延安市紅莊水庫單薄山梁帷幕防滲處理淺析

馮 峰

1 工程概況

延安市紅莊水庫寶塔區河莊坪以北萬莊溝出口,距延安市10km,水庫樞紐主要由大壩、溢洪道、輸水洞及供水管網組成,設計大壩為均質土壩,壩高50.6 m,壩頂高程1036.6 m,正常蓄水位1031.6 m,總庫容952萬m3,是以城市供水為主的小(Ⅰ)型水工建筑物。

大壩左岸單薄山梁帷幕防滲灌漿經歷了三個階段,取得了防滲處理的成功經驗。紅莊水庫的地理位置及所發揮的重要供水任務對延安來說相當關鍵,建設過程中針對左岸特殊的地質情況,復雜的滲漏形式,采取多樣的處理手段。

2 單薄山梁的地質構造及前期帷幕設置

2.1 地質概況

工程區位于陜北黃土高塬腹地,延河中游的黃土丘陵溝壑地形區,左岸單薄山梁接近于南北走向條形山體,山梁寬50 m～200 m,山脊高程1070.5 m,山脊堆積物屬風積Q2～Q4黃土,厚度10 m～20 m,山脊東坡多堆積Q3～Q4黃土夾碎石層,厚度2 m～10 m,坡面呈30°～40°斜坡,基巖零星出露,山脊西坡多呈風坡堆積物,厚度5 m～10 m,坡面上緩下陡,呈45°～50°坡腳基巖裸露。

河谷區漫灘高程 985 m～991 m,呈“U”形發育,河谷底寬80 m～90 m,漫灘寬度30 m～40 m,河床兩岸一級階地呈條帶狀分布,左岸山坡以坡積為主,局部地段基巖大面積裸露。據前期地勘資料:左右兩岸較大支溝內泉水出露高程1032 m以上,地下水補給庫水,水庫蓄水后不存在永久滲漏。

2.2 地層巖性

單薄山梁出露的地層為侏羅系中統延安組棗園段(J2Y2)沉積巖及第四系松散堆積物,巖性為砂巖與泥(頁)巖互層,砂巖:灰綠色、灰白色,泥質膠結,中細粒結構,主要礦物成分以長石及石英為主,厚度1 m～5 m,最大 10 m,泥巖:灰綠、灰褐色,泥質結構,頁理發育,局部夾20cm左右黑色油頁巖,厚度一般0.5 m～2.0 m;第四系堆積層主要以坡洪積為主,廣泛分布于左岸山前斜坡。

2.3 地質構造

工程區地處鄂爾多斯地臺向斜的陜北臺凹東南部,地層平緩,構造簡單,區內無大的斷裂,褶皺發育和大的破碎帶。新構造運動以大面積緩慢抬升為主,巖層傾向 NW,傾角 1°～5°,發育為兩組棋盤格式高角度張扭性裂隙,以走向NWW向一組最為發育,與其相交的另一組不太發育,其傾角多在 70°～80°,“X”形節理性裂隙主要發育在砂巖中,延伸段常垂直層面,而終止于上下泥巖中,再將表層巖體切割成無拉張力的棱形碎塊。裂隙寬度一般1cm～5cm,最寬15cm,形成范圍較大的風化卸荷裂隙帶,風化帶厚度一般10 m～15 m,最厚達到31.5 m。

2.4 地下水位(水文地質條件)

從表面現象看較大支溝及基巖表層較高位置有泉水出漏,分析可知均為上層滯水或層間水的溢出點,并不能代表左岸巖體為含水巖體,不是單薄山梁的真實水位,經過后期施工反復測量,山梁地下水位在995 m～996.0 m高程,遠低于庫水位,水庫蓄水后庫水補給地下水。根據山脊ZK8勘探孔揭示989.0 m高程,巖體透水率 q=15.6 Lu(河床基巖981.0 m),而水庫防滲標準 q＜5 Lu。

2.5 防滲帷幕

前期帷幕采用兩段組合疊加:左岸帷幕底線坡腳高程992.0 m,坡肩高程996.0 m,帷幕長59.8 m,單排布設,單薄山梁帷幕底線高程1005.0 m,帷幕長64 m,孔距1.2 m,雙排梅花狀布設,兩條帷幕軸線順時針呈147°的夾角。

3 帷幕灌漿施工

水庫在進行兩次調蓄中根據滲漏點的位置及量的變化,防滲處理經歷了三個階段:

