鳳凰水庫擴建工程土壩灌漿密實性檢測方法研究

李濟昌

（廣東建科源勝工程檢測有限公司,廣東 東莞 523710）

1 引言

對于運行很久的土壩或土石壩,壩身往往存在密實性差等安全隱患,需進行除險加固[1-3]。針對這種土壩（土石壩）一般采用灌漿方法進行加固[4-6],可以解決土壩壩體內有滲漏通道、軟弱層,壩后坡浸潤線出逸點過高,發生滲透破壞（管涌、流土）,土壩壩體由于不均勻沉陷而產生的裂縫,壩體內存在生物洞穴,如蟻穴、鼠洞、獾洞及腐爛樹根等問題。根據相關規范要求,土壩（土石壩）進行灌漿加固后,一般采用注水法[7-9]驗證其灌漿效果,該方法比較單一,為了保證檢測結果的準確性,提出增加高密度電法,與注水法共同驗證灌漿效果。

2 工程概況

鳳凰水庫位于風凰水上游,水庫壩址以上集雨面積5.37 km2,河長401 m,河道比降68.0‰。水庫功能以灌溉為主,兼防洪、發電等綜合利用為一體的?。?）型水庫。鳳凰水庫達標加固工程主要任務為消除工程安全隱患,充分發揮水庫防洪、灌溉效益。除險加固的主要建設內容包括：大壩壩體充填灌漿、重建大壩上游中部及上部混凝士面板、重建大壩上游下部干砌石護坡、硬化壩頂公路、重新修整大壩下游壩坡草皮護坡及排水溝與步級、修復加固溢洪道底板及邊墻、重建溢洪道下游側工作橋、重建輸水涵管進水口閘門啟閉機室、新建大壩安全監測設施。

3 注水法檢測

3.1 試驗方法

灌漿工程檢查孔使用鉆孔常水頭注水試驗,檢測示意圖見圖1。

圖1 機械注水法布置示意圖

3.2 檢測步驟

3.2.1 試驗程序

采用注水法進行灌漿密實性檢測的重要工作,內容包含：洗孔、下置栓塞隔離試段、儀器儀表安裝、水位測量等。在正式檢測工作開始前,需要對各種儀器的性能進行檢查,不合格的儀器嚴禁使用。

3.2.2 試驗隔離

在下栓塞前需要對工作管的情況進行監測,工作管不得有破裂、彎曲、堵塞等影響檢測結果的情況出現。接頭處需要設置止水措施。栓塞應設置在孔段內完整部位。

3.2.3 水位觀測

下栓塞之前需要對孔內的水位進行觀測,下栓塞隔離后需要再次觀測管內水位。水位觀測時間間隔為5 min,連續2次觀測水位變幅小于10 cm 即可停止觀測。

3.2.4 管內水位觀測

管內水位前5 次觀測,時間間隔為1 min,之后3 次,時間間隔為10 min。之后管內水位觀測時間間隔可根據管內水位下降速率進行調整,一般可按照30 min 間隔進行觀測。

3.2.5 流量觀測

在進行流量觀測時,時間間隔也需要進行調整。其中,前5 次觀測時,時間間隔為5 min；之后需要每20 min 觀測一次,連續觀測不少于6 次。在觀測過程中,當連續2 次量測的注入流量之差不大于最后一次注入流量的10%時,即可結束觀測,在實驗過程中,發現試段漏水量大于供水能力時,應記錄最大供水量。

3.3 滲透系數計算

當試驗土層位于地下水位以下時,采用下式計算試驗土層的滲透系數：

在不含水的干燥巖（土）層中注水時,如試驗段高出地下水位較多,介質均勻,且50 ＜H/r＜200,孔中水柱高度h≤l 時,可按下式計算滲透系數值：

式中：Q為注入流量；A為形狀系數；H為試驗水頭；l為試驗段長度；r為套管內半徑。

3.4 檢測結果分析

對鳳凰水庫擴建工程的壩體充填灌漿段進行常水頭注水試驗檢測,目的是檢查該壩體充填灌漿段滲透系數是否符合設計規范要求。

依據設計文件,該大壩中部松散層度最嚴重位置,也是灌漿最密最深的部位,挑選壩中樁號2 個注水試驗孔,一個為壩頂K0+110,孔號為ZX1；另一個為迎水面馬道K0+110,孔號為KX2。進行注水試驗,鉆進用108 mm 合金鉆頭成孔,5 m 為一試驗段。試驗觀測時間以5 min 為間隔,于注水管處加裝水表。經過灌漿處理后,大壩中部所測的滲透系數滿足設計要求,說明密實性好,見表1。

表1 注水試驗成果

4 高密度電法檢測

高密度電阻率法是電剖面法和電測深法的綜合,其工作的基礎主要是巖、土導電性存在一定的差異。人工將穩定電流作用于地下時,電流分布規律與巖土的導電性息息相關。因此,將全部電極置于觀測剖面的各測點上,利用電極轉換裝置和微機工程電測儀可實現數據的快速和自動采集,當將測量結果送入微機后,還可對數據進行處理并給出關于地電斷面分布的各種圖示結果。

高密度電法的作業流程如下：

（1）建立高密度電法的測線

高密度電法測線是根據設計方案和場地實際情況進行布置,在地表面大體沿直線布置勘探測線。每條勘探測線對應一個測線編號。根據地形起伏反應地表面以下一定深度范圍內的電阻率差異變化情況,和不同的電極選用方式快速完成多種電極裝置和多電極在觀測剖面上的電阻率法觀測。測線包括測線編號、起點坐標、終點坐標信息。

（2）現場數據采集

高密度電法技術野外工作測線布置根據勘探目的,結合場地情況（地質、地形等）,進行布線設網。電極數量、極距應根據勘探目標體的大小、埋深等因素進行選擇。

采用高密度電法中的溫納法對主壩壩體頂部、馬道進行隱患探測。高密度電法布設參數見表2。

表2 高密度電法布設參數

高密度電法檢測結果見圖2、圖3 和表3。根據檢測結果可以得知,鳳凰水庫大灌漿密實性良好。

圖2 測線1：壩頂（左岸～右岸方向）

表3 高密度電法反演數據判讀

圖3 測線2：馬道（左岸～右岸方向）

5 結論

（1）鳳凰水庫在長期的使用過程中出現了一定程度的破壞,結合工程實際情況和類似工程經驗,采用灌漿的方法進行除險加固。灌漿加固效果受到地層、施工方法影響較大,準確檢測灌漿效果是非常重要的。

（2）采用傳統的注水法進行灌漿密實性檢測方法較為單一,存在檢測結果出現誤差的可能,因此,提出增加高密度電法進行灌漿效果檢測。通過對鳳凰水庫灌漿效果進行檢測,鳳凰水庫的灌漿效果較好,滿足相關規范和設計要求。

（3）隨著科技的發展,土壩（土石壩）灌漿密實性檢測方法也有一定的改善,建議在后續工作中采用更加先進的手段進行檢測,以提高檢測工作效率和準確性。