水庫壩基(肩)防滲及庫區(qū)滲漏處理設(shè)計(jì)與施工

劉登凱

(貴州省六枝特區(qū)水務(wù)局，貴州六枝553400)

1 工程概況

樂群水庫位于六枝特區(qū)西北部梭戛鄉(xiāng)境內(nèi)，距六枝特區(qū)中心50 km，距梭戛鄉(xiāng)政府5 km，有鄉(xiāng)村公路直通壩腳，交通條件較為便利。工程始建于1958年，經(jīng)過2006年加固完善。

水庫樞紐主要包括大壩、放水涵管、右岸溢洪道等建筑物。

大壩為均質(zhì)土壩，上游面采用土工膜防滲，壩面采用干砌石護(hù)坡，壩頂高程1430.0 m，最大壩高12.5 m，壩頂寬度2.5 m，壩頂長(zhǎng)度55 m。

大壩上游壩坡坡比為1∶3.1，下游在1 424.0 m高程設(shè)有寬0.5 m的馬道，馬道以上壩坡坡比為1∶2.0、馬道以下壩坡坡比為1∶2.4。

大壩設(shè)有1個(gè)無壓放水鋼管，鋼管底板高程1 422.2 m，位于壩體左壩段下部，直徑為300 mm，長(zhǎng)55 m。

水庫雖經(jīng)過2006年加固處理，但仍無法正常蓄水，還存在較嚴(yán)重的滲漏問題。

2 壩基(肩)水文工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

2.1 基本地質(zhì)條件

基本地質(zhì)條件包括:地形條件、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和巖溶水文地質(zhì)。

2.1.1 地形條件

樂群水庫壩址斷面呈較對(duì)稱的“U”型，兩岸植被不甚發(fā)育，壩頂高程為1 430.0 m，正常蓄水位為1 429.0 m，壩軸線長(zhǎng)68 m，最大壩高12.5 m。左右兩岸處于一山脊中部，地形邊坡26°左右，河床較為平緩，地表無縱向深槽及陡坎存在[1]。

2.1.2 地層巖性

壩址出露地層由新到老依次為:第四系的殘坡積層;關(guān)嶺組第一段第六層(T2g1－6);關(guān)嶺組第一段第五層(T2g1－5);關(guān)嶺組第一段第四層(T2g1－4)。

2.1.3 地質(zhì)構(gòu)造

壩址區(qū)無大的斷裂構(gòu)造通過，但受附近區(qū)域構(gòu)造的影響，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，主要有3組。

2.1.4 巖溶水文地質(zhì)

壩址巖體強(qiáng)風(fēng)深度5～8 m，強(qiáng)風(fēng)化帶內(nèi)巖體透水率較大，多在20 Lu以上，局部地段甚至無法壓水，弱風(fēng)化以下巖體透水率雖在逐漸減小，但大部分受巖溶的影響仍＞10 Lu。

2.2 壩址滲漏分析評(píng)價(jià)及建議

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察并結(jié)合壩基(肩)基本地質(zhì)條件可知，大壩兩岸邊坡穩(wěn)定，無大的斷層通過壩址，下游無天然臨空面存在，大壩為均質(zhì)土壩，不存在抗滑穩(wěn)定及邊坡穩(wěn)定問題。主要的病險(xiǎn)類型為滲漏問題，應(yīng)進(jìn)行防滲處理[2]。

針對(duì)以上壩基(肩)滲漏問題并結(jié)合水工布置，建議對(duì)壩基及兩岸采用帷幕灌漿進(jìn)行防滲處理，建議帷幕灌漿應(yīng)預(yù)留30%的補(bǔ)強(qiáng)灌漿或加密灌漿工程量。

3 壩基(肩)防滲及庫區(qū)滲漏處理設(shè)計(jì)

3.1 滲漏性質(zhì)、范圍及滲漏量

據(jù)前述可知，水庫存在沿關(guān)嶺組第一段第三層(T2g1－3)向右岸沙子河產(chǎn)生鄰谷滲漏，由于本階段的勘察時(shí)間有限加之勘察期庫內(nèi)無水，其滲漏量難以觀測(cè)，根據(jù)庫區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)，很明顯最易的滲漏途徑順T2g1－3走向沿層面向沙子河產(chǎn)生滲漏，其范圍為T2g1－3出露范圍。

壩基(肩)存在嚴(yán)重的繞壩滲漏及壩基滲漏，其滲漏途徑兩岸主要通過中至強(qiáng)透水巖體以分散性或局部溶隙形向大壩下游產(chǎn)生繞壩滲漏，河床主要通過巖溶管道型或溶蝕裂隙型以集中形式向大壩下游產(chǎn)生壩基滲漏，由于兩者滲漏形式都產(chǎn)生于地下，也排泄于地下，滲漏量難以觀測(cè)[3]。

3.2 防滲處理設(shè)計(jì)

