肯尼亞karimenuⅡ主壩壩基心墻滲水處理方案

王登贇

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）第六設(shè)計院有限公司,安徽 合肥 230000）

1 工程概況

Karimenu II供水項目坐落于肯尼亞的中心?。–entral Province）Kiriko 咖 啡 工 廠（Kiriko Coffee Factory）附 近,距Nairobi大約75 km。Karimenu II 水庫供水項目的投資、設(shè)計、施工是為了解決Athi Water Services Board（AWSB）管轄權(quán)下Ruiru鎮(zhèn),Jujia鎮(zhèn)和部分Nairobi地區(qū)的供水問題。水庫樞紐工程主要建筑物有主壩、副壩、溢洪道、輸水導(dǎo)流隧洞等。水庫總庫容2654 萬m3,最大壩高58.2 m,設(shè)計總引水流量為0.927 m3/s。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2017）,工程等別為Ⅲ等,工程規(guī)模為中等,永久性主要建筑物大壩、溢洪道、隧洞為3 級,溢洪道下游邊墻為4 級。臨時建筑物按4 級設(shè)計。根據(jù)《水利水電工程合理使用年限及耐久性設(shè)計規(guī)范》（SL 654-2014）,工程的合理使用年限為50 年。樞紐工程的主要水工建筑物的合理使用年限為50 年。建筑物中的鋼閘門合理使用年限為30年。

主壩為紅粘土心墻堆石壩,壩頂寬8.0 m,壩軸線長400 m,最大壩高58.2 m,壩頂高程1859.0 m；防滲心墻頂寬4.0 m,頂高程1858.4 m,上下游邊坡均為1∶0.35,心墻最大底寬44.0 m,在心墻上游設(shè)2.0 m寬過渡層、2.0 m寬反濾層,下游設(shè)2.5 m寬過渡層、2.0 m寬反濾層。主壩壩基開挖完成于2021 年1 月,發(fā)現(xiàn)滲水點較多。

2 主壩壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

（1）地層巖性

壩址區(qū)覆蓋層有分布于兩壩肩的第四系上更新統(tǒng)坡洪積堆積物（Q3dpl）與河谷中的第四系全新統(tǒng)洪沖積堆積物（Q4pal）。

①第四系上更新統(tǒng)坡洪積堆積物（Q3dpl）

為褐紅、棕紅色高液限粉（粘）土,可塑～硬塑狀態(tài),具中等壓縮性,不具膨脹性,下部含有較多鈣質(zhì)結(jié)核與少量礫石。

②第四系全新統(tǒng)洪沖積堆積物（Q4pal）

為褐紅、淺紅、褐色高液限粉土,松散～稍密狀態(tài),具中等壓縮性,含腐植質(zhì),工程性質(zhì)差。

壩址區(qū)涉及基巖地層均為第三系火成巖（TV）,根據(jù)鉆孔揭露及地表測繪,壩址區(qū)基巖以厚層～巨厚層火山角礫巖與熔結(jié)凝灰?guī)r為主,左岸且分布有巨厚層角閃粗面巖透鏡體。按巖性及巖性組合,將壩址區(qū)的基巖劃分為三個巖組（T-1～T-3）。T-2（1）、T-2（2）為質(zhì)軟土體,分布于左壩肩與壩基下部,右壩肩高程1779.0 m以上未發(fā)現(xiàn)該層。

（2）水文地質(zhì)

壩址區(qū)地下水類型有第四系孔隙水和基巖裂隙水兩種。前者分布于河床,埋深2.5 m～3.0 m,根據(jù)勘察期間在壩基設(shè)置的觀測孔（CK9、CK16）,水位高程為1805.0 m～1806.5 m,水位隨季節(jié)性變化幅度不大；壩肩CK6 孔水位高程一般為1834.3 m～1835.7 m,但在2017 年5 月20 達(dá)到高程1839.5 m,可能與降水有關(guān),但也反應(yīng)地下水波動幅度較大。

基巖裂隙水分布于兩岸,水位高于河水位,均向河床排泄。壩基巖體強(qiáng)風(fēng)化帶。對位于壩基的CK8、CK9、CK10三個鉆孔的強(qiáng)風(fēng)化帶分別進(jìn)行注水試驗,其結(jié)果分別為7.56 m/d、2.72 m/d、0.17 m/d,平均值為3.48 m/d,即4.03×10-3cm/s,大值平均值為7.56 m/d,即8.75×10-3cm/s,屬中等透水層。

3 主壩壩基基礎(chǔ)設(shè)計

由于在大壩開挖過程中在河床區(qū)發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)條件很差,按施工圖要求將Q4全部挖除（圖1）,對于河床段（ZB0+151.6～ZB0+235.6）的壩基處理方案是去除所有Q4土層,河床段壩基坐落于強(qiáng)風(fēng)化基巖,在壩軸線上下游14.0 m范圍內(nèi)設(shè)置截水槽,截水槽頂高程1800.8 m～1805.0 m。設(shè)置4.0 m×0.6 m（寬×厚）的C20鋼筋混凝土蓋板,心墻其余范圍內(nèi)噴5 mmC20 混凝土。岸坡段清基2.0 m后,壩基坐落于Q3層。河床段壩基防滲采用單排帷幕灌漿+4 排固結(jié)灌漿,岸坡段采用高壓旋噴防滲墻+帷幕灌漿。

