水库除险加固工程的施工和地质分析

水库除险加固工程的施工和地质分析

水库除险加固工程的施工和地质分析薛志导深圳广汇源水利勘测设计有限公司广东深圳518000摘要：木文主要针对水库除险加固工程的施工和地质分析展开了探讨，通过结合具体的工程实例，详细阐述了坝址主要工程的地质条件，给出了坝体工程质量评价及地质参数建议值，并对大坝的防渗处理作了系统分析，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。关键词：水库除险；加固工程；地质分析近年来，我国加大了对水利工程设施的投入，而对于一些存在风险隐患的水库，也开始了除险加固工程的施工。但是由于大部分水库所处的地质环境比较复杂，因此这也使得水库的除险加固工程存在着难度，所以在水库的除险加固工程中，我们需要认真分析地质情况，以采取相应的措施做好工程施工，从而保障水库的长期使用。1工程概况某水库是以灌溉为主，兼具发电、防洪、水产养殖、旅游、城市供水等综合效益的全国重点中型水库。坝体为均质粘土坝，最大坝高51m,坝顶高程538m,坝顶长300m,坝顶宽5m,正常蓄水位529m,坝底宽329.9m,迎水坡比为1:4.5〜1:2.5,背水坡比为1:3.5〜1:2,坝基设三道截渗槽，坝后设棱柱和褥垫混合式排水体。大坝于1966年10月动工修建，1970年3月建成蓄水，总库容4190万m3。1975年水库拦洪蓄水时，右坝肩下游数处漏水，经分析，因绕坝渗漏所致。为保证大坝安全，对该段进行了防滲帷幕灌浆。设计帷幕长度64m,幕深35.2m〜48.6m,幕厚2.0m,—排帷幕钻孔，孔距2.0m。但施工中由于资金、材料困难，只灌了设计工程量的39%左右，绕坝渗漏依然存在。通过灌浆数据分析：（1）帷幕孔距较大，帷幕线只有一排，幕体抗渗能力较差，需要继续加密。（2）幕体右端没有与相对不透水层相连，应继续釆取防渗处理措施。1980年10月15日，某主河槽段发生滑坡，滑坡高程为519m，直至1988年10n月在原位置上又先后发生五次滑坡。滑坡裂缝呈圆弧形，左右两端弧尾均触及两岸山坡，弧顶高程为519m,最人滑坡裂缝弧长117m,弦长74m,最人裂缝宽度0.4m。1987年〜1990年除险加固时对该滑坡进行了重点处理，对滑坡体部位进行重新夯实，滑坡体河床部位采用抛石镇脚，大坝内坡原滑动部位全采用干砌石体处理。目前该滑坡体已趋稳定，观测数据未见明显异常现象。1993年〜1994年，因坝体滲漏大坝背水坡出现滲湿带，曾对坝体进行过一排、两序共29孔劈裂灌浆，累计灌入干土725t。1995年经幵挖探井检查并取样分析，坝体土干密度由灌前的1.562g/m3提高到1.623g/m3,坝内孔洞堵死,测压管水位普遍降低，降幅0.2m〜3m，琐体土渗透系数由灌漿前的10-4cm/s〜10-5cm/s减小到10-6cm/s〜10-8cm/s，背水坡渗湿带明显减小。下面，重点分析坝址主要工程地质条件及本次砼防渗墙在水库坝体防渗处理中的应用。2坝址主要工程地质条件2.1地形地貌坝址区河谷呈不对称“V”型，坝址区河段流向近东西向。大坝枢纽呈N21°E横頁于某河，南与基岩山坡衔接，北与阶地台塬平缓坡地相连。大坝右岸为基岩岸坡，谷坡陡峻，坡度40°〜50°,局部为近于直立的峭壁；左岸上部副坝段坝基为阶地台塬，阶地面平缓开阔，坡度一般＜10°。2.2地层岩性坝址区基岩为石炭系绢云母绿泥石石英片岩与石英片岩，主要分布于坝基右岸坡、河床及左岸坡中下部位。河床覆盖层为砂卵石，厚1.0m〜1.5m,其下为基岩。左岸坡在高程510m以下为基岩，以上为三级阶地堆积层，地表为棕黄色粘土层，厚4m〜6m，.其下为砂卵石层，厚1.5m〜3m。2.3地质构造坝址区位于某山背斜南翼，总体为单斜构造，片理产状N55°W〜EW，倾SW，倾角45°〜55°。