針對(duì)大壩存在壩基(肩)及庫區(qū)滲漏等問題，結(jié)合壩體具體情況擬對(duì)其滲漏問題采用帷幕灌漿進(jìn)行防滲處理。

3.2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

設(shè)計(jì)中主要根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》、《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》等中的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合本工程規(guī)模以及加固處理實(shí)施重點(diǎn)，確定帷幕的形式、厚度、深度、端點(diǎn)及施工工藝等。

3.2.2 帷幕結(jié)構(gòu)

3.2.2.1 帷幕線布置

根據(jù)庫區(qū)滲漏段基巖地質(zhì)條件并結(jié)合施工條件，設(shè)計(jì)擬定帷幕線布置有2種。

1)帷幕線基本沿1 431 m高程線布置。

2)帷幕呈直線型布置。前者的缺點(diǎn)是帷幕線長(zhǎng)，邊坡地形較陡，優(yōu)點(diǎn)是無效進(jìn)尺少，后者的缺點(diǎn)無效進(jìn)尺多，優(yōu)點(diǎn)是帷幕線短，邊坡地形相對(duì)較緩，有利于施工布置。

經(jīng)比較推薦后部帷幕線布置，帷幕線總長(zhǎng)132 m，具體詳見庫區(qū)帷幕灌漿設(shè)計(jì)圖。壩址帷幕壩體段沿截流墻布置，左右兩岸帷幕線基本垂直巖層走向向山體延伸。

3.2.2.2 帷幕邊界條件

庫壩區(qū)兩岸邊界條件均可接相對(duì)隔水層，帷幕下限也可接相對(duì)隔水層，其控制標(biāo)原則上帷幕下限深入q≤5.0 Lu弱透水層5 m。

3.2.2.3 孔排距

庫區(qū)采用單排，基本孔距3 m。壩址段除溢流堰一帶采用雙排外，其它地段均采用單排，基本間距3 m，雙排排距為1.5 m，若遇裂隙發(fā)育、巖體破碎應(yīng)加密。本工程設(shè)計(jì)鉆孔為鉛直孔。灌漿孔孔徑≥46 mm。

3.2.2.4 灌漿壓力

結(jié)合本工程的地質(zhì)條件和滲漏特點(diǎn)，設(shè)計(jì)初擬幕體頂部灌漿壓力為0.15 MPa～0.25 MPa，孔底部為0.4 MPa～0.5 MPa，但壩腳齒墻段灌漿時(shí)壓力還可以適宜降低，具體灌漿壓力應(yīng)由試驗(yàn)確定。

3.2.2.5 灌漿段長(zhǎng)

壩體與基巖接觸段為2.0 m，一般灌漿段為5.0 m，溶洞裂隙段為2.0～3.0 m。

3.2.2.6 灌漿方式和方法

灌漿方式為循環(huán)式。灌漿方法為自下而上灌漿法和綜合灌漿法。灌注純水泥漿。

3.2.2.7 灌漿材料

結(jié)合本工程地質(zhì)條件，灌漿材料采用P.O32.5水泥。

3.2.2.8 設(shè)計(jì)帷幕標(biāo)準(zhǔn)

利用鉆孔壓水試驗(yàn)成果q值，并結(jié)合灌漿成果資料綜合評(píng)定，合格標(biāo)準(zhǔn)為幕體內(nèi)q≤5.0 Lu。

3.2.2.9 先導(dǎo)孔

灌漿孔分三序施工，先進(jìn)行Ⅰ序，再Ⅱ序，后Ⅲ序，分序逐漸加密，施工前應(yīng)先進(jìn)行先導(dǎo)孔施工并進(jìn)行壓水試驗(yàn)，檢查設(shè)計(jì)的帷幕是否合理，以便優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

另外根據(jù)庫壩區(qū)滲漏情況并結(jié)合滲漏段的地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)擬定防滲分二期實(shí)施，壩址帷幕為一期，庫區(qū)為二期，施工時(shí)先實(shí)施一期孔，二期根據(jù)實(shí)施后的效果再定。

3.2.3 帷幕灌漿工程量

庫壩區(qū)帷幕灌漿鉆孔147個(gè)孔，總進(jìn)尺4792.8，有效進(jìn)尺3 550.2 m，其中壩區(qū)帷幕灌漿孔102個(gè)，總進(jìn)尺3 039.9，有效進(jìn)尺2 334.7 m，庫區(qū)帷幕灌漿孔45個(gè)，總進(jìn)尺1 753.0，有效進(jìn)尺1 315.6 m。

3.2.4 施工技術(shù)要求

施工技術(shù)要求詳見帷幕灌漿施工工藝和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一節(jié)，并參照《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(SL62—94)執(zhí)行。

4 帷幕灌漿施工

帷幕灌漿孔的造孔和灌漿分三序進(jìn)行，一序和二序孔的終孔間距為12 m，三序孔終孔間距6 m，采用自下而上分段灌注的灌漿方式。執(zhí)行《水工建筑水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(SL62—94)。

4.1 灌漿工藝及段長(zhǎng)

