葛義榮

(河北省黃壁莊水庫(kù)管理局,河北 鹿泉 050224)

1 工程概況

黃壁莊水庫(kù)于1958年動(dòng)工興建,到1968年達(dá)到現(xiàn)狀規(guī)模。該水庫(kù)是海河流域子牙河系滹沱河中下游重要的控制性大(Ⅰ )型水利樞紐工程,總庫(kù)容12.1億m3。該樞紐的建筑物包括主壩、副壩、重力壩、正常溢洪道、非常溢洪道、新增非常溢洪道、靈正渠涵管及電站等。其任務(wù)為以防洪為主,兼顧城市供水、灌溉、發(fā)電等。

水庫(kù)竣工后,在運(yùn)行中屢屢發(fā)生問(wèn)題,其中副壩是所有建筑物中存在問(wèn)題最多、最嚴(yán)重、危險(xiǎn)性最大的一座建筑物。由于對(duì)副壩采用水平防滲,存在鋪蓋裂縫、壩頂裂縫、壩后滲透破壞和沼澤化、減壓井及排水溝涌砂淤堵等影響大壩安全的問(wèn)題,雖經(jīng)多次處理,均未從根本上解決,因此,該水庫(kù)成為全國(guó)首批 43座病險(xiǎn)水庫(kù)之一。

為了徹底解決水庫(kù)存在的問(wèn)題,1999年3月1日開(kāi)始實(shí)施水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程,將副壩的水平防滲改為垂直防滲墻。該項(xiàng)工程是水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。防滲墻采用了高壓旋噴墻、混凝土垂直防滲墻、高壓擺噴墻3種形式。在樁號(hào) A0+117.85～0+840壩段采用高壓旋噴墻,在樁號(hào) A0+840～5+700壩段采用混凝土垂直防滲墻,在樁號(hào) A6+550～6+750壩段采用高壓擺噴墻,在樁號(hào) A5+700～6+550不設(shè)防滲墻。此項(xiàng)工程至 2003年9月25日完工,同年11月水庫(kù)正常蓄水運(yùn)用。

2 高壓旋噴墻段工程地質(zhì)概況

副壩位于滹沱河右岸古河道沖積層上,左壩肩為馬鞍山,右壩肩為馬山洪積扇,中部為滹沱河二級(jí)階地,為水中填土均質(zhì)壩,壩頂長(zhǎng)6907.3 m,最大壩高19.2 m。副壩壩基地層一般為4層結(jié)構(gòu),由上至下為壤土、砂層、卵礫石層、基巖。高壓旋噴墻段位于副壩樁號(hào) A0+117.85～0+840(其中 A0+128.05～0+264.47段為電站重力壩)。該段壩基中砂層厚0～14 m,滲透系數(shù)為10～12 m/d,屬?gòu)?qiáng)透水層;基巖為強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)灰?guī)r,屬極微透水～中等透水。壩體上游填筑有防滲粘土鋪蓋,與壩腳相連;壩體下游設(shè)有減壓井和排水溝。

3 高壓旋噴墻工程概況

3.1 高壓旋噴墻方案

高壓旋噴墻段基巖上覆蓋層主要為(砂)壤土和中粗砂層,壩頂以下平均深度為29.2 m,最大深度35 m,垂直防滲墻選用旋噴墻,墻底部與基巖相接,入巖厚度0.5 m,墻頂高程 125.50 m。其中樁號(hào) A0+835～0+840為長(zhǎng) 5 m的旋噴墻與混凝土垂直防滲墻接頭段,采用雙排孔旋噴墻的形式。高壓旋噴墻采用三重管法施工,孔距不大于0.9 m,單孔成樁直徑:砂層不小于1.3 m,土層不小于1.1 m。旋噴墻厚度為60cm,成墻指標(biāo):抗壓強(qiáng)度,土層為R28≥3.0MPa,砂層為R28≥5.0 MPa;抗折強(qiáng)度,土層為T28≥0.5 MPa,砂層為T28≥1.0 MPa;墻體滲透系數(shù)K≤ 1.0×10-6cm/s。共完成高壓旋噴孔661個(gè),鉆孔進(jìn)尺18415.32 m,高壓旋噴灌漿 17138.67 m3,水泥用量 18007.64 t,單位水泥用量 1.05 t/m,墻體總面積為17660 m2。