局部受断裂构造影响变化较大，片理走向转为NE，倾向SE,倾角变陡，甚至直立。构造主要为断层与裂隙。坝址区小断层较发育，尤其是右岸坡，断层主要冇5条，为中高倾角，倾角41°〜87°，破碎带一般4cm〜10cm，断层夹n泥一般4mm〜10mm。主要裂隙有二组：一组走向N80°〜60°W，倾角45°〜70°,延伸较远，局部张开。另—•组走向N55°-65°E,倾角60°〜70°。2.4水文地质条件坝址区地下水主要为基岩裂隙水。岩体透水性的主要控制因素是岩体的性质、断层、裂隙切割程度及岩体风化程度等。钻孔压水试验表明，浅部岩体风化较强，岩体破碎，裂隙发育，透水性强，而深部岩体风化较弱，完整性好，透水性亦较弱，基岩透水性•一般随深度的增加而逐渐变小。个别孔段由于构造面贯通造成裂隙切割较深，存在相对隔水层以下透水率增人的现象。坝址基岩以石炭系下统略阳组絹云母绿泥石石英片岩为主，夹石英片岩，该岩体抗风化能力较差，所以坝址岩体风化较强烈。坝址右岸为基岩谷坡，地势陡峻。左岸下部陡峭，上部为阶地台塬，两岸透水性存在明显差异。右岸坡上部全、强风化带深度15m〜25m，裂隙发育，形成强透水带，下部弱〜微透水带埋深36m〜50m。河床段岩体为中〜微透水，透水率0.6Lu〜18Lu。左岸上部砂卵石层形成强〜中等透水，厚度2.1m〜3.1m。砂卵石层以下基岩透水性主要受风化的控制，垂直分带特征明显，顶部为一分布连续的中等透水带，透水带最大厚度约18m,透水率10.6LU〜24Lu，中部为弱透水带，透水率1.4Lu〜6.5Lu，底部岩体为微透水。其坝址主要工程地质条件可参见图1。图1坝轴线工程地质剖面图3坝体工程质量评价及地质参数建议值3.1坝体工程质量评价通过钻孔、探井、多期工程地质勘察，依据坝体土样物理力学性质试验成果统计资料可看出：(1)坝体土样的液限在36.6%〜40.6%之间，塑性指数在12.7〜24.3之间变化，作为防渗体填筑料可满足要求。坝体土以低液限粘土为主，iL含有低液限粘土质砂，说明筑坝时对土料质量控制不严。(2)坝体土样的含水率16.32%〜27.61%,平均含水率23.02%,平均饱和度94%,说明人坝土样基本上处于饱和状态。n(3)坝体土样的最大干密度为1.63g/cm3,最小干密度为1.45g/cm3,平均干密度为1.54g/cm3,坝体土干密度差异较大，约60%的坝体土样压实度不满足规范要求值(96%)。坝体填筑密实度不均匀，层间密度相差较大，坝体碾压层分层处结合不好，碾压质量较差，坝体存在密实程度较低的部位。(4)大坝土样饱和固结不排水三轴抗剪强度总应力指标C、φ值最小值分别为10kPa、14.0°,最大值分别为50kPa、21.4°,平均值分别为29kPa、18.4°,小值平均值分别为19kPa、16.5°；有效应力指标C&phi/最小值分别为10kPa、16.7°,最大值分别为40kPa、26.6°,平均值分别为27kPa、22.0°,小值平均值分别为18kPa、19.6°。表明坝体土抗剪强度指标值变异较大，土样密实度及结构不均匀。3.2工程地质参数建议值综合地勘资料，依《碾压式土石坝设计规范》，结合土工试验成果，其冇关地质参数分别建议为：(1)坝体土：土粒比重Gs=2.73,含水率ω=23.0%,孔隙比e=0.761,天然密度ρ=1.90g/cm3，干密度ρd=1.55g/cm3,固结不排水三轴剪切抗剪强度总应力指标C=22kPa,φ=16°,有效应力指标C'=20kPa，φ'=18°,垂直渗透系数Kv=3.31×10-7cm/s,水平渗透系数Kh=9.38×10-7cm/s。