白云水庫除險加固工程壩體防滲墻施工壩體裂縫成因分析與處理措施

易書斌

（云南省紅河州水利電力工作站 661100）

1 工程概況

1.1 工程簡介

白云水庫于1956年開工興建，1959年竣工。水庫位于云南省彌勒縣南部虹溪鎮(zhèn)白云沖，距縣城45km，距虹溪鎮(zhèn)7.5km，地理位置：東經(jīng) 103°17′44″～103°18′16″，北緯24°04′33″～24°05′56″。白云水庫屬珠江流域南盤江水系，水庫建在甸溪河的支流大清河上。水庫徑流面積為25.6km2。水庫為以農(nóng)業(yè)灌溉為主（灌溉面積1000hm2），兼顧下游防洪的小（1）型水庫工程。水庫總庫容965萬m3，死水位1498.95m，正常蓄水位 1512.50m，設(shè)計（P=2.0%）洪水位1513.80m，校核（P=0.1%）洪水位1514.59m。工程等別為4等，主要建筑物為4級建筑物、次要建筑物為5級建筑物。主要建筑物抗震設(shè)防烈度為7度。

1.2 攔河壩壩體土質(zhì)量狀況

攔河壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程1515.60m，壩頂寬5m，最大壩高24m，壩頂長385m。上、下游壩坡均為1∶2.5。

攔河壩壩體土由紫紅雜褐色含砂巖、泥巖碎塊粉土夾粘土構(gòu)成。其間的碎塊含量為30%～40%，碎塊直徑為1～2cm。上部段（5m以上）土體大部處于干燥狀態(tài)，呈硬塑至不可塑狀，中下部段土體潮濕，多呈可塑狀。整個壩體碾壓質(zhì)量較差，壓實度非常低（0.74～0.95），均小于規(guī)范值（0.95～0.97），土體孔隙發(fā)育（e=1.15～2.03），壓縮性較高，壓縮系數(shù) a1～2=0.431～0.801MPa-1），抗剪強度不均勻（φ=15.5°～24.3°，c=22.04～40.28kPa），土體透水性（K=6.58×10-4～1.15×10-3cm/s）不能滿足防滲要求。壩基及壩肩存在滲漏，總漏水量為27.5L/s，年漏水量為36萬m3，需進(jìn)行防滲處理。

2 防滲墻主要設(shè)計指標(biāo)

薄型混凝土防滲墻布置于壩軸線上，防滲墻頂高程為1513.00m，防滲墻底界伸入強風(fēng)化基巖1.5m，底高程為1481.00m，防滲墻最大深度為32m，防滲板墻線長327.5m。防滲墻厚0.4m，防滲墻面積9968.4m2。墻身采用摻粘土的普通混凝土，混凝土強度等級為80號，抗?jié)B等級為W6，允許水力坡降大于60。防滲墻兩端和底部采用灌漿進(jìn)行接合處理，灌漿軸線沿壩軸線上游側(cè)1.0m布置，樁號0+000.00～0+052.50為單排孔，孔距為2m，樁號0+310.00～0+403.00為單排孔，孔距1.5m。灌漿頂界線高程為1513.00m，灌漿底界伸入強風(fēng)化層或相對不透水層地基，最低高程為1468.00m，灌漿最大深度45.0m，長145.50m，防滲標(biāo)準(zhǔn)為q≤10Lu。鉆孔總進(jìn)尺2773.1m，灌漿段長1295.6m。

3 施工造孔劈裂縫產(chǎn)生的過程

白云水庫防滲墻采用鉆劈法施工，以泥漿下直升導(dǎo)管法澆筑混凝土，I、II期槽孔接頭采用套打一鉆的鉆鑿法施工。Ⅰ期槽孔長7.5m，Ⅱ期槽孔長6.7m。在鉆劈成槽過程中，同時用泵向槽內(nèi)注漿，保持漿面不低于導(dǎo)墻頂面10cm。泥漿在槽孔內(nèi)通過孔壁土體顆粒的孔隙滲入附近地層，達(dá)到孔壁的穩(wěn)定。先期開槽的31號、19號、13號、9號，在進(jìn)行主孔鉆進(jìn)時，首先發(fā)現(xiàn)在19號槽段9號孔、17號孔主孔鉆進(jìn)至11m孔深時，沿導(dǎo)向槽中間縱向開裂，相近正在鉆進(jìn)的31號、13號、9號也相繼在鉆進(jìn)到不同孔深時，沿防滲墻軸線出現(xiàn)縱向裂縫，之后在短短一周時間內(nèi)，裂縫逐步擴展，到2008年5月13日，從9號槽到33號槽段，縱向劈裂縫全部貫通，長度達(dá)到240余m，最寬縫為17mm（其開裂狀況見下圖）。

防滲墻施工過程中，進(jìn)行槽孔澆筑時，往往由于上升速度過快，出現(xiàn)劈裂現(xiàn)象，往往采用縮短槽段長度的辦法，就能避免該情況的發(fā)生。但白云水庫在鉆進(jìn)少數(shù)幾個主孔的情況下，就出現(xiàn)了如此長度和寬度的裂縫，是比較特殊的。此險情發(fā)生后，一方面督促施工單位積極采取工程措施防止裂縫進(jìn)一步擴張，另一方面向上級及時作了會報，組織相關(guān)水利專家及設(shè)計監(jiān)理單位對此現(xiàn)象進(jìn)行研究、分析，制定處理措施。

