堿廠水庫除險加固工程大壩凝漿技術剖析

劉海龍,盧 敬,計保權

(興城市水利局,遼寧興城 125100)

1 工程概況

堿廠水庫坐落于遼寧省葫蘆島市興城堿廠鄉境內,是一座集灌溉、城市供水、防洪、發電、養魚等為一體的綜合性利用水庫。庫容為4 889.9萬 m3。水庫位于煙臺河的中上游,控制面積126.3k m2,壩址以上河道長度為17 k m,河道比降為12‰.水庫下游至入海口約為27k m,流經堿廠、南大、沙后所、望海、海濱等 5個鄉鎮注入渤海。

該水庫于2004年 5月被水利部門專家組核定為三類壩,需對水庫大壩進行防滲處理,從根本上消除滲透破壞對大壩安全所帶來的隱患,確保水庫大壩自身的安全及下游人民群眾的生命財產安全。本工程于 2007年 4月開始施工,采用高壓擺噴注漿法,注漿長度127 m,鉆孔數 81個,孔間距1.6 m,鉆孔總深度1 752.03m,擺噴總深度1 519.56 m。工程總投資128.80萬元。

2 水文與氣象

堿廠水庫壩址在煙臺河中游,屬北溫帶大陸性氣候區,冬季嚴寒少雪,夏季炎熱多雨,春秋涼爽多風,可謂四季分明。流域內降水主要受華北氣旋、臺風及高空槽等天氣氣流影響。多年平均降水量610mm,多集中在 6、7、8這 3個月,約占全年總降水量 78%。降水的年變化也很大,豐、枯水期的降雨量比值可達 3倍以上。流域內的多年平均徑流深為215mm,時空分布受降水影響也極為不均勻。多年平均蒸發量(20 c m口徑)為1 715 m m。該流域面積為126.3k m2,河道比降 12.0‰,水文分區為Ⅵ1區。

3 大壩防滲加固治理方案

3.1 治理的目的與技術要求

通過對壩體(含壩體下伏的卵礫石層)擺噴治理,達到增強壩體抵御洪水能力,提高防滲性能:對壩基(強風化基巖)實施高壓帷幕灌漿,堵塞滲透裂隙,極大減少壩基的滲漏。排除壩體壩基自身隱患。

3.2 治理技術

該項工程治理基本技術要求由朝陽水利水電設計院提出:

1)壩體松軟體、第四系卵礫石土擺噴技術要求:鉛直位置:自壩基基巖面至85.67 m水平高度;采用二重管法施工,設計防滲加固厚度0.50 m,鉆孔中心距1.6 m沿壩軸線等距布孔;導孔鉛直,孔徑127 m m,導孔鉆入壩基基巖 0.5～1.0 m;漿液配比:水:干料比選0.8～1.5,干料選325#普通硅酸鹽水泥與黏土(1P=10～17),水泥與土的混合比,壩體部位 1∶1,壩基部位 2∶1,鉆機就位誤差 ＜50mm,注漿管提升段落搭接長度≥100 m m;施工前左試驗施工,確定具體施工參數,工程結束28 d后,可選用壓水試驗等方法對施工質量進行檢測,加固后的壩體滲透系數應 ＜10-5c m/s。

2)基巖壩基(中-強風化帶)帷幕灌漿技術要求:帷幕的鉛直位置,至本段基巖壩基起至64.49m高程,進入透水率＜5 L u的微風化巖5 m,鉆孔就位偏差＜50 m m;鉆孔沿壩軸線單排孔同次序等距布置,分三序施工,逐漸加密,設計帷幕厚度2 m。孔徑 75～110 m m,每鉆進10 m測斜一次;灌漿壓力0.1～1.2 MP a,漿材選擇P O32.5普通硅酸鹽水泥,水灰比5:1～0.5:7級逐漸變換。具體參數通過現場導孔壓水試驗確定。灌漿前應沖洗鉆孔至水清砂凈,孔底沉淀物不超過200mm;質量檢查應在完工后40 d后進行,檢孔數為 10%,從上至下逐段壓水,最后全孔灌漿,壓力為0.1 MP a。

