫(kù)建成就戴上了病險(xiǎn)水庫(kù)的帽子,不僅影響工程效益的發(fā)揮,同時(shí)對(duì)下游的人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。

設(shè)計(jì)該大壩壩體為千枚巖堆石碾壓,上游壩面采用復(fù)合土工膜面板防滲,主壩石區(qū)采用石料飽和抗壓強(qiáng)度Pb＞40MPa,軟化系數(shù)K ＞0.7,次堆區(qū)填筑料巖石飽和抗壓強(qiáng)度Pb＞25MPa,K ＞0.5。

大壩建成后,最高水位蓄至273.31m(比正常水位低2.69m),根據(jù)工程運(yùn)行觀測(cè)資料分析,大壩工程沉降均屬正常,但滲漏量偏大,最大滲漏量達(dá)0.33m3/s。

2 滲漏原因分析

為查找滲漏原因,建設(shè)單位組織設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、質(zhì)檢等有關(guān)人員進(jìn)行分析,并向有關(guān)專家咨詢。2000年9月,科研所技術(shù)人員采用投鹽法對(duì)大壩進(jìn)行大壩滲漏分析,找到一處滲漏通道,位置在主壩與副壩 (老山體)交接處的壩體,樁號(hào)為0+110,高程約230m。根據(jù)水庫(kù)運(yùn)行管理單位連續(xù)四年 (1999～2002年)的庫(kù)水位滲流量數(shù)據(jù)相關(guān)圖,可看出滲流量和庫(kù)水位的曲線波型是完全同步的,滲流量沒(méi)有突變現(xiàn)象,滲流量增減基本決定庫(kù)水位。分析認(rèn)為滲漏偏大的原因有兩種可能。一是認(rèn)為復(fù)合土工膜由于施工工藝不成熟,壩面防滲體遭受破壞;二是認(rèn)為千枚巖基礎(chǔ)裂隙極發(fā)育形成的多處滲漏通道。

3 大壩滲漏常規(guī)處理

自1999年至2000年每年冬修重點(diǎn)都是對(duì)大壩內(nèi)坡復(fù)合土工膜縱、橫焊接部位進(jìn)行檢查修補(bǔ),檢修中找出并處理全部接頭301個(gè),其中主壩180個(gè),滲漏點(diǎn)102個(gè),但處理后滲流量并無(wú)明顯減少。

2001年另外對(duì)投鹽法發(fā)現(xiàn)的滲漏通道進(jìn)行處理,同時(shí)對(duì)大壩進(jìn)行全面檢查發(fā)現(xiàn)左壩段有數(shù)處復(fù)合土工膜破損的水孔洞并進(jìn)行了修補(bǔ)。據(jù)修補(bǔ)后的大壩滲漏水觀測(cè)資料分析,滲漏量減少了一部分,但沒(méi)能根本改變。

針對(duì)歷年來(lái)以土工膜防滲面為主要處理對(duì)象的處理方式效果甚微的狀況,將防滲措施轉(zhuǎn)向基礎(chǔ)處理為主。2002年冬在原趾板面上進(jìn)行了帷幕灌漿施工,2003年將左岸原趾板加寬加厚,并增設(shè)了2.5m深的齒墻,增大灌漿壓力重新灌漿,這些措施有一些效果,但仍未能根本解決問(wèn)題。

4 大壩滲漏綜合處理

4.1 處理方案

2005年1月,有關(guān)部門(mén)對(duì)鐘呂大壩進(jìn)行安全鑒定,大壩滲流安全評(píng)價(jià)等級(jí)為C級(jí),同年對(duì)鐘呂水庫(kù)進(jìn)行了除險(xiǎn)加固工程項(xiàng)目的初步勘察設(shè)計(jì),對(duì)大壩的滲流安全處理方法是大壩壩面防滲處理和壩基防滲處理并重的綜合處理方法,因?yàn)殡m然壩身土工膜經(jīng)多次檢查修補(bǔ),堤身已無(wú)滲漏,但在大壩加固以后若恢復(fù)正常水位運(yùn)行,壩體難免還會(huì)有變形和沉降。土工膜在建后已出現(xiàn)多處損傷,還可能在更高水頭下和壩體變形時(shí)產(chǎn)生接縫和原損傷處的再度撕裂,故從安全考慮壩身重新做防滲處理。

