鐘呂水庫大壩滲漏問題的成功處理

張 欣 徐旺敏

(上饒市水利科學研究所,江西 上饒 334000)

1 概況

鐘呂水庫壩址位于婺源縣境內樂安河的支流小港水的江灣鎮鐘呂村上游160m處,壩址以上控制流域面積33km2,壩型為堆石碾壓復合土工膜面板防滲壩。壩高51m,水庫總庫容為 2155萬m3,是一座具有灌溉、防洪、發電、供水、養殖及旅游等綜合利用的中型水庫樞紐工程。

該水庫始建于1997年10月,1999年5月經批準開始試運行至今,大壩存在較為嚴重滲漏問題,雖經多次處理,但一直未根除隱患,水庫一直控制在低水位運行,從水庫建成就戴上了病險水庫的帽子,不僅影響工程效益的發揮,同時對下游的人民生命財產安全構成威脅。

設計該大壩壩體為千枚巖堆石碾壓,上游壩面采用復合土工膜面板防滲,主壩石區采用石料飽和抗壓強度Pb＞40MPa,軟化系數K ＞0.7,次堆區填筑料巖石飽和抗壓強度Pb＞25MPa,K ＞0.5。

大壩建成后,最高水位蓄至273.31m(比正常水位低2.69m),根據工程運行觀測資料分析,大壩工程沉降均屬正常,但滲漏量偏大,最大滲漏量達0.33m3/s。

2 滲漏原因分析

為查找滲漏原因,建設單位組織設計、施工、監理、質檢等有關人員進行分析,并向有關專家咨詢。2000年9月,科研所技術人員采用投鹽法對大壩進行大壩滲漏分析,找到一處滲漏通道,位置在主壩與副壩 (老山體)交接處的壩體,樁號為0+110,高程約230m。根據水庫運行管理單位連續四年 (1999～2002年)的庫水位滲流量數據相關圖,可看出滲流量和庫水位的曲線波型是完全同步的,滲流量沒有突變現象,滲流量增減基本決定庫水位。分析認為滲漏偏大的原因有兩種可能。一是認為復合土工膜由于施工工藝不成熟,壩面防滲體遭受破壞;二是認為千枚巖基礎裂隙極發育形成的多處滲漏通道。

3 大壩滲漏常規處理

自1999年至2000年每年冬修重點都是對大壩內坡復合土工膜縱、橫焊接部位進行檢查修補,檢修中找出并處理全部接頭301個,其中主壩180個,滲漏點102個,但處理后滲流量并無明顯減少。

2001年另外對投鹽法發現的滲漏通道進行處理,同時對大壩進行全面檢查發現左壩段有數處復合土工膜破損的水孔洞并進行了修補。據修補后的大壩滲漏水觀測資料分析,滲漏量減少了一部分,但沒能根本改變。

針對歷年來以土工膜防滲面為主要處理對象的處理方式效果甚微的狀況,將防滲措施轉向基礎處理為主。2002年冬在原趾板面上進行了帷幕灌漿施工,2003年將左岸原趾板加寬加厚,并增設了2.5m深的齒墻,增大灌漿壓力重新灌漿,這些措施有一些效果,但仍未能根本解決問題。

4 大壩滲漏綜合處理

4.1 處理方案

2005年1月,有關部門對鐘呂大壩進行安全鑒定,大壩滲流安全評價等級為C級,同年對鐘呂水庫進行了除險加固工程項目的初步勘察設計,對大壩的滲流安全處理方法是大壩壩面防滲處理和壩基防滲處理并重的綜合處理方法,因為雖然壩身土工膜經多次檢查修補,堤身已無滲漏,但在大壩加固以后若恢復正常水位運行,壩體難免還會有變形和沉降。土工膜在建后已出現多處損傷,還可能在更高水頭下和壩體變形時產生接縫和原損傷處的再度撕裂,故從安全考慮壩身重新做防滲處理。

具體設計方案:主壩防滲體是主壩上游壩面澆筑鋼筋混凝土面板,壩基改混凝土齒槽及趾板,并對壩基巖石進行固結灌漿及帷幕灌漿處理。

鋼筋混凝土防滲面板面板:混凝土強度等級C25;混凝土抗滲等級W8。

表1 委托某科學研究所做有專利技術的混凝土配合比

主壩壩基滲漏采用混凝土齒槽延長滲徑、帷幕灌漿垂直截滲方法——具體做法是在上游壩腳0+100～0+119段加寬和加深原混凝土趾板和齒槽。在0+119～0+166段(主、副壩交接邊坡)新建混凝土截水墻和混凝土趾板,截水墻深入強風化基巖。強風化基巖下部采用單排灌漿帷幕深入相對不透水層頂板線下5m。(施工中對0+126～0+140段巖層裂隙發育段建議設計加密了一排帷幕灌漿孔)。

采用在主、副壩交接處至副壩壩體建造一道防滲墻的辦法來處理主、副壩交接處至副壩壩體滲漏。該設計思路將原主、副壩體復合土工膜防滲面板連成一體,副壩防滲面板后潛流從主壩排出的模式改變為將主副壩分開、各自獨立防滲的模式。

