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沙爾托海水庫(kù)大壩滲漏成因及治理分析

2019-07-26 06:21:50李曉明
陜西水利 2019年6期
關(guān)鍵詞:心墻基巖帷幕

李曉明

(塔城地區(qū)水利水電勘察設(shè)計(jì)院,新疆 塔城 834700)

1 工程概況

沙爾托海水利樞紐壩址區(qū)原河谷呈“V”型,河谷底寬30 m~80 m,頂寬200 m~300 m,河拔高50 m~65 m?,F(xiàn)已填筑大壩壩體,壩體為碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩。已建沙爾托海水庫(kù)壩頂高程607.06 m,最大壩高62.88 m,壩頂長(zhǎng)170 m,上游壩坡1∶2.0,下游壩坡1∶1.8。壩體防滲采用碾壓式瀝青砼心墻,兩壩肩嵌入基巖巖體5 m~10 m不等,河床段清除上部砂卵礫石層及基巖強(qiáng)風(fēng)化層,兩岸壩肩清除表層松散層及基巖強(qiáng)風(fēng)化層,大壩防滲體(瀝青心墻)建基面均位于弱風(fēng)化帶內(nèi),建基面基礎(chǔ)雖節(jié)理裂隙發(fā)育,但規(guī)模均不大。

施工中對(duì)壩基底部基巖進(jìn)行了雙排固結(jié)灌漿及單排帷幕灌漿防滲處理,防滲下限小于5 Lu,帷幕灌漿防滲深度一般位于基巖面以下20 m~40 m,壩肩最大防滲深度位于基巖面以下 53.2 m,相應(yīng)高程 553.8 m(位于左壩肩 0~0+007 m),河床段最大防滲深度位于基巖面以下28.0 m,相應(yīng)高程528.8 m(位于樁號(hào)0+103 m)。固結(jié)灌漿的深度為5 m,設(shè)置兩排,上游排和下游排,排距為2 m,固結(jié)灌漿孔的間距為2 m。帷幕灌漿的范圍沿整個(gè)瀝青心墻軸線進(jìn)行灌漿,壩基灌漿在基巖混凝土蓋板上施工,蓋板的厚度為1.5 m,灌漿孔設(shè)置一排,布置在兩排固結(jié)灌漿孔的中間,帷幕灌漿孔孔距為2 m,并在兩壩肩處各延長(zhǎng)20 m進(jìn)行帷幕灌漿,于2012年5月20日開始灌漿,至2012年10月20日完成大壩壩基灌漿工作,兩岸最大帷幕灌漿灌漿處理深度為53.2 m,共完成帷幕灌漿造孔深度為3296.1 m,帷幕灌漿深度為3117.6 m。