具體設(shè)計(jì)方案:主壩防滲體是主壩上游壩面澆筑鋼筋混凝土面板,壩基改混凝土齒槽及趾板,并對(duì)壩基巖石進(jìn)行固結(jié)灌漿及帷幕灌漿處理。

鋼筋混凝土防滲面板面板:混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25;混凝土抗?jié)B等級(jí)W8。

表1 委托某科學(xué)研究所做有專利技術(shù)的混凝土配合比

主壩壩基滲漏采用混凝土齒槽延長(zhǎng)滲徑、帷幕灌漿垂直截滲方法——具體做法是在上游壩腳0+100～0+119段加寬和加深原混凝土趾板和齒槽。在0+119～0+166段(主、副壩交接邊坡)新建混凝土截水墻和混凝土趾板,截水墻深入強(qiáng)風(fēng)化基巖。強(qiáng)風(fēng)化基巖下部采用單排灌漿帷幕深入相對(duì)不透水層頂板線下5m。(施工中對(duì)0+126～0+140段巖層裂隙發(fā)育段建議設(shè)計(jì)加密了一排帷幕灌漿孔)。

采用在主、副壩交接處至副壩壩體建造一道防滲墻的辦法來(lái)處理主、副壩交接處至副壩壩體滲漏。該設(shè)計(jì)思路將原主、副壩體復(fù)合土工膜防滲面板連成一體,副壩防滲面板后潛流從主壩排出的模式改變?yōu)閷⒅鞲眽畏珠_(kāi)、各自獨(dú)立防滲的模式。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)施工控制措施

(1)針對(duì)大部分混凝土防滲面板都產(chǎn)生裂縫的情況,出于質(zhì)量方面考慮,建設(shè)單位采用了國(guó)內(nèi)較新型的混凝土配比方案,混凝土配比增加了有專利技術(shù)的防裂劑。

(2)施工中嚴(yán)格按配比下料。

(3)開(kāi)工前全面驗(yàn)倉(cāng),保證混凝土板的有效厚度和板間預(yù)埋止水帶正確埋設(shè)。

(4)保持板塊自下而上連續(xù)性盡量減少板中施工縫。

(5)已澆混凝土面板終凝后即蓋上氈布進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)直到28d以上。

(6)壩基施工控制。

在開(kāi)挖壩腳齒槽時(shí),在樁號(hào)0+110m處高程為223～231m范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)有新開(kāi)挖齒槽基底板有漏水現(xiàn)象,同時(shí)在槽壁的主面上又發(fā)現(xiàn)有較明顯滲流通道。另在其他幾處發(fā)現(xiàn)有小斷層,風(fēng)化層延伸至壩基內(nèi),此次對(duì)存在這些構(gòu)造和裂隙帶地段加深開(kāi)挖深度,用混凝土截水墻砌底截?cái)噙@些可能的滲水通道。其他地段按設(shè)計(jì)要求開(kāi)挖深度4～13m不等。對(duì)構(gòu)造帶還在原來(lái)設(shè)計(jì)要求下另新增一道帷幕灌漿,且增大了灌漿壓力由0.3MPa增到0.6MPa。

4.3 滲漏處理效果

4.3.1 施工質(zhì)量檢測(cè)評(píng)價(jià)

(1)C25混凝土工程:施工單位對(duì)C25混凝土工程共自檢68組試樣,(其中包括趾板混凝土試塊17組,面板混凝土 36組,防浪墻 15組)最大值34.5MPa,最小值24.2MPa,平均值29.6MPa,標(biāo)準(zhǔn)差Sn=2.814,離差系數(shù) 0.095,強(qiáng)度保證率94.5%,根據(jù)《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T5144-2001)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),判定C25混凝土試塊質(zhì)量等級(jí)為優(yōu)秀。