圖1 河床段壩基Q4挖除前照片

4 滲水具體情況及原因分析

（1）滲水具體情況

主壩壩基開挖前已完成河床段固結(jié)灌漿和帷幕灌漿,在進(jìn)行大壩基坑開挖過程中,共發(fā)現(xiàn)滲水點共4處,滲水帶2處。見圖2～圖4。

圖4 右岸滲水點、滲水帶

滲水點1：位于大壩左岸軸線ZB0+163上游17.5 m處,出水量較小,出水點高程為1805.0 m。

滲水點2：位于大壩右岸軸線ZB0+225上游15 m,出水量較大,出水點高程為1804.8 m。

滲水點3、4:分別位于大壩右岸軸線ZB0+237上游7.0 m、下游7.0 m處,出水量大,出水點高程為1805.0 m。

滲水帶1:位于大壩左岸軸線ZB0+150上游7.0 m至下游7.0 m范圍內(nèi),出水量大,高程范圍為1804.8 m～1807.0 m。

滲水帶2：位于大壩右岸軸線ZB0+230 下游12.0 m至下游30.0 m范圍內(nèi),出水量大,高程范圍為1804.8 m～1807.0 m。

圖3 左岸軸線ZB0+150滲水帶

（2）滲水原因分析

滲水點、滲水帶主要分布為Q3層與強(qiáng)化風(fēng)巖層接觸面位置,原因主要是地下水作用下,土體和巖體內(nèi)部有滲流通道,導(dǎo)致局部出現(xiàn)滲水。根據(jù)《初步設(shè)計報告》計算,大壩基坑開挖后,基坑的涌水量計算值為12.6+546=558.6 m3/d。

5 滲水點處理方案

（1）前期方案及現(xiàn)場試驗效果

為保證心墻填筑作業(yè)環(huán)境無積水,原滲水處理方案采用“降水井+排水泵”,降水井具體設(shè)置如下：

1）對于滲水點處理：降水井設(shè)置在滲水點外側(cè),距離滲水點不小于3.0 m,井底高程低于滲水點底高程不小于1.5 m。

2）對于滲水帶處理：降水井設(shè)置在滲水帶外側(cè),距離滲水帶不小于3.0 m,井底高程低于滲水帶底高程不小于1.5 m,間距初定為6.0 m,間距可根據(jù)現(xiàn)場試驗效果調(diào)整。

從已完成心墻下游側(cè)一個降水井試驗,從試驗效果來看,井的影響范圍2 m～3 m,井內(nèi)水量少,施工只能采用人工挖孔。若依然采用該方案,降水井?dāng)?shù)量過多,施工復(fù)雜,后期封堵困難,對工期影響較大。

（2）調(diào)整方案及現(xiàn)場效果

對滲水處理方案進(jìn)行調(diào)整,經(jīng)過項目部等多家單位討論,調(diào)整為“排水盲溝+集水坑+排水泵”。壩基、岸坡滲水處理具體施工步驟如下：

1）沿滲水點、滲水帶設(shè)置排水碎石盲溝,盲溝尺寸擬定為10 cm×10 cm。

2）在壩基、坡腳通過碎石盲溝將水引入集水坑,集水坑深0.5 m,平面尺寸初定為0.8 m×0.8 m,集水坑四周采用水泥砂漿護(hù)壁。

3）通過排水泵將集水坑內(nèi)水排至填筑區(qū)域外。

4）隨著心墻料、壩殼料等填筑,集水坑上部采用涵管接長。待填筑至滲水點以上2.0 m,集水坑使命即結(jié)束,然后排干井內(nèi)積水、取出排水泵,對集水坑、排水盲溝進(jìn)行封堵。集水坑封堵從下至上采用50 cm碎石、以上采用C15 混凝土封堵。排水盲溝采用在集水坑預(yù)埋灌漿管,回填灌漿封堵。采用該方法封堵后可以保證集水坑完全封閉,且因為集水坑尺寸較小,不會對水庫滲流穩(wěn)定產(chǎn)生影響。

從已完成效果,不僅施工方便,排水能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降水井方案,節(jié)省了大量人力物力,同時也得到當(dāng)?shù)貥I(yè)主和監(jiān)理工程師的認(rèn)可。目前基坑已完成回填,上部坡面開挖滲水,采用即挖即填的方式,也得到當(dāng)?shù)貥I(yè)主和監(jiān)理工程師的認(rèn)可。

6 結(jié)論與建議

（1）壩基滲水處理好壞直接影響大壩的填筑,滲水處理措施較多,但各方案使用條件不同不能生搬硬套,需充分分析不同的地質(zhì)條件和現(xiàn)場情況,結(jié)合過往經(jīng)驗擬選方案予以比選優(yōu)化確定。集水坑的位置不能選定在防滲的薄弱環(huán)節(jié),且心墻內(nèi)集水坑數(shù)量大于1個時,需注意集水坑的間距且不能沿垂直軸線布置。

（2）滲水處理方案調(diào)整為“排水盲溝+集水坑+排水泵”后,有效解決了滲水對周邊岸坡的軟化,但滲水處理方案的調(diào)整需經(jīng)過國外咨詢的同意,需要耐心解釋心墻范圍內(nèi)設(shè)置降水井的安全性,解釋集水坑封堵的可靠性,也給設(shè)計自身提出了更高的要求。

（3）在施工過程中發(fā)現(xiàn)在施工方法和技術(shù)要求上,還存在著不足有待完善的地方,有待在今后的具體實踐過程中加以改進(jìn)、提高和完善,以在同類地質(zhì)條件下滲水處理中得到更廣泛地運(yùn)用。