彰武水庫壩前防滲粘土鋪蓋缺陷分析

彰武水庫壩前防滲粘土鋪蓋缺陷分析

0干旱陽沙河流域設(shè)計(jì)張武水庫位于河南省六安西南部25公里的河流流域偉涇支流楊河。它與10公里高的南海水庫形成一個(gè)漸進(jìn)水庫。小南海水庫控制流域面積850km2,現(xiàn)狀總庫容1.075億m3;彰武水庫控制小南海水庫以下區(qū)間流域面積120km2,現(xiàn)狀總庫容0.78億m3。彰武、小南海兩水庫控制流域總面積970km2,占安陽河總流域面積的50.5%,為安陽市以上的63.8%,為安陽河的防洪發(fā)揮了巨大作用。彰武水庫建筑物由大壩(主、副壩)、溢洪道、輸水洞和電站四部分組成。從現(xiàn)狀查勘、分析來看,水庫的壩前防滲粘土鋪蓋先天不足,左段臺地清基不徹底,自然鋪蓋含鈣質(zhì)結(jié)核薄厚不均,存在滲流破壞隱患,需進(jìn)行防滲加固。但現(xiàn)狀鋪蓋缺失反濾層,采取補(bǔ)救措施彌補(bǔ)缺陷繼續(xù)利用困難太大,因此,本次設(shè)計(jì)壩基防滲加固采用垂直防滲。大壩防滲處理采用混凝土防滲墻垂直防滲和壩坡土工膜防滲相結(jié)合的方式,整個(gè)大壩形成一個(gè)封閉的防滲體,本文重點(diǎn)分析混凝土防滲墻防滲方案。1壩體防滲方案比選根據(jù)多年運(yùn)行觀測,壩基滲透薄弱部位位于主河槽和主副壩結(jié)合處,副壩位于安陽河左岸的二級階地上,雖然基礎(chǔ)下部膠結(jié)松散的礫巖屬強(qiáng)透水層,但基面高程已達(dá)132.0m,高于正常蓄水位1.0m,最大壩高僅7m,滲流對大壩穩(wěn)定安全影響不大,本次設(shè)計(jì)垂直防滲工程只是針對主壩段和主副壩結(jié)合段。為了取得較好防滲效果,避免出現(xiàn)接觸沖刷,垂直防滲體頂部應(yīng)伸入壩體,底部應(yīng)伸入基巖。根據(jù)大壩上游坡現(xiàn)狀平臺設(shè)置,123.0m平臺位于主壩壩腳處,132.0m平臺貫通主副壩,對垂直防滲體頂部高程設(shè)置做了兩個(gè)方案比較,方案一:垂直防滲體頂部高程主壩部分位于123.0m平臺,隨著向副壩延伸頂部高程漸變到132.0m;方案二:沿大壩132.0m平臺向下做垂直防滲體。經(jīng)比較,方案一工程量小,但主副壩結(jié)合段垂直防滲體頂部高程變化大,施工過程復(fù)雜;方案二垂直防滲體頂部高程一致,施工方便,防滲體頂部高程高于正常蓄水位1.0m,不僅解決了壩基防滲,而且還加強(qiáng)了壩體防滲,但工程量較方案一增加許多。考慮1994年水庫除險(xiǎn)加固時(shí)已從上游123.0m平臺向上對大壩進(jìn)行培厚,從一定程度上彌補(bǔ)了大壩建筑質(zhì)量差的缺陷,本著安全、經(jīng)濟(jì)、適用的原則,采用方案一:垂直防滲體向下穿過砂卵石層深入基巖0.5m。大壩垂直防滲體比較了混凝土防滲墻和高壓噴射灌漿兩種方案。(1)高壓噴射灌漿方案:高壓噴射灌漿是借助數(shù)十兆帕的高壓射流沖切摻攪地層,漿液只在射流的范圍內(nèi)擴(kuò)散,與地層顆粒摻拌形成復(fù)合防滲體,基本不改變地基整體應(yīng)力狀態(tài),具有較好的可控性和可灌性。高噴灌漿有關(guān)技術(shù)要求如下:(1)范圍:高噴防滲范圍包括主壩和主副壩結(jié)合處。為使高噴板墻與上、下兩界面牢固結(jié)合,達(dá)到更好的防滲效果,高噴板墻伸入壩體,底部應(yīng)伸入基巖0.5m左右,底部高程隨河床而變化。(2)設(shè)計(jì)要求:要確保防滲墻的連續(xù),且成墻厚度不少于0.3m。鉆孔總誤差要求控制在5‰以內(nèi)。要求避免壩體接觸沖刷,消除壩體險(xiǎn)情。(3)噴射方式:采用擺噴的噴射方式。(4)孔、排距:采用單排孔,孔距1.5m。該方案投資共946.5萬元。(2)混凝土防滲墻方案:作為垂直防滲技術(shù),混凝土防滲墻是粒狀底層的主要防滲手段。它的主要優(yōu)勢是:墻的厚度可以得到有效控制,墻段之間結(jié)合緊密,幾乎達(dá)到完全止水的程度,墻體施工便于操作。選用沖擊鉆機(jī)配合液壓抓斗成槽法開槽,采用塑性混凝土作為墻體材料,墻體厚度確定為0.5m。該方案投資共1003.9萬元。方案比較:高壓噴射灌漿方案施工工藝簡單,施工效率高,對砂卵石層的防滲比較有效,但施工過程中由于滲流作用,水泥顆粒有可能被滲透水流帶走,對鉆孔誤差要求較高,成墻厚度不易保證。