4.2 現場施工控制措施

(1)針對大部分混凝土防滲面板都產生裂縫的情況,出于質量方面考慮,建設單位采用了國內較新型的混凝土配比方案,混凝土配比增加了有專利技術的防裂劑。

(2)施工中嚴格按配比下料。

(3)開工前全面驗倉,保證混凝土板的有效厚度和板間預埋止水帶正確埋設。

(4)保持板塊自下而上連續性盡量減少板中施工縫。

(5)已澆混凝土面板終凝后即蓋上氈布進行灑水養護直到28d以上。

(6)壩基施工控制。

在開挖壩腳齒槽時,在樁號0+110m處高程為223～231m范圍內發現有新開挖齒槽基底板有漏水現象,同時在槽壁的主面上又發現有較明顯滲流通道。另在其他幾處發現有小斷層,風化層延伸至壩基內,此次對存在這些構造和裂隙帶地段加深開挖深度,用混凝土截水墻砌底截斷這些可能的滲水通道。其他地段按設計要求開挖深度4～13m不等。對構造帶還在原來設計要求下另新增一道帷幕灌漿,且增大了灌漿壓力由0.3MPa增到0.6MPa。

4.3 滲漏處理效果

4.3.1 施工質量檢測評價

(1)C25混凝土工程:施工單位對C25混凝土工程共自檢68組試樣,(其中包括趾板混凝土試塊17組,面板混凝土 36組,防浪墻 15組)最大值34.5MPa,最小值24.2MPa,平均值29.6MPa,標準差Sn=2.814,離差系數 0.095,強度保證率94.5%,根據《水工混凝土施工規范》(DL/T5144-2001)評定標準,判定C25混凝土試塊質量等級為優秀。

另對趾板混凝土取抗滲試塊3組,面板取14組抗滲試塊,結果皆達到設計要求(W8)。

監理單位對C25混凝土工程共抽檢32組試樣,(其中包括趾板混凝土試塊9組,面板混凝土18組,防浪墻 5組)最大值 36.7MPa,最小值26.3MPa,平均值 31.1MPa,標準差 Sn=2.034,離差系數0.065,強度保證率100.0%,(詳見附表8、9)根據《水工混凝土施工規范》(DL/T5144-2001)評定標準,判定C25混凝土試塊質量等級為優秀。

監理單位另對趾板混凝土取抗滲試塊2組,面板取5組抗滲試塊,結果皆達到設計要求(W8)。

(2)帷幕灌漿及固結灌漿。趾板0+110～0+241段為新建趾板,施工單位共布8個帷幕檢查孔和16個固結檢查孔。8個帷幕檢查孔經壓水試驗后透水率均小于設計5個lu值全部合格,16個固結檢查孔經壓水試驗后透水率均小于設計5個lu值全部合格。檢查結論:趾板樁號0+110～0+241段帷幕灌漿及固結灌漿符合設計要求,質量合格。

A.帷幕灌漿:監理單位對主壩壩基帷幕灌漿工程進行五點法壓水試驗,壓力值分別為0.2、0.3、0.5、0.3、0.2(MPa),從所有 8個單元工程中抽取的2個孔進行試驗,綜合各孔的試驗成果表明,單點透水率變幅為0.62Lu～1.3Lu;平均值為0.89 Lu。另從壓水試驗中的鉆孔取芯情況來看,各孔段均能抽取均勻連續完整的芯樣,芯樣采取率皆達到85%以上。

綜上所述,該帷幕灌漿分部工程整體施工質量所滿足設計與規范要求。

B.固結灌漿:本次對主壩壩基固結灌漿工程進行單點法壓水試驗,壓力值為0.25MPa,從所有19個單元工程中抽取的3個孔進行試驗,綜合各孔的試驗成果表明,單點透水率變幅為0.37Lu～0.8Lu;平均值為 0.83Lu。

綜上所述,該固結灌漿分部工程整體施工質量所滿足設計與規范要求。

4.3.2 處理實際效果

2008年4月大壩施工完畢后,開始蓄水運行,大壩下游滲流量在270.4m高程左右為15.597L/s,而2003年同一水位滲流量為241.049,相比滲流量減少了 93.5%,比 1999年滲流量 302.444減少了95%,此同水位滲漏量至今還在遞減。以上數據說明此次除險加固完成了預期目標,消除了大壩的安全隱患,解決了該水庫建庫近十年來的根本問題。

而且對混凝土面板進行多次全面檢查,只在正常高水位以上發現有1處長度1m以內,縫寬2mm的表面縱向裂縫,深度只有2～3cm,且未貫通,現今已穩定,對于大面積混凝土面板澆筑來說也是很好的施工效果。只需作表面處理即可。

5 結 語

此次除險加固很好的解決了鐘呂大壩的滲漏問題,這是參建各方通力協作、科學工作的成果,成功之處供水利同仁借鑒和共勉。