長低壩水利除險加固工程防滲處理方案的探索與實踐

李錫均 和潤秋

(1.云南省水利水電勘測設計研究院,昆明 650021;2.麗江市玉龍縣水利局,云南 麗江 674100)

1 工程概況

文筆水庫位于麗江市西南角玉龍縣黃山鎮境內的文筆山腳,青龍河之尾。地理位置為東經100°11′,北緯26°47′, 距麗江玉龍縣城約3km, 有公路可到達水庫,交通較方便。

文筆水庫始建于1957年,經歷近8年時間,至1965年擴建加壩到目前規模。文筆水庫大壩壩型為均質土壩,壩頂高程2381.18m,最大壩高5.80m,壩頂高程 2380.30～2381.80m,壩頂長191.00m,壩頂寬2.4m～6.9m,上游壩坡坡比1︰1.9～1︰4.1,下游壩坡坡比1︰1.6～1︰4.2。

水庫運行近五十年來,壩體嚴重開裂變形、防浪墻斷裂、倒塌及東壩、北壩上游壩坡嚴重淘蝕,已危及壩體安全。

防浪墻多處坍塌,有較大的裂縫共21條,其中橫向裂縫 16條,縱向裂縫5條,最大縫寬8mm,防浪墻傾斜變形十分嚴重。

大壩滲漏主要為壩體滲漏和壩基滲漏,壩體在正常蓄水位時后壩坡共有10個潮濕區,總潮濕面積達2630m2,可測量的總滲漏量為10.42L/s;大壩壩基存在透水性較強的松散粉砂層及砂礫石層,大部分壩基局部存在繞壩滲漏,在下游壩腳形成沼澤地。

水庫右壩肩及南岸在高程2377.80m～2381.18m范圍內為泥質灰巖、白云質灰巖,巖體較破碎,溶孔、溶隙發育,存在庫岸滲漏問題。

因此,由于壩體變形、壩體及壩基滲漏,給大壩的結構安全帶來極大的隱患,迫使水庫長期在低水位運行,影響到水庫正常的工程效益。

2 工程地質

(1)地層巖性。

第四系:①洪湖積層 (Qpl+l):為壩址區主要下伏地層,為灰色、灰褐色、灰白色含淤泥質粉土,粘土,局部含少量粗中細砂土,軟塑～可塑狀,局部呈流塑狀。②湖積層 (Ql):為黑灰色草煤層及泥炭質粉土、粘土。流塑～軟塑狀。③洪沖積層 (Qpal):為灰色、淺灰色、灰白色砂礫層夾卵石及粉砂、粉土層,松散～中密狀。

中生界三迭系中統。北衙組中段 (T2b2):灰白色白云質灰巖、灰巖。

(2)地質構造。

區內無大的斷層發育及穿越,第四系湖積層較厚,下伏地層為 (T2b2)白云質灰巖,出露于右壩肩,產狀N32E,NW∠25°,呈中～厚層狀,節理裂隙發育,所鉆孔揭露巖層較破碎。

(3)水文地質條件。淺層地下水主要為賦存于第四系堆積體內的孔隙水,深層地下水為基巖內的裂隙水。

①含水 (透)水層 (帶):根據水庫勘察鉆孔壓 (注)水試驗,區內含水 (透)水層 (帶)主要為湖積層砂卵礫石層及庫盆底部三疊系中統北衙組(T2b2)白云質灰巖巖溶水含水層,相對富水性強,透水性強～極強。

②相對隔水層 (帶):根據鉆孔壓水試驗,相對隔水層 (帶)主要隔水層為第四系洪湖積層(Qpl+l)含淤泥質砂質粉土、粘土及 (Ql)有機質腐榍草煤層及碳質粉土、粘土。

③地下水補給、徑流、排泄:地下水接受大氣降水、巖溶泉水、地表水補給,主要通過巖溶管道、砂卵礫石層徑流,以泉水或散浸出露,匯入漾弓江向下游排泄。

(4)壩體各土層物理力學指標見表1。

3 防滲方案的選擇與優化和比選

3.1 防滲方案的選擇

對于麗江市玉龍縣文筆水庫除險加固工程而言,無論采用哪一種防滲處理方案,如灌漿法、高壓旋噴法、混凝土防滲墻法、深層攪拌樁法,均能滿足設計的防滲要求,達到除險加固的目的。根據實際情況,應從技術可行、投資節省、滿足工期要求進行選擇施工方案。