第一階段:按前期帷幕設置完成了兩條帷幕施工,2003年7月開始,2004年5月結束。灌漿參數:灌漿壓力0.2MPa,0.4MPa,0.6MPa,0.8 M Pa,1.0MPa(壓力隨深度而增大);灌漿材料:秦嶺細 P.O42.5R 水泥;漿比 5∶1,3∶1,2∶1,1∶1,0.8∶1,0.6∶1六級 ;灌漿方法:循環式(符合水泥灌漿施工技術規范)。灌漿結束后2004年5月蓄水,水位蓄至1009.0 m時,在壩體左肩下游高程1004.0 m時出現滲漏,水位蓄至 1014.0 m時最大滲漏量168.0 m3/d。

第二階段:滲漏發生后主管部門在現場調研的基礎上采取了補救措施,認為屬基巖表層滲漏,在原帷幕上游增加截滲帷幕(以表層固結為主)。2004年 6月開始至 2004年11月結束,灌漿壓力調整為:0.3MPa,0.5MPa,0.8MPa,1.0MPa,其他參數未變,結束后2004年10月開始二次蓄水,2005年2月24日水位至1014.0 m時原出漏點再次發現漏水,水位蓄至1017.4 m時,最大滲漏量105 m3/d。

第三階段:針對兩次蓄水后的滲漏,主管部門會同各方進行現場調研,反思了前段工作的不足,開展第三步防滲處理。重新進行左壩肩帷幕灌漿試驗(以斜孔為主),補設滲流觀測孔,增設了兩條壓力充填帷幕軸線。對灌漿方法、參數(壓力、漿比、段長)、灌漿工藝、灌漿材料進行了重新調整。

灌漿方法上采用壓力充填灌漿與帷幕灌漿相結合方法,先期進行壓力充填后進行帷幕灌漿。材料選取上充填灌漿以黏土為主,基巖段采用添加小于3%的水泥作為膠凝材料,帷幕灌漿以水泥為主。

灌漿壓力:充填灌漿采用0.2MPa,0.3MPa,0.5MPa,帷幕采用0.2MPa,0.3MPa,0.4MPa,0.5MPa,0.6MPa,0.7 M Pa,0.8MPa,1.0MPa(增幅變小)。

漿比:風化帶采用3∶1,2∶1,0.8∶1,0.6∶1 四個級比(可增加適量固體材料),充填采用1.3,1.4,1.5三個級比(水泥添加量小于3%)。

完成施工后2005年5月水庫第三次蓄水,水位1014.5 m時未發現滲漏,2007年最高蓄至1018.6 m時,未發現明顯漏水,灌漿取得了階段性勝利。

針對陜北沉積巖系(單薄山梁)的防滲處理,其經歷過程是曲折的,進行了多次試驗,采用了多種方法,改進了施工工藝,廣泛采用了新技術、新材料,在堅持、堅持、再堅持的循環工作中我們取得了成功,但也暴露出許多不足:

1)對風化卸荷裂隙帶掌握了解的情況較少,限制了方案的制定。

2)施工方法比較單一,針對復雜地形,缺乏全方位思考。

3)施工工藝、材料及灌漿參數的選取沒有根據當地實情因地制宜。

4)沒有形成一個長期有效的觀測管理機制,對復雜地段缺乏建立一個系統監測體系。

4 結語

近年來針對陜北沉積巖系(單薄山梁)進行防滲帷幕處理的實例比較少,可供借鑒的資料缺乏,紅莊水庫建設以來,滲漏問題倍受關注,其間方案進行了多次調整,歷時五年時間,基本解決了單薄山梁的滲漏問題,現將施工過程中幾點感受總結如下:

1)防滲帷幕的總體布置應采取上堵下排方針,帷幕底線的設置(地質詳勘為主)要以壩基鉆孔兩段透水率小于5 Lu(防滲標準)的底線為準,設置以截地式帷幕最好且帷幕盡量連續。

2)基巖段的帷幕設置最好先澆筑混凝土蓋板或上部5 m以內先期進行固結灌漿,使其先形成一定蓋重,再進行帷幕軸線設置,單薄山梁壩軸線下游需布設一定數量排水孔。

3)在進行灌漿施工前先進行觀測孔的布設及帷幕灌漿試驗,確定適宜于該地段的灌漿參數、灌漿壓力、漿比、段長。有了準確的第一手數據資料,操作起來可以達到事半功倍的效果。

4)針對單薄山梁強風化帶的防滲處理,采取多種防滲手段相結合,優先選用低成本的材料,在重要部位集中處理,效果明顯且可降低工程成本。

[1] 劉 翔,陳宇翔.四嶺水庫大壩混凝土防滲面板施工技術

[J].山西建筑,2009,35(2):353-354.