灌漿分三次序施工。施工時(shí)應(yīng)選擇部分一序孔作為先導(dǎo)孔超前施工，以便合理優(yōu)化帷幕灌漿設(shè)計(jì)，取得更好的灌漿效果。

灌漿段長(zhǎng)一般為5 m，遇強(qiáng)透水層或構(gòu)造帶時(shí)，可縮短到2～4 m，遇到洞穴時(shí)必須停止鉆進(jìn)，首先進(jìn)行灌漿處理再掃孔鉆進(jìn)。

4.2 沖洗和壓水試驗(yàn)

灌漿和壓水之前，應(yīng)進(jìn)行鉆孔沖洗，鉆孔沖洗直至回水變清，孔內(nèi)殘留物厚度＜20 cm，延續(xù)沖洗10～20 min鐘既可結(jié)束。要求對(duì)一序孔各段和二序孔最后1～2段作簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)。

4.3 灌漿方式和方法

灌漿方式為循環(huán)式。灌漿方法為自下而上分段灌漿法。遇到空洞或裂隙特別發(fā)育段可采用先灌后鉆施工。

4.4 灌漿壓力

帷幕灌漿壓力應(yīng)由試驗(yàn)確定，參照《水工建筑水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(SL62—94)。

4.5 漿液濃度

灌漿濃度水灰比參照《水工建筑水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(SL62—94)。

4.6 灌漿結(jié)束與封孔

灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)有2點(diǎn):

1)采用自上而下灌漿時(shí)，在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入量≤0.4 L/min時(shí)，持續(xù)灌60 min;或≤1.0 L/min時(shí)，持續(xù)灌90 min，可以結(jié)束灌漿。

2)采用自下而上灌漿時(shí)，在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入量≤0.4L/min，持續(xù)灌30 min;或在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入量≤1.0 L/min時(shí)，持續(xù)灌60 min，可以結(jié)束灌漿。

封孔方法采用機(jī)械壓漿封孔，排除孔內(nèi)稀漿，采用濃漿將全孔封填密實(shí)。

4.7 特殊情況的處理

特殊情況的處理包括以下3種情況:

1)灌漿工作必須連續(xù)進(jìn)行，若因故中斷，應(yīng)采取有效措施處理。

2)對(duì)吸漿量大的孔段，視其情況，可采取限流降壓，停停灌灌，摻速凝劑等措施處理。

3)遇到空洞可視具體情況，采取投碎石、砂或灌注水泥砂漿等措施處理。

4.8 質(zhì)量檢查及合格標(biāo)準(zhǔn)

4.8.1 質(zhì)量檢查

帷幕灌漿質(zhì)量檢查應(yīng)以檢查孔壓水試驗(yàn)為主，結(jié)合對(duì)竣工資料和測(cè)試成果的分析，綜合評(píng)定。

4.8.1.1 檢查孔布置原則

1)帷幕中心線上。

2)巖石破碎，斷裂帶等地質(zhì)條件復(fù)雜的部位。

3)吸漿量大的孔段附近。

4)施工情況異常以及經(jīng)過分析資料認(rèn)為對(duì)質(zhì)量有影響的部位。

4.8.1.2 檢查時(shí)間及工作量

檢查孔壓水試驗(yàn)應(yīng)在該部位灌漿結(jié)束14 d后進(jìn)行，檢查孔工作量為灌漿工作量的10%以上。一個(gè)單元至少應(yīng)布置1個(gè)檢查孔。

4.8.2 合格標(biāo)準(zhǔn)

參照其他工程和有關(guān)規(guī)范規(guī)定，帷幕灌漿的合格標(biāo)準(zhǔn)為幕體基巖透水率q≤5Lu。檢查工作結(jié)束后，應(yīng)按技術(shù)要求進(jìn)行封孔。

5 結(jié)語

樂群水庫所處地理位置較高且為該地區(qū)唯一的水源工程，除險(xiǎn)加固后可由原設(shè)計(jì)灌面45 hm2增加至58 hm2，還可為兩岸的煙地解決用水問題，水庫管理所可對(duì)灌區(qū)統(tǒng)一管理，經(jīng)防滲處理后，保障受益區(qū)農(nóng)民的基本生存條件，同時(shí)可增加農(nóng)業(yè)收入，對(duì)推動(dòng)當(dāng)?shù)貒窠?jīng)濟(jì)發(fā)展和新農(nóng)村建設(shè)起到無可替代的作用，應(yīng)快實(shí)施，使其盡早發(fā)揮應(yīng)有的效益。

[1]趙瑞，許模.水庫巖溶滲漏及防滲研究綜述[J].地下水，2011，33(02):20 －22.

[2]黃靜美.巖溶地區(qū)水庫滲漏問題及壩基防滲措施研究[D].成都:四川大學(xué)，2006.

[3]王奎峰.石佛寺水庫主壩壩基抗震液化分析與治理技術(shù)[J].大壩與安全，2008(05):56－60.