表1 壩體各土層物理力學指標表

3.2 防滲方案的優化與比選

為防止壩基的滲透破壞,減少壩基及繞壩滲漏量,對壩基防滲進行三種垂直防滲方案的比選。

方案一:在上游壩腳進行水泥土深層攪拌樁及帷幕灌漿兩種防滲措施相結合的防滲處理方案。深攪樁直徑 D=600mm,孔距 400mm,搭接長度200mm,最大處理深度18.05m,處理范圍:壩0+026.00～1+1944.00m。由于壩 0+000～0+026m范圍防滲底界較深,已超過深攪樁最大施工能力,且右壩肩下部白云質灰巖段無法采用深攪樁施工,故0+029.00～0-030.00段采用帷幕灌漿防滲,單排孔,孔距1.5m,與深攪樁段搭接長度3m,以形成完整的垂直防滲體系。

方案二:在壩軸線上全壩段進行帷幕灌漿防滲處理。采用水泥漿灌注。最大深度19.98m,單排孔,孔距1.50m 。

方案三:在壩軸線上全壩段進行混凝土防滲墻處理,防滲墻厚度采用0.40m。

壩基的二種防滲方案比較:

方案一的優點是施工簡單、速度快造價低廉,對變形的適應性強。缺點是受施工工藝等限制,無法對超過20m的基礎和基巖進行施工,必須和其它防滲工藝交叉使用。

方案二的優點是工藝成熟、施工較簡單,可灌性、可控性較好,適應地層廣、深度大。但由于壩體較矮,壓重小,不利于灌注時加壓,對施工質量有很大的影響。

方案三的優點是施工時振動小,噪音低,墻體剛度大,防滲性能好,可以貼近施工;缺點造價高。

從投資方面看(見表2),方案一(深攪樁方案)較方案二(帷幕灌漿方案)和方案三(混凝土防滲墻方案)費用低,施工簡單,速度較快,可靠性較高。方案二、方案三施工及試驗檢測手段比較成熟,但投資較方案一高。因此,結合文筆水庫的實際情況,推薦采用施工較為簡單,投資較少的方案一對壩基進行防滲處理。

表2 三種防滲方案主要工程量表

3.3 深層攪拌樁防滲方案適用范圍與作用機理

根據《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)一般規定:水泥土攪拌法分為深層攪拌法和粉體噴攪法。水泥土攪拌法適用于處理正常固結的淤泥質土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等。

由攪拌機機械將水泥等固化劑按設計配合比配制的漿液灌入地層并攪拌,利用固化劑的水解與水化反應,以及反應生成的水化物與土體物質的一系列化學反應,使固化劑與土的混合料逐漸硬化成水泥土樁樁。

4 施工

4.1 施工依據及設計指標

(1)云南省水利水電勘測設計研究院的《玉龍縣文筆水庫擴建工程施工技術要求》。

(2)湖南宏禹云南分公司玉龍文筆水庫工程項目的《水泥土深層攪拌樁施工試驗報告》和《生產性灌漿試驗專題報告》。

(3)云南省水利水電勘測設計研究院的《玉龍縣文筆水庫除險加固工程初步設計報告?3.工程地質》。

(4)《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)。

(5)《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》(DL/T5148-2001)。

(6)《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》(GB50202-2002)。

(7)《水利水電工程注水試驗規程》(SL345-2007)。

(7)《水利水電工程壓水試驗規程》(SL31-2003)。

(9)《水利水電工程鉆探規程》(SL291-2003)。(10)其它要求及圖紙。

4.2 設計指標

(1)防滲指標:①深攪樁墻體28d后K≤10-5;②帷幕灌漿防滲標準q＜10Lu。

(2)抗壓強度指標:無側限抗壓強度≥0.3MPa。

4.3 施工工藝

0-30～0+50.5m、低涵(0+393.6～0+431.1m)、中涵(1+561.1～1+574.6m)采用帷幕灌漿試驗工藝,其它段采用深層攪拌樁施工工藝。

4.4 施工工期控制

帷幕灌漿部分于2009年7月25日開工,于2009年10月14日結束。

深層攪拌樁部分于2009年8月11日開工,于2009年12月11日結束。

從開工至結束的工期滿足了設計工期的要求。

5 工程質量檢查

5.1 施工過程檢查

檢查內容包括水泥規格及用量、外加劑用量、水泥漿液密度、孔位、孔斜、灌漿中斷時間、攪拌軸的提升速度及轉速、成樁時間、成樁速度、鉆頭直徑、樁架的垂直偏差、斷樁處理情況和施工記錄等。做到每日一查,發現問題及時處理。

