旋噴與擺噴聯合防滲墻在某水庫防滲加固中的應用

彭水松

(太湖縣水利局,安徽 太湖 246400)

某小(1)型水庫壩頂高程153.0m,壩頂寬度3.0m,壩軸線長度128.9m,最大壩高24.4m。大壩為黏土斜墻砂殼壩。水庫樞紐由大壩、放水涵和溢洪道組成。水庫的防洪標準按照50年1遇洪水設計,相應水位為 150.59m,500年1遇洪水校核,相應水位為 151.43m。大壩壩身填筑分為斜墻和壩殼兩部分:斜墻填土成份主要以黃紅色的粉質黏土為主,一般呈可塑狀態,局部夾有黃色粉質黏土或黃色中粗砂,斜墻的厚度偏薄,僅為0.20m～1.0m,填土干密度為1.48～1.51g/cm3,壓實度偏低。壩殼填土主要成份為黃色中粗砂夾有少量黏性土和灰色砂壤土夾有少量黏性土。壩基巖性主要為斜長片麻巖和黑云片麻巖,壩基與壩體接觸部位巖體為強～中風化巖體,其透水率為14.4～5.8Lu,平均8.9Lu。由于建庫時,壩身采取人工挑土填筑、筑壩土料混雜、不均勻、填筑壓實質量差,防滲斜墻厚度嚴重不足,僅為0.20m～1.0m,大壩防滲性能差、滲漏水嚴重,下游壩坡有多處集中滲漏點,壩腳局部已形成沼澤化。為了大壩的運行安全,需要對大壩壩身進行防滲除險加固。

2 壩身防滲加固方案的確定

2.1 高噴灌漿防滲墻體有效厚度計算

壩身防滲加固采用高壓噴射水泥灌漿防滲墻方案。由于大壩相對較高,采用單一厚度的防滲墻體方案,施工方便,但工程造價偏高。經過經濟和技術分析,采用變截面的防滲墻方案,即在高程138.50m以上采用擺噴墻,高程138.50m以下采用旋噴樁墻方案。校核洪水位151.43m處的壩前最大設計水頭為ΔHmax=22.83m,防滲墻體在高程138.50m處的作用水頭為ΔH=12.93m,則所需要的防滲墻體的有效厚度按式(1)確定[1]

(1)

其中，T為防滲墻的最大有效厚度,m;ΔHmax為最大設計水頭;[J]為水泥基質墻體的允許比降,本工程取80。

經計算，這2處需要的防滲墻體的有效厚度分別為0.285m,0.162m。

2.2 高噴防滲墻的工藝性試驗及結果

通過工藝性試驗來確定變截面的防滲墻方案。分別采用旋噴、擺噴樁(擺角30°)和旋噴、擺噴樁(擺角60°)2種結構形式,灌漿孔間距分別采用80cm、100cm 2種，采用三管法施工,其主要施工技術參數如表1所示,墻體搭接情況的試驗結果如表2所列。

表1 高噴防滲墻施工工藝試驗控制參數

表2 高噴防滲墻工藝性試驗墻體搭接質量檢測結果

2.3 高噴防滲墻的工藝性試驗結果分析

(1) 灌漿孔距為80cm。旋噴墻體之間的搭接輪廓清晰、搭接效果較好,墻體的搭接最小有效厚度為48cm～55cm,滿足最大水頭作用下所需的墻體厚度;而灌漿孔距為100cm時,墻體的搭接最小有效厚度為15cm～20cm,不能滿足最大水頭作用下所需的墻體厚度。

(2) 擺噴(擺角30°)。當灌漿孔間距為80cm、100cm 2種情況下,其形成墻體的最小有效厚度為10cm～12cm,不能滿足所需的墻體厚度要求。

(3) 擺噴(擺角60°)。當灌漿孔間距為80cm、100cm 2種情況下,其形成墻體的最小有效厚度為18cm～20cm;孔間距為80cm時搭接處輪廓清晰、搭接效果較較好,孔間距為100cm時搭接處輪廓清晰、局部搭接欠均勻。

2.4 防滲墻加固方案

(1) 防滲墻采用旋噴與擺噴墻(擺角60°)聯合防滲方案。壩基以下0.50m至高程138.5m之間采用旋噴,高程138.0m～152.0m之間采用擺噴(擺角60°)。灌漿孔沿壩軸線方向布置,孔距為80cm。防滲墻頂超過校核洪水位以上0.57m，滿足要求。

(2) 防滲墻底部進入壩基以下0.50m的巖層。滿足透水率小于10Lu的要求。

3 高噴防滲墻的加固效果檢驗

3.1 墻體的連續性檢測

墻體施工完成28d后,采用高密度電法對墻體進行無損檢測。沿防滲墻頂軸線方向上布置測線,根據視電阻率成果,防滲墻視電阻率為10～15Ω·m。墻體整體電性分布較均勻,具有同一電性和一定的層狀地層的電性特征。水平方向視電阻率變化較均勻,無明顯陡變,垂直方向具有層狀結構,無明顯異常。防滲墻身總體均勻、連續、完整性較好。

3.2 墻體鉆孔注水試驗

采用常水頭法進行現場鉆孔注水試驗,分別在防滲墻軸線上,采用地質鉆機進行鉆孔,抽取墻體的水泥土芯樣,鉆孔深度達到墻底以上0.50m處即停止鉆進。根據《水利水電工程注水試驗規程》(SL345-2007)的規定進行現場注水試驗。墻體滲透系數的計算按公式(2)

(2)

其中，k為滲透系數,cm/s;Q為流量 cm3/s;b為防滲墻厚度,cm;R為注水孔半徑,cm;H為注水孔內水頭,cm;h為防滲墻外水頭,計算時取上、下游水頭的平均值,cm。

防滲墻鉆孔注水試驗結果如表3所列。

表3 防滲墻體注水試驗成果

3.3 墻體水泥土試驗結果

利用墻體鉆孔取出的墻身水泥土芯樣,經室內試驗得出的水泥土各項性能指如表4所列。

表4 防滲墻體水泥土試驗成果

3.4 防滲墻體的試驗效果分析

(1)防滲墻體。其電性分布較均勻,具有同一電性和一定的層狀地層的電性特征。防滲墻體均勻、連續,完整性較好。

(2)加固效果。防滲墻體的滲透系數達到3.42×10-8～6.20×10-7cm/s,滿足設計要求，達到防滲加固的效果。墻體水泥土的無側限抗壓強度值為3.60～10.2MPa,滿足設計要求;水泥土防滲墻的允許滲透比降均不小于80,滿足水泥土墻身滲流穩定性的要求。

4 結束語

壩身防滲采用變截面的旋噴與擺噴聯合防滲墻施工工藝進行防滲加固,進行現場檢測?？⒐ず蠼涍^了2016年、2020年高水位的蓄水,原下游壩坡處多處集中滲漏點消失了,壩腳局部的沼澤化已完全改善。加固后,水庫按照設計要求正常運行,未發生任何安全狀況。