4 次治理的重點、難點與工作思路及對策

4.1 治理重點

本次治理的重點在主壩與左側副壩連接處一帶的基巖壩基滲漏、主壩及壩基的加固防滲治理。

4.2 本次治理的難點及對策

主壩中間段壩基成孔是難點,特別是在壩體下有平均3.7m的卵礫石層,該層鉆探工藝復雜,鉆進過程中坍塌、掉塊嚴重,成孔十分困難。為防止沖洗液消耗過大,應采用高黏度優質泥漿及投球工藝方法進行處理;施工場地過小是影響施工的主要因素,原材料運送受阻,多臺設備同時開展工作,易造成窩工現象,為最大限度避免該現象的發生,采取跳躍式推進方式施工。

5 工作量布置與治理方案的優化

5.1 招標文件(設計)布置工作量

主壩壩體實行高壓擺噴注漿位置:從Z K5-Z K12號孔,長度 127 m,鉆孔數 81個,孔間距 1.6m,鉆孔總深度1 752.03 m,擺噴總深度1 519.56 m。

壩基帷幕注漿治理位置:從Z K12-1～Z K16號孔,長度68 m,鉆孔數 35個,孔間距2 m,鉆孔總深度1 842.45 m,帷幕灌漿總深度479.5m。另外,在Z K 12-1～Z K12為擺噴河帷幕灌漿重合部位。

5.2 治理方案的優化

壩體防滲體填筑材料大部分為粉質黏土和粉土。而高壓擺噴注漿適用地層廣,特別在標貫擊數N＜10的黏性土、粉土和黃土中易取得較好效果。其特點是:半置換法形成防滲體,其固結體強度高、影響半徑大,因此壩體加固防滲選擇高壓擺灌注漿方案。

Z K12-1～Z K16孔基巖壩基由花崗巖長巖、閃長玢巖組成,其中:花崗閃長巖上部為強風化帶,風化節理、裂隙發育,具有面性網格特征,屬散狀滲漏類型;閃長玢巖脈為后期侵入至花崗閃長巖中,受應力作用,脈體本身與圍巖接觸帶附近發育有 3～4組節理,呈相互交切、密集狀,具有連通性河方向性,屬帶狀滲漏類型。適宜高壓帷幕注漿。

6 擬采用的技術方法和手段

6.1 施工前準備

①設備進場前要做到“三通一平”。②場地布置力求合理,有利于平行交叉作業,“三廢”排放應符合環保要求,做到文明施工。③設備供電、供水系統,設備、機具、材料配備齊全。④對設計測量資料進行檢查,復核測基線河基點,標定鉆孔樁位和高程。⑤設備安裝就位之后,應精心調平,確保施工中不發生傾斜、移位。作業之前,設備應先試運轉檢查,以防止施工中發生機械故障。

6.2 工程鉆探

根據大壩地質條件,本次采用硬質合金、金剛石回轉鉆進工藝方法。粉質黏土及卵礫石層中采用硬質合金鉆進,基巖采用金剛石鉆進。

6.3 治理成果檢測

工程結束后,對治理成果進行檢測。壩體旋噴采用物測小應變及鉆探取芯檢測。壩基帷幕注漿采用壓水法檢測。檢測數量兩種方法各選擇 2～5孔。

堿廠水庫除險加固工程施工的主要建筑材料有水泥、砂、碎石、塊石、土石方、鋼筋,經我公司考察、分析,公司將組織有利的物資供應部門嚴格控制建筑材料質量,保證供應,以求優質、高效,按期完成本標段的任務。

7 建 議

1)高噴灌漿主要靠機械作業,機械故障率高,影響施工進度,應定期有專業人員進行檢查、維修,并備足經常容易出現壞件的備件或成套機具。

2)施工過程中應加強環境報紙的措施,做到不污染土地及河流,控制噪聲,防止擾民。

3)在每道施工工序施工前,必須做好自檢驗收隱蔽工程的工作,同時自檢不合格及不經現場監理人員驗收的不允許下道工序施工,并做好試件取樣工作。