□ 林文鋒(福建省安溪縣水利局)
垅頭水庫位于安溪縣城廂鎮(zhèn)墩坂村,屬晉江西溪英溪支流,水庫大壩工程于1955年9月動(dòng)工興建,1959年10月建成。水庫壩址以上流域面積0.84 km2,總庫容34.40萬m3。是一座以灌溉為主,結(jié)合養(yǎng)殖等綜合效益的小(2)型水庫。大壩壩型為均質(zhì)土壩,最大壩高為10.50m,壩頂長137.00m,壩頂寬9.00m。
2012年4月,經(jīng)安溪縣水利局組織的有關(guān)專家鑒定,垅頭水庫大壩為三類壩,壩體存在滲漏問題。根據(jù)鉆孔注水試驗(yàn)及室內(nèi)滲透試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)成果分析,壩體填筑土具弱~中透水性,其滲漏部位主要集中在壩體中部標(biāo)高19.50~25.00m處,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘查資料,迎水坡混凝土面板局部破損,背水坡中部過壩渠道高程以下大面積濕坡,有多處集中滲水,且隨水位升高而增大,需進(jìn)行壩體防滲處理。
2.2.1 歷史原因
工程建設(shè)時(shí)期處于“大躍進(jìn)”階段,工程建設(shè)存在邊勘測(cè)、邊設(shè)計(jì)、邊施工,施工階段停停續(xù)續(xù),造成了一些工程質(zhì)量問題,工程建設(shè)嚴(yán)重存在先天不足。
2.2.2 地質(zhì)原因
填筑土室內(nèi)垂直滲透試驗(yàn)和水平滲透試驗(yàn)顯示,垂直滲透系數(shù)為3.66×10-5 cm/s~3.02×10-4 cm/s,平均值為K=9.15×10-5cm/s;水平滲透系數(shù)為 3.65×10-5 cm/s~5.12×10-4cm/s,平均值為K=1.77×10-4cm/s。同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)壩身填筑土進(jìn)行注水試驗(yàn),壓水試驗(yàn)在弱風(fēng)化巖進(jìn)行,結(jié)果表明:填筑土滲透系數(shù)為2.18×10-5~5.39×10-4 cm/s,滲透系數(shù)算術(shù)平均值為K=5.77×10-5cm/s;殘積砂質(zhì)粘性土滲透系數(shù)為3.62×10-5~5.09×10-5cm/s,滲透系數(shù)算術(shù)平均值為K=5.09×10-5cm/s;強(qiáng)風(fēng)化英安質(zhì)晶屑凝灰熔巖滲透系數(shù)為3.15×10-4~5.78×10-4cm/s,滲透系數(shù)平均值為K=4.83×10-4cm/s;弱風(fēng)化英安質(zhì)晶屑凝灰熔巖呂榮值2.70~3.15 Lu,平均值為2.92 Lu,呂榮值<10 Lu。上述試驗(yàn)表明填筑土屬弱~中等透水層,滲透系數(shù)低于規(guī)范的規(guī)定。
壩體填筑土為粉砂質(zhì)粘性土,為可塑狀,干密度ρd值為1.50~1.71 g/cm3,為室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)(輕型)成果值的90.90%~100%,壓實(shí)度大部分偏低,低于規(guī)范要求。
2.2.3 滲流原因
垅頭水庫大壩為均質(zhì)土壩,滲流計(jì)算采用的滲透系數(shù)是根據(jù)大壩鉆探的試驗(yàn)值選用的,滲透系數(shù)為3.95×10-4cm/s。計(jì)算斷面選用大壩最大斷面進(jìn)行計(jì)算,按水電部天津勘測(cè)設(shè)計(jì)院編寫的“土壩滲流計(jì)算程序”計(jì)算。