2 沙爾托海水庫(kù)蓄水滲漏過程

2.1 水庫(kù)蓄水滲漏過程

沙爾托海水庫(kù)下閘蓄水水位至594.0 m,壩前水深45 m,蓄水保持時(shí)間20天,壩后未發(fā)現(xiàn)滲漏,隨即對(duì)水庫(kù)蓄水進(jìn)行放空。隨后進(jìn)行二次蓄水,當(dāng)水位蓄至594.8 m時(shí),發(fā)現(xiàn)壩后導(dǎo)流洞洞頂有滲水現(xiàn)象,當(dāng)庫(kù)水位蓄至596 m時(shí),相繼出現(xiàn)壩后導(dǎo)流洞洞頂左側(cè)路面塌陷、路面出現(xiàn)裂縫、導(dǎo)流洞兩側(cè)出現(xiàn)滲水;壩后坡右側(cè)網(wǎng)格梁出現(xiàn)浸潤(rùn)直至有清水流出。針對(duì)出現(xiàn)大壩滲水情況,水庫(kù)開始提閘放水,水位放至583.5 m時(shí),在壩前庫(kù)區(qū)右岸壩前(樁號(hào)0+140 m)上游岸坡附近見一長(zhǎng)約5 m左右的裂隙,走向335°左右與壩線垂直,庫(kù)水沿該裂隙下滲形成一滲漏通道(縫),且可聽到流水聲。壩后坡右側(cè)網(wǎng)格梁出現(xiàn)浸潤(rùn)且在壩坡坡腳有清水流出,導(dǎo)流洞出口洞頂兩側(cè)有水流浸出。在壩后坡網(wǎng)格中挖探查坑,探查坑深度0.4 m~0.6 m不等,挖坑顯示,自壩坡坡腳從下往上1~3層網(wǎng)格中探查坑均出水,水位埋深0.2 m~0.4 m不等,其中第1層網(wǎng)格自東至西整個(gè)壩坡角探查坑中均有水出露(水位高程566.9 m~566.6 m不等),第3層網(wǎng)格自東至西第7塊網(wǎng)格探查坑中未揭露水體,而第5、第3塊網(wǎng)格探查坑中水體出露(水位高程568.5 m~568.6 m不等),在第3層網(wǎng)格以上由于探查坑挖深淺暫未揭露出水面。

2015年11月13日,壩前水位594.18 m時(shí),壩后坡第一排第一格開挖后有明水流出,流量為0.167 L/s。

2.2 大壩觀測(cè)資料

2.2.1 壩體中水位測(cè)量

2014年10月~11月沙爾托海水庫(kù)在壩體不同部位,在樁號(hào)0+050 m、0+090 m、0+130 m各布置有一排觀測(cè)孔,每排布置4個(gè)觀測(cè)孔,水庫(kù)蓄水后進(jìn)行了水位觀測(cè),樁號(hào)0+050 m壩后孔由于深度淺,未揭露地下水。具體見圖1。

圖1 壩體水位觀測(cè)斷面

2.2.2 壩體中水分布規(guī)律

壩體中水位觀測(cè)資料(2014年11月)顯示:隨著庫(kù)水位的升高,壩體中水位也隨著升高。

(1)在順河流(或垂直壩軸線,壩軸線方向82°)方向上,壩體水位總體上是靠近心墻水位較高,向壩后坡腳水位逐漸降低,即壩體水位ZK2>ZK3>ZK4。但在壩體右岸樁號(hào)0+130 m處,當(dāng)庫(kù)水位上升至一定高程,即庫(kù)水位高程在592.31 m~596 m之間時(shí),ZK3中水位反倒高于ZK2中水位,水位差0.30 m~1.41 m不等。水庫(kù)蓄水至596 m,壩體觀測(cè)水位最高點(diǎn)(0+130)ZK2處,水位高程 577.27 m,最低點(diǎn)為壩后(0+090)ZK4,位于心墻軸線下游62 m,水位高程為565.53 m,且水位最高點(diǎn)與最低點(diǎn)不在垂直壩軸線的橫剖面上。壩體內(nèi)水右岸壩段至河床壩段總體流向?yàn)?00°~320°,水力坡度為0.21~0.26。

(2)在垂直河流(或平行壩軸線)方向上,總體是靠近右岸壩段水位高,左岸壩段水位低。壩頂靠中部ZK2水位為576.02 m,低于庫(kù)水位約20 m;壩頂靠右岸ZK2水位為577.31 m,低于庫(kù)水位約18.69 m;壩坡下靠中部ZK4水位為565.85 m,低于庫(kù)水位約30.15m;壩坡下靠右岸ZK4水位為572.90m,低于庫(kù)水位約13.1m。

在壩后右岸坡腳,形成地下水排泄帶,出水點(diǎn)高程566.9 m。

3 大壩滲漏原因分析

3.1 大壩滲水原因分析

沙爾托海水庫(kù)大壩基礎(chǔ)多位于第四系下更新統(tǒng)西域礫巖弱風(fēng)化巖體上,施工期對(duì)底部基巖進(jìn)行了帷幕灌漿防滲,最大防滲深度基巖面以下32 m~40 m,防滲下限小于5 Lu。

