于 蓉,劉 巍,韓煥慶
(泰安市水利和漁業(yè)局,山東 泰安 271000)
南白樓水庫位于泰安市岱岳區(qū)夏張鎮(zhèn)南白樓村,控制流域面積27.4 km2。水庫于1959年10月興建,1960年5月底竣工建成,是一座防洪、農(nóng)業(yè)灌溉及水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的?。?)型水庫。南白樓水庫原設(shè)計洪水50年一遇,校核洪水200年一遇??値烊?264萬 m3,死水位 105.30 m,死庫容 22萬 m3,興利水位111.50 m,興利庫容118萬m3,設(shè)計洪水位113.85 m,校核洪水位114.25 m。大壩分兩段,溢洪道左側(cè)為主壩段、右側(cè)為副壩段,均質(zhì)土壩。主壩段現(xiàn)狀壩頂高程116.20~116.60 m,最大壩高13.3 m,壩長200 m,壩頂寬3.1~4.1 m,無防浪墻,迎水坡為干砌石護(hù)坡,背水坡為草皮護(hù)坡,壩后無排水體;副壩段現(xiàn)狀壩頂高程為115.00~115.80 m,最大壩高5.3 m,壩長250 m,壩頂寬1.5~3 m,無防浪墻,迎、背水坡均為土坡,壩后無排水體。
該工程經(jīng)多年運(yùn)行,老化損壞嚴(yán)重。壩體施工時采用人工推土筑成,分層夯實方法,填筑質(zhì)量差,壩基未經(jīng)防滲處理,大壩存在安全隱患。為保證下游群眾、耕地及公路安全,對水庫進(jìn)行除險加固十分必要。
南白樓水庫壩基主要由第四系松散覆蓋層及寒武系頁巖組成。覆蓋層中細(xì)砂層為稍密~中密,分選性較差,該層分布于主壩,厚度2.0~4.8 m,主河床較厚。干密度平均值為1.59 g/cm3;孔隙比平均值0.678;相對密度平均值0.59;滲透系數(shù)為2.17×10-3cm/s,具中等透水性,為壩基滲漏主要通道。
大壩壩基的滲漏成因主要是清基不徹底,砂層貫通形成滲漏通道,地下水連通性好形成滲漏。
根據(jù)南白樓大壩壩基地質(zhì)情況,參照類似工程經(jīng)驗,壩基防滲加固可供選擇的有高壓擺噴防滲墻和水泥攪拌樁防滲墻2個方案。
1)高壓擺噴防滲墻方案。該方案是采用高壓擺噴混凝土防滲墻作為壩體防滲體,施工場地要求不高,不存在塌孔的問題,可控性好。根據(jù)該水庫壩基覆蓋層的地質(zhì)特性,設(shè)計旋噴樁采用單排布置,噴射直徑 D≥1.5 m,孔距 1.3 m,折角 25°,擺角 30°(±15°),搭接長度≥20 cm,防滲墻厚度≥15 cm,墻下部深入強(qiáng)風(fēng)化基巖0.5 m。此防滲墻工程投資約為51.6萬元。
2)水泥攪拌樁防滲墻。該方案是利用深層攪拌水泥土樁形成連續(xù)墻作為壩體防滲體。此方案適用于較密實的砂層,也可以進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖石的頂部0.5 m。但成墻效果難以保證,適應(yīng)性比較低,對于含礫石砂層攪拌效果差,施工質(zhì)量難以保證。根據(jù)該水庫壩基覆蓋層的地質(zhì)特性,設(shè)計旋噴樁采用單排布置,成樁直徑大于530 mm,樁中心間距430 mm,樁柱搭接長度100 mm,帳幕成墻最小有效厚度為300 mm。樁底深入壩基不透水層不小于0.5 m。此防滲墻工程投資約為56.1萬元。
通過方案比較可見,高壓擺噴防滲墻方案具有施工工藝簡單,節(jié)省材料,工程投資相對較低;另外,白樓水庫壩后即為南白樓村,上壩交通不便,需穿行村莊,路窄彎急,大型設(shè)備難以運(yùn)輸?shù)轿?,而高壓擺噴施工設(shè)備較小,便于運(yùn)輸,施工速度較快。綜合比較,確定采用高壓擺噴防滲墻方案。
南白樓水庫壩基高壓擺噴防滲墻為折板式結(jié)構(gòu) (詳見圖1)。墻體技術(shù)指標(biāo):墻體28 d抗壓強(qiáng)度≥2 MPa、滲透系數(shù)≤3×10-7cm/s、破壞坡降≥500,允許坡降取100。
灌漿材料使用R325號普通硅酸鹽水泥,純水泥漿,漿液密度≥1.5 g/cm3,水灰比1.0左右。使用減水劑,摻量為水泥重的1%。本工程墻體凝結(jié)后為水泥黏土砂漿體,28 d后有較高的強(qiáng)度、較小的滲透系數(shù)和較大的破壞坡降。
圖1 高壓擺噴防滲墻結(jié)構(gòu)示意圖