造孔中的裂縫情況圖

4 裂縫產(chǎn)生的原因分析

a.原壩體土本身質(zhì)量問題。老壩體填筑質(zhì)量較差，密實度不夠，土體孔隙發(fā)育，壓縮性較高，抗剪強度不均勻。白云水庫是20世紀(jì)五六十年代修建的土壩，修建時受自然條件和當(dāng)時施工技術(shù)條件的限制，施工質(zhì)量得不到保證，主壩壩體由紫紅雜褐色含砂巖、泥巖碎塊粉土夾粘土等軟巖構(gòu)成。碎塊含量為30%～40%，直徑為1～2 cm。上部段（5m以上）土體大部處于干燥狀態(tài)，呈硬塑至不可塑狀，中下部段土體潮濕，多呈可塑狀，據(jù)干容重指標(biāo)顯示，其碾壓質(zhì)量均未達(dá)到設(shè)計要求，由于壩體碾壓質(zhì)量較差，致使密實度不佳，造成土體孔隙發(fā)育（e=1.15～2.03），大部壓縮性較大，致使土壩壩體出現(xiàn)滲漏險情，從而在造孔施工中，出現(xiàn)了劈裂現(xiàn)象。

b.壩頂施工外荷載的影響。壩頂受上覆壓力的影響，施工機械的外荷載，特別是機械長時間的振動，影響了槽段的穩(wěn)定。

c.混凝土澆筑速度、強度的影響。防滲墻施工成槽時間過長，混凝土澆筑速度、強度過大影響了槽段的穩(wěn)定。

d.灌漿對壩體產(chǎn)生劈裂。在防滲墻工藝未大量用于病險水庫防滲處理之前，白云水庫土壩除險加固在地震后也采用帷幕灌漿的辦法進(jìn)行防滲處理處理，雖收到一定效果，但由于情況復(fù)雜，工程滲漏問題沒有得到徹底解決，同時土壩灌漿，在壩體內(nèi)形成的有效防滲體厚度較薄，耐久性差，易擊穿，不可避免地會留下諸多薄弱環(huán)節(jié)。加之先前帷幕灌漿軸線與現(xiàn)在防滲墻軸線基本重合，在帷幕灌漿時，多個孔段曾有劈裂壩體的現(xiàn)象出現(xiàn)。從灌漿資料分析，土壩壩體灌漿注入量較大，可以說明，由于灌漿作用，在壩體內(nèi)形成了一條連續(xù)的劈裂縫，雖然裂縫內(nèi)充填了大量漿液，但土體被人為劈開，尚未愈合完好。這一點與防滲墻檢查探坑揭露的情況是一致的。

由上所述，由于壩體土層松軟、施工外荷載的影響，灌漿對壩體產(chǎn)生劈裂，致使在壩體只有少數(shù)槽段開槽的情況下形成一條連續(xù)的裂縫。

5 壩體裂縫預(yù)防與處理措施

5.1 預(yù)防措施

a.盡量縮短成槽時間，減少澆筑隔離長度，盡早澆筑，控制澆筑強度（澆筑上升速度控制在2.0m/h以內(nèi)），可減少施工中裂縫的產(chǎn)生。

b.對已成槽段適時進(jìn)行擾動，避免出現(xiàn)泥漿離析改變性能現(xiàn)象。

c.鋪墊枕木前，壓實地面，避免重型機械在槽孔附近通行，不在槽口兩側(cè)堆放重物，同時加密枕木，減少地表比壓。

d.改善固壁泥漿性能，采用優(yōu)質(zhì)膨潤土制漿，嚴(yán)格控制泥漿比重、粘度、靜切力、泥餅厚度等技術(shù)參數(shù)，適當(dāng)摻加增強漿液粘滯度的外加劑，同時在泥漿中加入重晶石粉，平衡地層壓力。

5.2 處理措施

a.在裂縫末端設(shè)減壓井，以約束裂縫的進(jìn)一步發(fā)展。

b.沿裂縫下挖深1.0～2.0m、底寬0.5m左右的置換槽，回填粘土夯實。

c.縫面愈合不良時采用套管灌粘土水泥漿，控制灌漿壓力不超過5N/cm2。

6 結(jié)語

混凝土防滲墻技術(shù)已廣泛用于病險水庫土石壩的防滲加固中，是一項較為成熟的工程技術(shù)。由于水利工程施工邊界條件的復(fù)雜性，在土石壩防滲墻施工過程中壩體產(chǎn)生縱向裂縫，是常見的問題，如果因而造成防滲墻與壩體的分離，將影響到壩坡的穩(wěn)定，對工程的安全運行將產(chǎn)生重大的安全隱患。本文對彌勒縣白云水庫除險加固壩體防滲墻工程施工中壩頂出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行了成因分析，提出了預(yù)防裂縫及處理措施，旨在提高工程施工質(zhì)量，避免工程質(zhì)量隱患，保證工程安全、可靠地運行。