沿大壩瀝青心墻軸線布置單排灌漿孔,孔距2 m,帷幕灌漿分三序進(jìn)行,并依據(jù)灌漿規(guī)范和設(shè)計(jì)技術(shù)要求進(jìn)行,灌漿指標(biāo)以壓水試驗(yàn)q值小于5 Lu為下限來(lái)確定灌漿深度,檢查孔占總數(shù)10%。根據(jù)施工單位及監(jiān)理提供資料顯示從2012年5月至2012年10月,共完成造孔116個(gè),其中灌漿孔105個(gè),檢查孔11個(gè),總進(jìn)尺3832.1 m,平均單位泥灰量為11.82 kg/m~18.90 kg/m,經(jīng)壓水試驗(yàn)檢查,鉆孔透水率一般為0.81 Lu~3.61 Lu,合格率100%。瀝青心墻用專用瀝青混凝土攤鋪機(jī)鋪料,每次攤鋪厚度30 cm,采用2.6 t振動(dòng)碾壓,靜碾2遍,振動(dòng)碾壓6遍,每上升0.25 m作一單元驗(yàn)收,進(jìn)行各種監(jiān)測(cè),各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)顯示均滿足設(shè)計(jì)要求,合格率100%。

初步分析認(rèn)為如果上述成果真實(shí)可靠,可基本排除壩體防滲體滲漏可能,但由于壩基巖體存在裂隙且施工期帷幕灌漿為單排布置,防滲體系稍顯薄弱,由壩體中水分布規(guī)律可見壩體中水右岸高于左岸。初步推斷壩體滲漏原因有以下幾種可能:右岸壩基繞滲、瀝青心墻砼基座和基巖接觸面滲漏及基巖帷幕灌漿范圍內(nèi)存在滲漏。

3.2 壩前右岸邊坡滲漏通道(縫)原因初步分析

對(duì)于壩前右岸邊坡滲漏通道(縫),初步分析認(rèn)為該滲漏裂隙為一庫(kù)岸卸荷裂隙(前期勘探不穩(wěn)定體),裂隙產(chǎn)狀335°SW∠60°,裂隙張開1 cm~2 cm,局部張開10 cm~15 cm,順河方向發(fā)育,延伸長(zhǎng)15 m~20 m,該卸荷裂隙與下部巖體中裂隙連通,形成庫(kù)水滲漏通道。

4 大壩及右岸邊坡滲漏處理措施及效果

4.1 大壩及右岸邊坡滲漏處理措施

沙爾托海水庫(kù)前期建設(shè)期間對(duì)大壩壩基灌漿范圍為0-020 m~0+190 m,根據(jù)出現(xiàn)滲水時(shí)對(duì)應(yīng)的壩前水位和壩后滲漏情況,初步判斷右岸坡594 m高程以上存在滲漏的可能性較大,為安全考慮2015年對(duì)右壩肩0+160 m~0+218 m段作防滲帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿處理,處理深度控制到590 m高程;對(duì)大壩樁號(hào)0+140 m上游85 m處滲漏通道采用粘土加塞堵漏處理;導(dǎo)流洞閘井及洞身段滲水采取固結(jié)灌漿等處理措施。

4.1.1 右壩肩0+160 m~0+218 m補(bǔ)強(qiáng)帷幕灌漿處理

沙爾托海水庫(kù)施工期間對(duì)大壩0-020 m~0+190 m進(jìn)行了單排帷幕灌漿,新補(bǔ)強(qiáng)灌漿范圍為右壩肩0+160 m~0+218 m段,新補(bǔ)強(qiáng)灌漿軸線與心墻軸線平行,距離心墻軸線1.0 m、距離防浪墻上游邊線0.4 m,鉆孔間距1.0 m,檢查孔10%。防滲下限深度以巖石透水率小于5 Lu控制。帷幕灌漿分三序進(jìn)行,先鉆灌第一序孔,然后鉆灌第二序孔,最后鉆灌第三序孔,從2015年10月~11月,共完成灌漿孔59個(gè),總進(jìn)尺2743.2 m。