1)施工前的準(zhǔn)備。場地平整,確保施工場地 “三通一平”;樁位放樣;修建泥漿池、排污和灰漿拌制系統(tǒng);水泥漿配制采用32.5級普通硅酸鹽水泥,水灰比1∶1,漿液密度約 1.4~1.7 g/cm3。 水泥漿充分拌制并經(jīng)過濾后存入貯漿桶。
2)鉆機(jī)引孔。樁位定出后,引孔鉆機(jī)就位、調(diào)平,確保鉆桿垂直。在鉆進(jìn)的過程中隨時觀察鉆桿的垂直度,確保引孔的垂直度不超過1%。引孔深度比設(shè)計深度深0.5 m,防止引孔深度不足,影響擺噴樁質(zhì)量。為了防止引孔過程中發(fā)生坍孔,采用泥漿護(hù)壁。泥漿密度為1.1~1.2 g/cm3,泥漿可用膨潤土配制,配比水:膨潤土為 1∶0.07~0.1。
3)噴灌。擺噴機(jī)就位后,進(jìn)行調(diào)平、對中,調(diào)整其垂直度,保證三重管垂直度誤差小于1%,提噴前應(yīng)調(diào)試水泵、空壓機(jī)、泥漿泵,使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常;然后下管至孔底;校驗三重管長度,并用紅油漆在鉆塔旁標(biāo)注深度線,保證樁體頂?shù)讟?biāo)高滿足設(shè)計深度。
下管過程中注意記錄好鉆桿投放節(jié)數(shù),以保證擺噴深度的準(zhǔn)確性。
4)擺噴提升。下管到設(shè)計深度后,接通泥漿泵,然后由下向上擺噴,同時將泥漿清理排出。噴射時,應(yīng)先達(dá)到預(yù)定的噴射壓力、噴漿后再勻速提升三重管,以防扭斷三重管。為保證樁底端的質(zhì)量,噴嘴下沉到設(shè)計深度時,在原位置旋轉(zhuǎn)10 s左右,待孔口冒漿正常后再提管。
5)回灌。已經(jīng)噴灌結(jié)束的灌漿孔,因漿體析水固結(jié)漿面將會下降,應(yīng)在下一個孔噴射出灌漿時,將其冒引入已灌的孔中進(jìn)行回灌,以保證高噴墻體達(dá)到設(shè)計高度。擺噴提升到設(shè)計樁頂標(biāo)高時停止擺噴,提升三重管出孔口,清洗注漿泵及輸送管道,然后將擺噴機(jī)移位,回灌漿液。
6)封孔。已經(jīng)噴灌、回灌完成的灌漿孔,經(jīng)幾天后應(yīng)用稠粘土漿充填孔口直至填滿為止。
高壓擺噴灌漿進(jìn)行壩基防滲加固的效果關(guān)鍵在于確保施工質(zhì)量,南白樓水庫壩基防滲加固施工過程中采用以下質(zhì)量控制措施。
1)高噴灌漿的孔距為1.3 m,高噴灌漿的成墻厚度不小于15 cm,噴射管下到設(shè)計深度以下0.5 m。
2)漿液水灰比采用1∶1。施工現(xiàn)場配備密度計,每天量測漿液密度,實行定量加灰制,嚴(yán)格控制水泥用量?;覞{攪拌應(yīng)均勻,并進(jìn)行過濾。噴漿過程中漿液應(yīng)連續(xù)攪動,防止水泥沉淀。
3)漿液密度為 1.4~1.7 g/cm3,每 2 h檢測 1次,漿液超過8 h應(yīng)廢棄,回漿密度控制在1.2 g/cm3。
4)提升速度:提升速度的快慢直接影響漿液用量,提升速度過快,則墻后不穩(wěn)定、易產(chǎn)生空洞,且切割半徑不符合要求,會造成防滲墻搭接處產(chǎn)生薄弱環(huán)節(jié)。提升速度太慢,則冒漿量過大,造成水泥浪費(fèi),因此需根據(jù)灌漿試驗確定不同土層的提升速度。本工程基巖層的提升速度為8 cm/min,礫砂層的提升速度為6 cm/min,壤土層的提升速度為12 cm/min。
5)灌漿水壓為 25~35 MPa,流量為 80 L/min;空氣壓力為 0.5~0.7 MPa,風(fēng)量為 1.1~2.0 L/min;水泥漿壓力為0.8~10 MPa,流量為80 L/min。
施工完成后,現(xiàn)場進(jìn)行了鉆孔取芯檢查和布置圍井進(jìn)行滲透試驗,檢查取芯芯樣完整、表面光滑密實,水泥含量大,分布均勻,呈圓柱狀,無斷裂現(xiàn)象;根據(jù)水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范(DLPT5200—2004)提出的計算公式,計算出的圍井試驗滲透系數(shù)結(jié)果滿足設(shè)計要求。另外,自從灌漿后,水庫下游的滲流量明顯減小,這也從一個側(cè)面說明高壓擺噴灌漿是成功的。