粘土破坏形式为流土，建议允许水力坡降为0.48o(2)坝前淤泥质土层:土粒比重Gs=2.68,含水率ω=46.3%,孔隙比e=1.25,天然密度ρ=1.74g/cm3，干密度ρd=1.19g/cm3，建议固结不排水三轴剪切抗剪强度总疲力指标C=9kPa，φ=4°，渗透系数为k=2.18×10-8cm/s。(3)坝基基岩：比重Gs=2.74,干密度ρd=2.69g/cm3,天然密度ρ=2.72g/cm3，孔隙率=1.8%,吸水率=1.24%;抗剪断强度c=29kPa，φ=30°,透水率q=18Lu(透水层厚度6.0m)。4大坝防渗处理4.1坝体砼防渗墙近年来，水库处于高水位吋大坝背水坡右侧523m〜527m高程之间有一条渗湿带，宽5m〜10m，长约38m，渗湿面积约300m2,该带长期渗湿。B3-8观察孔附近的观测井内可见明显滲水，对坝坡稳定不利。经勘察取样n分析，系坝体土碾压密实程度较低，结构不均匀所致。本次对坝体防渗加固处理时经过3种方案比较，最终采用素砼防渗墙方案。砼防滲墙的类型为槽孔型，砼防滲墙为全坝段布设，长308m,墙底部深入坝基强风化基岩1.0m，砼墙最大深度49.4m。砼墙主要设计指标分别为：墙体计算厚度0.48m〜0.8m，采用厚度0.6m。容重≥2.2t/m3，抗压强度3MPa≤R28d≤5MPa,弹性模量300MPa≤E28d≤1000MPa,抗渗标号≥W6o防渗墙槽孔分两期施工，一期槽孔砼浇筑完毕24小吋，再施工二期槽孔，一、二期槽段长均为7.0m。采用“两钻一抓法”成槽，冲击钻机配合液压抓斗施工成槽，粘土泥浆护壁，用HBT60型泵输送砼，泥浆下直升导管法浇筑砼，再采用“接头管”法进行槽段连接。所谓“两钻一抓法”成槽，即用钻机在槽孔两端头先钻导孔，再利用液压抓斗抓取副孔。这种方法能充分发挥两种机械的优势，冲击钻机的凿岩能力较强，可钻进不同的地层，先钻主导孔，为抓斗开路，抓斗在抓取副孔吋效率较高，所形成的孔壁平整，iL主导孔导向作用能有效地防止抓斗造孔吋发生偏斜。防滲墙连接部位采用“接头管”法，指在浇筑-期槽孔前，在槽孔两端下设接头管，可避免重新钻凿接头孔所造成的工吋和材料浪费，具冇接触面光滑，接缝紧密，孔斜易控制，搭接厚度有保证等优点。4.2坝基、坝肩帷幕灌浆大坝左岸副坝段基础本身因砂卵石层构成中等透水带，再加之其坝前滩涂地带人为开挖精养鱼塘，加剧了渗漏通道，导致坝后阶地台塬520m〜524m高程出现沼泽化，左岸坡中下部基岩因存在中等透水带而产生滲漏明流。河床段钻孔压水试验成果表明，河床段基岩亦存在中等透水带。右岸坡基岩因存在中等透水带不但产生渗漏明流，II存在绕坝渗漏。对右坝肩存在绕滲的问题，本次除险加固时采用了帷幕灌浆方案。右岸坝肩绕滲区帷幕灌浆段起始高程高出正常蓄水位3m,帷幕底部深入相对不透水层3m,孔距2m,单排三序，自上而下施灌。经过处理后，坝肩绕坝渗漏问题基本消除，n渗漏明流基本断流。坝基渗漏问题，本次除险加固中对基岩坝基采取了砼防渗墙与帷幕灌浆的综合措施。砼防渗墙底深入基岩lm,灌浆帷幕顶部自砼防渗墙底部起灌，帷幕底部深入相对不透水层5m,帷幕孔距2m、单排、自上而下施灌。左岸砂卵石层坝基采用砼防滲墙截滲方案，砼墙体厚度0.6m,墙底深入基岩1.0m。大坝经过砼防渗墙及帷幕灌浆处理后，对比观测资料，各测压管内水位下降2m〜3m,渗湿带基本消失，坝后渗漏明流基本断流。坝后电站厂房集水井内渗水显著减少，坝基滲漏问题得到明显改善。5结语综上所述，水库作为我国水利设施的重要一部分，对防洪除险冇着极大的帮助。因此，水库的除险加固工程成为了维护水库正常运行的关键工作。我们需要认真分析水库所处的地质环境，因地制宜的选择相应的施工技术进行加固除险的施工，以保障水库的施工质量和长期使用。参考文献：［1】盘承森.水库除险加固工程的施工管理［」］.技术与市场.2012(03).［2］严有风.水库除险加固工程施工设计探析［j］.中国水运(下半月).2014