3.2 工程質(zhì)量檢查

(1)滲透性試驗(yàn)。共鉆檢查孔52個(gè),進(jìn)行注水試驗(yàn),計(jì)算出墻體滲透系數(shù)范圍為2.50×10-8～9.16×10-6cm/s,其中多數(shù)檢查孔滲透系數(shù) ＜1.0×10-6cm/s。

(2)力學(xué)試驗(yàn)。由檢查孔中取芯樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn),抗壓試驗(yàn)和抗折試驗(yàn)各40組。試驗(yàn)成果:土層部位的抗壓強(qiáng)度為6.1～22.7 MPa,抗折強(qiáng)度為0.9～4.4 MPa;砂層部位的抗壓強(qiáng)度為8.8～28.2 MPa,抗折強(qiáng)度為2.8～9.3 MPa。

(3)墻體厚度抽檢。在樁號(hào) 0+264.47～0+268.40段,位于防滲墻的一側(cè)開(kāi)挖一個(gè)尺寸為3.97 m×2.0 m×7.7 m的豎井。經(jīng)觀察,墻體連接情況較好,實(shí)測(cè)墻體厚度為0.6～0.8 m,其中最大值為1.1 m,最小值為0.3 m,僅個(gè)別部位略小于0.3 m。

4 高壓旋噴墻滲流分析

在2004年5月黃壁莊水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程(竣工前)安全鑒定以及2005年6月黃壁莊水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程竣工初步驗(yàn)收中,均指出“副壩樁號(hào) A0+526壩基滲壓觀測(cè)資料表明,高壓旋噴墻前后滲壓水頭消減效果不明顯,建議補(bǔ)充必要的觀測(cè)斷面,并在工程運(yùn)用中加強(qiáng)觀測(cè)和分析?！睘榇?先后在該段補(bǔ)充埋設(shè)了 2個(gè)壩基和壩體滲流觀測(cè)斷面,現(xiàn)結(jié)合觀測(cè)結(jié)果對(duì)旋噴墻的滲流情況進(jìn)行分析。

4.1 滲壓過(guò)程分析

副壩A0+531斷面滲壓水位過(guò)程線見(jiàn)圖1。該斷面2支滲壓計(jì)的滲壓水位變化趨勢(shì)與庫(kù)水位變化相當(dāng)一致,與庫(kù)水位相關(guān)性較高,幾乎沒(méi)有滯后時(shí)間,且上下游水位差相差不大,防滲墻上下游兩支滲壓計(jì)、測(cè)壓管的滲壓水位基本接近,說(shuō)明在該部位高噴墻防滲效果不是太明顯。

圖1 A0+531斷面滲壓水位過(guò)程線

4.2 高壓旋噴墻對(duì)滲流的作用分析

選擇庫(kù)水位相對(duì)較高、穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)的2008年10月庫(kù)水位為118.15 m的滲壓水位資料,對(duì)防滲墻各斷面防滲墻上下游同高程滲壓水位及水頭消減情況進(jìn)行分析,具體分析詳見(jiàn)表 1。