近十多年,混凝土防滲墻施工技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展迅速,新技術(shù)、新材料和新工藝的推廣降低了施工難度,已較廣泛應(yīng)用于病險(xiǎn)水庫土石壩的防滲加固,采用沖擊鉆配合液壓成槽機(jī)開槽成墻,成墻厚度均勻,連續(xù)性好,對地基適應(yīng)性強(qiáng),雖然工程投資略高于高噴方案,但施工質(zhì)量可靠,防滲效果好,所以,本次設(shè)計(jì)采用“置換型”的混凝土防滲墻方案。2混凝土防滲透墻設(shè)計(jì)2.1孔隙率的變化混凝土防滲墻頂部自大壩上游坡123.0m高程平臺向副壩延伸漸變至132.0m高程,造孔自樁號0-180～0+680,全長890m,防滲墻底部原則上嵌入相對不透水層0.5m左右?；炷练罎B墻深度0～22m,主壩段平均深20m。2.2材料法和理論法防滲墻的厚度應(yīng)滿足墻體抗?jié)B性、耐久性和滿足墻體應(yīng)力和變形的要求,同時(shí)還應(yīng)考慮到地質(zhì)情況及施工設(shè)備等因素。由于國內(nèi)防滲墻設(shè)計(jì)無規(guī)范,防滲墻的滲透計(jì)算和滲透穩(wěn)定分析以及強(qiáng)度、變形計(jì)算尚無規(guī)范的計(jì)算方法和理論。設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)防滲墻破壞時(shí)的水力坡降確定墻體厚度(δ),計(jì)算公式如下:式中:ΔHmax為作用在防滲墻上的最大水頭差(m);K為抗?jié)B坡降安全系數(shù),一般取3～5;Jmax為防滲墻滲透破壞坡降,取300。根據(jù)已建成的混凝土防滲墻統(tǒng)計(jì),防滲墻允許承受的水力坡降Jp=Jmax/K,可達(dá)到100,當(dāng)K=5時(shí),Jp為60,假定防滲墻承受的最大水頭差與壩前水深相同,計(jì)算得δ=0.2～0.33m即可滿足要求。為節(jié)約材料,降低成本,在滿足結(jié)構(gòu)要求和安全要求的情況下,混凝土防滲墻可以做得薄一些,但墻體厚度也會受造孔機(jī)具限制,參考省內(nèi)類似工程經(jīng)驗(yàn),大壩混凝土防滲墻墻體厚度確定為0.5m。2.3應(yīng)變極限應(yīng)變值大、特點(diǎn)參考國內(nèi)外已建防滲墻的經(jīng)驗(yàn),一般采用塑性混凝土作為墻體材料。這種材料有抗?jié)B性能好、變形模量低、極限應(yīng)變值大、適應(yīng)變形能力強(qiáng)等特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)采用塑性混凝土作為墻體材料。塑性混凝土防滲墻的設(shè)計(jì)指標(biāo)為:彈性模量600～900MPa,28d抗壓強(qiáng)度≥2.3MPa,滲透系數(shù)<(1～9)×10-8cm/s。參考配合比見表1。施工時(shí)混凝土配合比需經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)后確定。2.4施工質(zhì)量控制為滿足施工場地的要求,將123m平臺向上游擴(kuò)展填筑12m寬的施工平臺。同時(shí),為保證施工的正常進(jìn)行及水庫的安全,施工期間庫水位應(yīng)低于施工平臺2m,即121.0m高程以下。(1)修筑導(dǎo)墻導(dǎo)墻是挖掘機(jī)具造孔澆筑防滲墻的重要組成部分,其對造孔起著導(dǎo)向和定位控制作用,同時(shí)還起著槽孔護(hù)壁和外部荷載的支撐作用。導(dǎo)墻設(shè)計(jì)為1.2m高的L形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),混凝土強(qiáng)度等級采用C20,墻頂厚0.2m。兩導(dǎo)墻間距為0.55m。施工時(shí),要保證導(dǎo)墻的縱向分段與地下連續(xù)混凝土墻的分段錯(cuò)開一定距離,同時(shí),墻面與縱軸線的距離偏差不大于±10mm,兩條導(dǎo)墻間距偏差不大于±5mm。(2)成槽方法成槽方法應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、工期等因素選擇。根據(jù)彰武水庫自身特點(diǎn),參考類似工程的經(jīng)驗(yàn),綜合考慮后,選用沖擊鉆機(jī)配合液壓抓斗成槽法開槽,即“兩鉆一抓”法。(3)槽段劃分混凝土防滲墻一般需要分成若干個(gè)單元墻段逐個(gè)施工,而澆筑單元墻段前須先鉆挖槽孔。槽孔的劃分與施工順序、造孔方法等有關(guān),本次采用兩序間隔法,槽孔分兩期進(jìn)行施工。