另對(duì)趾板混凝土取抗?jié)B試塊3組,面板取14組抗?jié)B試塊,結(jié)果皆達(dá)到設(shè)計(jì)要求(W8)。

監(jiān)理單位對(duì)C25混凝土工程共抽檢32組試樣,(其中包括趾板混凝土試塊9組,面板混凝土18組,防浪墻 5組)最大值 36.7MPa,最小值26.3MPa,平均值 31.1MPa,標(biāo)準(zhǔn)差 Sn=2.034,離差系數(shù)0.065,強(qiáng)度保證率100.0%,(詳見(jiàn)附表8、9)根據(jù)《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T5144-2001)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),判定C25混凝土試塊質(zhì)量等級(jí)為優(yōu)秀。

監(jiān)理單位另對(duì)趾板混凝土取抗?jié)B試塊2組,面板取5組抗?jié)B試塊,結(jié)果皆達(dá)到設(shè)計(jì)要求(W8)。

(2)帷幕灌漿及固結(jié)灌漿。趾板0+110～0+241段為新建趾板,施工單位共布8個(gè)帷幕檢查孔和16個(gè)固結(jié)檢查孔。8個(gè)帷幕檢查孔經(jīng)壓水試驗(yàn)后透水率均小于設(shè)計(jì)5個(gè)lu值全部合格,16個(gè)固結(jié)檢查孔經(jīng)壓水試驗(yàn)后透水率均小于設(shè)計(jì)5個(gè)lu值全部合格。檢查結(jié)論:趾板樁號(hào)0+110～0+241段帷幕灌漿及固結(jié)灌漿符合設(shè)計(jì)要求,質(zhì)量合格。

A.帷幕灌漿:監(jiān)理單位對(duì)主壩壩基帷幕灌漿工程進(jìn)行五點(diǎn)法壓水試驗(yàn),壓力值分別為0.2、0.3、0.5、0.3、0.2(MPa),從所有 8個(gè)單元工程中抽取的2個(gè)孔進(jìn)行試驗(yàn),綜合各孔的試驗(yàn)成果表明,單點(diǎn)透水率變幅為0.62Lu～1.3Lu;平均值為0.89 Lu。另從壓水試驗(yàn)中的鉆孔取芯情況來(lái)看,各孔段均能抽取均勻連續(xù)完整的芯樣,芯樣采取率皆達(dá)到85%以上。

綜上所述,該帷幕灌漿分部工程整體施工質(zhì)量所滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求。

B.固結(jié)灌漿:本次對(duì)主壩壩基固結(jié)灌漿工程進(jìn)行單點(diǎn)法壓水試驗(yàn),壓力值為0.25MPa,從所有19個(gè)單元工程中抽取的3個(gè)孔進(jìn)行試驗(yàn),綜合各孔的試驗(yàn)成果表明,單點(diǎn)透水率變幅為0.37Lu～0.8Lu;平均值為 0.83Lu。

綜上所述,該固結(jié)灌漿分部工程整體施工質(zhì)量所滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求。

4.3.2 處理實(shí)際效果

2008年4月大壩施工完畢后,開(kāi)始蓄水運(yùn)行,大壩下游滲流量在270.4m高程左右為15.597L/s,而2003年同一水位滲流量為241.049,相比滲流量減少了 93.5%,比 1999年滲流量 302.444減少了95%,此同水位滲漏量至今還在遞減。以上數(shù)據(jù)說(shuō)明此次除險(xiǎn)加固完成了預(yù)期目標(biāo),消除了大壩的安全隱患,解決了該水庫(kù)建庫(kù)近十年來(lái)的根本問(wèn)題。

而且對(duì)混凝土面板進(jìn)行多次全面檢查,只在正常高水位以上發(fā)現(xiàn)有1處長(zhǎng)度1m以內(nèi),縫寬2mm的表面縱向裂縫,深度只有2～3cm,且未貫通,現(xiàn)今已穩(wěn)定,對(duì)于大面積混凝土面板澆筑來(lái)說(shuō)也是很好的施工效果。只需作表面處理即可。

5 結(jié) 語(yǔ)

此次除險(xiǎn)加固很好的解決了鐘呂大壩的滲漏問(wèn)題,這是參建各方通力協(xié)作、科學(xué)工作的成果,成功之處供水利同仁借鑒和共勉。