5.2 帷幕灌漿

帷幕灌漿共完成8個單元,每個單元按規定布置灌漿孔數的10%檢查孔,共完成11個檢查孔,44段次壓水試驗,每一段次壓水試驗透水率值q均小于10Lu,滿足設計的防滲標準要求。

5.3 深層攪拌樁樁體質量檢測及檢測方法

工程完工后應對所施工的深攪樁進行抽樣檢測,檢測結果應滿足允許偏差標準。檢測標準可按表3執行。

(1)開挖檢驗。于成樁28d后,每200m 開挖一處。開挖深度不小于2.0m,長度不少于2.0m。測量墻體中樁的垂直偏差、樁位偏差、樁頂標高,觀察核酸與樁之間的搭接狀態、攪拌的均勻度、滲透水情況、裂縫、缺陷等。

(2)取芯試驗。成樁28d后,每一個單元工程布一個鉆孔,在防滲墻中取一組水泥土芯樣(各鉆孔的不同深度取樣),室內養護到28d,作無側限抗壓強度試驗。

表3 深層攪拌防滲墻施工允許偏差及技術標準表

(3)注水試驗,在檢查孔中自上而下按5.0m一段進行。

5.4 效果檢查情況

(1)注水試驗檢查。

本工程共劃分為78個單元,每個單元布置近3個檢查孔,共布置222個檢查孔,每一檢查孔每段注水試驗的滲透數K均≤10-5m/s。

(2)開挖檢查。

按設計及監理要求成樁28d后進行了開挖檢查,根據實測資料,樁與樁搭接較好(見圖1),均達到了設計要求。

圖1 開挖檢查樁體

(3)無側限抗壓強度試驗。

根據設計及監理要求,按檢查孔數的5%取樣,每孔取兩組試樣進行無側抗壓強度試驗,共做22組無側限抗壓強度試驗,其抗壓強度均≥0.3MPa。

6 投資結算與投資偏差分析

根據文筆水庫防滲處理完成的工程量,其投資結算如表4。

表4 完成工程量及投資結算表

從表4中可以看出,本工程完成總投資為727萬元,接近方案二的投資,出現這種情況的原因如下。

(1)原設計方案中未包括檢查孔和檢查孔封孔的工程量。

(2)原設計方案中,上游有圍堰,本次施工中優化了設計方案,把深層攪拌樁的軸線提至壩軸線上,取消了上游圍堰,并取消以上游斜墻粘土料防滲處理方案,兩項相加投資超過100萬元,軸線變動后深層攪拌樁的進尺增加了2000m左右,投資與之相接近。

(3)由于中、低涵的處理,深層攪拌樁無法滿足設計的要求,在施工中改為帷幕灌漿,從表4中可以看出帷幕灌漿的投資近80萬元。

從以上3個方面分析,設計的總投資與施工結算的總投資是相近的,沒有超出設計投資。

7 結 論

通過本次深層攪拌樁在麗江玉龍文筆水庫除險加固工程中的實踐,得到如下的結論及體會。

(1)對于長低壩水利除險加固工程而言,無論采用何種工藝均能達到防滲的目的,但必須從實際出發,既能滿足要求,又能節省投資和滿足工期要求是最佳選擇的施工工藝。

(2)施工中應盡量縮短制漿池與樁機間的距離,以減少送漿漿管的長度。

(3)攪拌樁施工機械應與保證漿液流量相配套,以控制每根樁的漿量、總漿量、攪拌噴漿過程。

(4)為保證樁頭部位的施工質量,應增加樁頭的復攪噴漿。

(5)通過本次深層攪拌樁在除險加固工程成功實踐,可以達到加固壩體的穩定性和防滲處理目的,對于長低壩除險加固工程,采用深層攪拌的防滲處理工藝是可以值得見鑒的。

[1]甘國權,陳芙蓉等.深攪法[M].北京:中國水利水電出版社,2006

[2]建筑地基處理技術規范[S].JGJ79-2002

[3]建筑地基基礎工程施工質量驗收規范[S].GB50202-2002

[4]水利水電工程注水試驗規程[S].SL345-2007

[5]水利水電工程鉆探規程[S].SL291-2003

[6]玉龍縣文筆水庫擴建工程施工技術要求.云南省水利水電勘測設計研究院

[7]玉龍縣文筆水庫施工管理工作報告.湖南宏禹云南分公司

[8]玉龍縣文筆水庫工程完工結算報告.湖南宏禹云南分公司