4.1.2 壩前右岸邊坡滲漏通道(縫)處理

大壩右岸樁號(hào)0+140 m上游85 m(高程583 m)處,岸坡附近見一長(zhǎng)約5 m左右的裂隙,走向335°左右與壩線垂直,庫(kù)水沿該裂隙下滲,產(chǎn)生明流現(xiàn)象且可聽到流水聲,庫(kù)水表面可見明顯漩渦。滲漏處理方案為現(xiàn)場(chǎng)采用粘土加塞處理:即將裂隙開挖至裂隙末端,開挖成底寬1 m、深1 m的梯形槽,開挖邊坡1∶1.75,清除節(jié)理裂隙中的充填物,然后沖洗干凈,在梯形槽內(nèi)回填粘土加塞充填,并對(duì)回填土進(jìn)行人工夯實(shí),壓實(shí)度≥0.96。

4.2 大壩滲漏處理效果

右壩肩0+160 m~0+218 m補(bǔ)強(qiáng)帷幕灌漿處理及大壩右岸樁號(hào)0+140 m上游85 m(高程583 m)堵漏處理后,壩后已無(wú)明顯漏水現(xiàn)象,直至水位蓄至603.2 m,現(xiàn)場(chǎng)觀察壩后坡始終處干燥狀態(tài)。

補(bǔ)強(qiáng)處理后壩體中水位測(cè)量:為了解水庫(kù)大壩防滲補(bǔ)灌效果,水庫(kù)蓄水后在壩體不同部位,進(jìn)行了水位觀測(cè),觀測(cè)樁號(hào)0+050 m、0+090 m、0+130 m不同時(shí)期地下水位,水庫(kù)蓄水位與瀝青心墻后壩體內(nèi)水位的相關(guān)關(guān)系見圖2。

圖2 壩體水位

壩體中水位觀測(cè)資料顯示,大壩補(bǔ)強(qiáng)灌漿處理以后,雖然庫(kù)水位升高,但壩體中水位與未處理前相比卻在下降。在相同蓄水位情況下:

(1)在順河流(或垂直壩軸線,壩軸線方向82°)方向上,壩體水位總體上是靠近心墻水位高,向壩后坡腳水位逐漸降低,水力坡度為0.21~0.26。

(2)在垂直河流(或平行壩軸線)方向上,總體是靠近右岸壩段水位高,左岸壩段水位低。以樁號(hào)0+090 m與樁號(hào)0+130 m相比2016年水位高差3 m~4 m,2017年水位高差5 m~6 m。補(bǔ)強(qiáng)灌漿處理后,在相近蓄水水位條件下,壩后壩體中地下水水位均有不同程度的降低,樁號(hào)0+090 m水位最大降深達(dá)9.8 m;樁號(hào)0+130水位最大降深達(dá)11.12 m,進(jìn)一步證明了補(bǔ)強(qiáng)灌漿處理效果。

5 結(jié)論

沙爾托海水庫(kù)是新疆精河縣重要的水利樞紐工程。在項(xiàng)目建成初期,水庫(kù)蓄水過程中出現(xiàn)壩體滲漏現(xiàn)象,初步推斷壩體滲漏原因可能為右岸壩基繞滲、瀝青心墻砼基座和基巖接觸面滲漏、基巖帷幕灌漿范圍內(nèi)滲漏等原因。因此,對(duì)壩體采取灌漿加固措施,治理完成后壩后已無(wú)明顯漏水現(xiàn)象,壩后坡始終處干燥狀態(tài)。通過補(bǔ)強(qiáng)處理后壩體中水位測(cè)量,進(jìn)一步證明了灌漿補(bǔ)強(qiáng)效果。

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