槽孔長度劃分應(yīng)盡量減少墻段接頭,以有利于快速、均衡和安全施工,本次設(shè)計(jì)槽孔定為6m。槽孔的劃分和長度在具體施工時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。(4)護(hù)壁泥漿護(hù)壁泥漿一般由水、粘土及化學(xué)處理劑組成。泥漿用水可從庫區(qū)直接抽取,配制前應(yīng)進(jìn)行水質(zhì)分析。土料選擇優(yōu)先采用膨潤土,也可根據(jù)實(shí)際情況選擇當(dāng)?shù)貪M足施工條件和造孔工藝的粘土。若選用當(dāng)?shù)赝亮?采用前應(yīng)進(jìn)行物理試驗(yàn)、化學(xué)分析和礦物鑒定,以選擇粘粒大于50%、塑性指數(shù)大于20、含砂量小于5%、二氧化硅與三氧化二鋁含量比值為3～4的粘土為宜。泥漿的性能指標(biāo)和配合比必須根據(jù)地層特性、造孔方法、泥漿用途,通過試驗(yàn)加以選定。(5)墻體澆筑混凝土連續(xù)墻的澆筑需先擬定合理可行的澆筑方案。澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,若因意外事故造成混凝土灌注中斷,中斷時(shí)間不得超過30min。混凝土面上升速度應(yīng)大于2m/h,混凝土的塌落度為18～22cm,擴(kuò)散度34～40cm。澆注過程中若發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管漏漿或混凝土中混入泥漿,要立即停止?jié)补??；炷吝B續(xù)墻必須滿足外形尺寸、澆筑高度等技術(shù)性能指標(biāo),墻體要均勻、完整,不得存在夾泥漿、夾泥斷墻等嚴(yán)重質(zhì)量缺陷,墻段之間聯(lián)接要緊密,墻底與基巖的接觸帶和墻體的抗?jié)B性能要滿足設(shè)計(jì)要求。(6)施工中應(yīng)注意問題防滲墻施工過程中,造孔質(zhì)量是保證防滲墻質(zhì)量的首要環(huán)節(jié),同時(shí),造孔時(shí)間占總工期的2/3以上,是制約工期的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。施工中應(yīng)采取預(yù)防偏孔措施,有效地防止或減少偏孔,使孔斜控制在允許范圍內(nèi)。保證混凝土防滲墻施工質(zhì)量和速度的關(guān)鍵在于開槽的連續(xù)性、澆筑的及時(shí)性,并且要把泥漿固壁作為一個(gè)重要的施工環(huán)節(jié)去對待,否則,一旦出現(xiàn)塌孔,將導(dǎo)致施工中斷,而斷開段的處理相當(dāng)困難。因此,各工序必須嚴(yán)格按規(guī)程進(jìn)行操作,控制進(jìn)度和質(zhì)量,同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的維修養(yǎng)護(hù),保證完好率,確?；炷练罎B墻連續(xù)作業(yè),達(dá)到保證混凝土防滲墻施工質(zhì)量的目的。(7)質(zhì)量檢查按照規(guī)范,質(zhì)檢人員應(yīng)對槽孔建造、泥漿配置及使用、清孔換漿、混凝土澆筑等質(zhì)量進(jìn)行檢查與控制。成墻一個(gè)月后,應(yīng)打檢查孔檢查混凝土防滲墻的澆筑質(zhì)量。檢查內(nèi)容為墻體的均勻性、可能存在的缺陷和墻段接縫。檢查可采用鉆孔取芯和其它無損檢測等辦法。檢查孔的位置和數(shù)量由發(fā)包單位、監(jiān)理單位會同有關(guān)單位研究決定,檢查孔的數(shù)量最少每槽段應(yīng)設(shè)一個(gè)。3復(fù)合土工膜規(guī)格本次設(shè)計(jì),上游壩坡混凝土防滲墻以上到壩頂統(tǒng)一鋪設(shè)一層防滲復(fù)合土工膜,復(fù)合土工膜防滲結(jié)構(gòu)自上而下依次為250mm厚的護(hù)坡干砌塊石、200mm厚粒徑2～40mm的級配碎石、100mm厚的砂礫石、復(fù)合土工膜、150mm厚的粗砂墊層。復(fù)合土工膜規(guī)格的選擇與下墊層平整度、材料允許拉應(yīng)力、材料彈性模量、鋪設(shè)范圍內(nèi)的最大水頭及覆蓋層最大粒徑等有關(guān),土工膜厚度設(shè)計(jì)除應(yīng)考慮主要由水壓力要求的強(qiáng)度外,尚應(yīng)考慮暴露、埋壓、氣候、使用壽命等應(yīng)用條件,并按國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定確定