表1 高壓旋噴墻上下游滲壓水位對(duì)比(庫(kù)水位 118.15 m) m

通過(guò)表 1實(shí)測(cè)資料可以看出,高壓旋噴墻上下游水頭差總體上有高壓旋噴墻上游小、下游大的規(guī)律,高噴墻起到了一定的防滲效果。

4.3 高壓旋噴墻后地下水位變化

①在庫(kù)水位為119.03 m時(shí),旋噴墻施工前,樁號(hào) 0+526.80斷面的 75012測(cè)壓管 (軸下4.3 m)多年觀測(cè)平均水位為112.43 m,旋噴墻施工后,樁號(hào) 0+526.80斷面的 PX0-1滲壓計(jì)(軸下 1.1 m)觀測(cè)值為111.92 m,即旋噴墻施工后壩軸線下游側(cè)地下水位下降了 0.51 m。

②在庫(kù)水位為115.10 m時(shí),旋噴墻施工前,樁號(hào)0+526.80斷面的019測(cè)壓管(軸下65.6 m)多年觀測(cè)平均水位為109.55 m,旋噴墻施工后,樁號(hào) 0+531斷面的 04測(cè)壓管(軸下 55.6 m)觀測(cè)水位為108.68 m,即旋噴墻施工后,壩后地下水位下降了0.87 m。

③旋噴墻施工后,樁號(hào) 0+425斷面的 BJ4測(cè)壓管(軸下 65 m)觀測(cè)水位為106.95 m,樁號(hào) 0+762斷面的N J4(軸下 70 m)測(cè)壓管水位為105.99 m,與旋噴墻施工前樁號(hào)0+526.80斷面的019測(cè)壓管相比,壩后地下水位分別下降了 2.6 m和3.56 m。

4.4 壩基滲透比降

該壩段排水溝的底高程為110 m,地質(zhì)勘探資料表明,排水溝底部土層底高程在 104.81～107.20 m之間變化,即土層厚度為2.8～5.19 m。通過(guò)對(duì)該壩段0+531斷面的4支壩基測(cè)壓管和104#減壓井的觀測(cè)資料進(jìn)行回歸計(jì)算,預(yù)測(cè)出庫(kù)水位 120.0 m(正常蓄水位)、125.84 m(設(shè)計(jì)洪水位)和128 m(校核水位)情況下的測(cè)壓管水位和減壓井水位,見(jiàn)表2。利用該壩段的觀測(cè)資料,計(jì)算得到校核庫(kù)水位情況下,排水溝處的出逸比降為0.613～0.838。根據(jù)試驗(yàn)和工程經(jīng)驗(yàn),土層的允許滲透比降為0.5,破壞滲透比降為1.0,在有反濾層保護(hù)的情況下,相應(yīng)滲透比降值可提高2倍左右。校核庫(kù)水位情況下,壩基水平滲透比降為0.021～0.054,遠(yuǎn)小于砂層允許水平滲透比降0.4。

表2 測(cè)壓管與減壓井水位預(yù)測(cè)值

4.5 壩體浸潤(rùn)線

2005年7月,在高壓旋噴墻段樁號(hào)A0+267和0+760布置的2個(gè)壩體滲流觀測(cè)斷面,均未觀測(cè)到壩體內(nèi)有浸潤(rùn)線存在,與加固前一致。

2004年11月,結(jié)合下游壩腳滲水問(wèn)題的處理,曾在樁號(hào)A0+478布置了一個(gè)壩體滲流觀測(cè)斷面,也未觀測(cè)到壩體內(nèi)有浸潤(rùn)線存在。

5 結(jié)語(yǔ)

高壓旋噴墻施工質(zhì)量良好,墻后地下水位較加固前有了明顯下降,壩體未形成浸潤(rùn)線,壩基滲流比降滿足運(yùn)用要求,墻前墻后水頭差總體上有上游小、下游大的規(guī)律,旋噴墻加固效果較明顯。因此,該高壓旋噴墻段的壩體是安全的。

[1]河北水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.大壩安全鑒定報(bào)告輯[Z].2006.

[2]SL 174-96,水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]郁國(guó)慶.高壓噴射注漿技術(shù)在黃壁莊水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用[C]//黃壁莊水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程技術(shù)文集.北京:中國(guó)水利水電出版社,2004:251-256.