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(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督技術(shù)中心，哈爾濱 150040)

1 工程概況

哈拉臺河水庫位于黑河市境內(nèi)的公別拉河中游右側(cè)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(chǎn)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(fù)核，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用50年一遇洪水設(shè)計(jì)，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(fēng)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(dá)到設(shè)計(jì)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(yán)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(yán)重。從雷達(dá)探測的結(jié)果可知，攔河壩下游有4處滲漏地方，可見當(dāng)時帷幕灌漿施工時存在問題，對壩基處理不徹底，嚴(yán)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(shè)計(jì)建成，僅完成漿砌石堰體部分，未修建泄洪槽、消能設(shè)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(yùn)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(shè)計(jì)壩頂高程347.70 m，最大壩高19.3 m。結(jié)合工程現(xiàn)狀，上下游壩坡設(shè)計(jì)坡比1∶1.6，大壩迎水側(cè)采用拋石護(hù)砌，設(shè)計(jì)壩頂寬4.0 m，壩頂設(shè)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(jié)構(gòu)，厚20 cm，心墻上下游兩側(cè)設(shè)厚12 cm砼預(yù)制塊副墻。瀝青砼心墻加高至345.70 m，頂部采用擴(kuò)大式與防洪墻底連接。根據(jù)壩基工程地質(zhì)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(jìn)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。基巖為海西期花崗巖，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(yàn)段占34.8%，q≥5 Lu試驗(yàn)段占65.2%。

原防滲帷幕設(shè)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(shè)計(jì)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(zhì)量檢查，帷幕檢查孔29個，質(zhì)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(dá)常見水頭容許滲漏量的3倍多。

通過壩基地質(zhì)條件及原帷幕灌漿施工情況分析，地質(zhì)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(jìn)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(cè)山體，庫水向下游產(chǎn)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(dú)灌漿，檢查孔27.6%壓水試驗(yàn)不合格，造成壩基滲漏。

由此可見，當(dāng)時帷幕灌漿施工時存在問題，對壩基處理不徹底，嚴(yán)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(shù)要求

3.1 壩基處理

根據(jù)壩基工程地質(zhì)勘察結(jié)論，本次設(shè)計(jì)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(jìn)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(shù)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(dá)到4.0 m，三序孔達(dá)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(dá)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(jìn)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(shè)計(jì)、施工、地質(zhì)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(dāng)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(yīng)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(zhì)條件較差，應(yīng)采用自上而下分段灌漿的施工方法，具體由現(xiàn)場的設(shè)計(jì)和地質(zhì)人員確定。

5)在施工的過程中，不得在帷幕線上進(jìn)行可能導(dǎo)致不良后果的灌漿試驗(yàn)工作。

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

7)由于地質(zhì)資料不足，本次設(shè)計(jì)帷幕灌漿的孔深及兩岸壩頭帷幕范圍均參考初步設(shè)計(jì)階段而設(shè)計(jì)。在施工過程中，本設(shè)計(jì)如與實(shí)際情況出入較大，應(yīng)由設(shè)計(jì)、施工、地質(zhì)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(guān)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(biāo)號不低于PO42.5，水泥細(xì)度要求通過80 μm方孔篩的篩余量不大于5%(重量計(jì))。

9)灌漿用水泥應(yīng)保持新鮮，受潮結(jié)塊者不得使用。水泥在使用前必須對質(zhì)量做出鑒定，符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(yīng)以水溶液狀態(tài)加入，其品種、摻量等均需通過試驗(yàn)確定。

12)水泥漿制備后應(yīng)盡快使用，4 h后的剩余漿液，應(yīng)廢棄。

13)灌漿泵性能應(yīng)與漿液類型、濃度相適應(yīng)，允許工作壓力應(yīng)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(shí)際開孔位置應(yīng)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(yīng)進(jìn)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(jìn)行灌漿，帷幕灌漿采用循環(huán)式。

4 滲流計(jì)算

大壩滲流計(jì)算按壩基有帷幕灌漿情況進(jìn)行滲流量計(jì)算，選擇兩個斷面，按如下兩種工況進(jìn)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(xiàng)計(jì)算指標(biāo)，根據(jù)地質(zhì)資料取用，滲流計(jì)算成果見表1。

表1 滲流計(jì)算成果表

有限深透水地基上設(shè)灌漿帷幕的土石壩滲流，帷幕灌漿的防滲作用可以用相當(dāng)于不透水底板的等效長度代替(《碾壓土石壩設(shè)計(jì)手冊》，水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院)。滲流計(jì)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(nèi)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(jì)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(diǎn)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(jì)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(jìn)行帷幕灌漿處理合理。

5 結(jié) 論

壩基帷幕灌漿處理后，可從根本上解決壩基隱患，保護(hù)水庫大壩安全，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，增強(qiáng)抗御水旱災(zāi)害的能力，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，增加農(nóng)民收入，保護(hù)和改善區(qū)域防洪安全，為促進(jìn)社會穩(wěn)定發(fā)展、提高種植業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，加快區(qū)域地方政治、經(jīng)濟(jì)、文化等發(fā)展發(fā)揮積極作用。