通過土壩滲流的分析,土壩段實(shí)際的水力坡降在2.36×10-1~2.76×10-1之間,均小于計(jì)算的[J允]=0.66,能夠滿足設(shè)計(jì)要求;但從現(xiàn)場(chǎng)檢查及日常管理情況來看,大壩背水坡中部過壩渠道高程以下大面積濕坡,有多處集中滲水,且隨水位升高而增大;大壩周圍存在白蟻活動(dòng)的痕跡,形成滲水通道,實(shí)際滲流量遠(yuǎn)比計(jì)算值大,在造成水資源損失同時(shí),不利于大壩安全。
針對(duì)垅頭水庫大壩存在的問題,根據(jù)大壩滲漏原因分析,并結(jié)合以往類似工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),大壩防滲處理初始擬定兩種方案:
方案一:死水位以下部位采用高壓旋噴樁、以上上游面鋪設(shè)土工膜防滲
壩體迎水坡死水位以上水庫水位經(jīng)常降落(高程23.40m以上),采用復(fù)合土工膜防滲,并在復(fù)合土工膜面設(shè)濾層及護(hù)面結(jié)構(gòu);壩體死水位以下(高程23.40m以下),采用垂直防滲墻進(jìn)行防滲,垂直防滲采用單管高壓旋噴樁固結(jié)填料形成防滲體。
垂直防滲墻:高壓旋噴樁樁徑為600mm,孔距500mm,按單排布孔,孔深應(yīng)穿過所有填土料層至基礎(chǔ)面以下0.50m。平均孔深為2.90m,旋噴樁總長度270m。
上游坡上部防滲及護(hù)面結(jié)構(gòu):上游壩坡上部(高程22.40m以上)防滲采用復(fù)合土工膜防滲,拆除現(xiàn)有壩坡塊石護(hù)面結(jié)構(gòu),平整壓實(shí)壩坡,然后鋪設(shè)復(fù)合土工膜(600 g/m2)。護(hù)面結(jié)構(gòu)為干砌塊石,先在復(fù)合土工膜上鋪砂、碎石各100mm厚,壓實(shí)作為墊層,再在碎石墊層上鋪干砌塊石250mm厚,以防止水位驟降和風(fēng)浪淘刷及水庫漂浮物的撞擊破壞。方案一工程投資71.02萬元。
方案二:全壩段高壓單管旋噴樁防滲結(jié)合巖基帷幕灌漿防滲
地基灌漿帷幕頂部與壩體連接,底部深入相對(duì)不透水巖層一定深度,以阻止或減少地基中地下水的滲透;與位于其下游的排水系統(tǒng)共同作用,還可降低滲透水流對(duì)壩體的揚(yáng)壓力。
高壓旋噴樁是高壓噴射注漿法地基處理中的一種,就是利用鉆機(jī)、注漿管、高壓泥漿泵等裝置,把水泥漿液形成高速噴射流束噴入土體,借助液體的沖擊力切削土層,同時(shí)鉆桿使土體與水泥漿充分?jǐn)嚢杌旌夏?,形成樁柱或板墻狀的凝結(jié)體,用以提高地基防滲或承載能力的施工技術(shù)。旋噴樁的特點(diǎn)是:可提高地基的抗剪強(qiáng)度;能利用小直徑鉆孔旋噴成大直徑固結(jié)體;施工特點(diǎn)是噪聲低,振動(dòng)??;可用于任何軟弱土層,并可控制加固范圍;設(shè)備較簡單、輕便,機(jī)械化程度高,更人性化。
此方案沿壩軸線全壩段采用單管高壓旋噴樁,樁徑為600mm,孔距500mm,按單排布孔,旋噴樁頂高程30.50m,樁底高程應(yīng)穿過所有填料層至基礎(chǔ)面以下0.50m,河床部分最大孔深為11.00m,旋噴樁總長度3407.00m。該方案投資98.64萬元。
方案一防滲效果能滿足要求,造價(jià)適中,但對(duì)土工膜的整體性要求較高,壩坡較陡,死水位處沒有平臺(tái),施工機(jī)械進(jìn)場(chǎng)比較困難;方案二防滲效果好,耐久性強(qiáng),可靠性高,但造價(jià)比較高;由于壩體填筑質(zhì)量不均勻,方案二對(duì)大壩防滲處理的質(zhì)量更有保證。綜合考慮投資、工藝、質(zhì)量、使用年限及壩體實(shí)際滲漏情況,推薦方案二為壩體防滲加固方案。
工程施工安排在枯水期,工期5個(gè)月。本次防滲加固工程需要天然建筑材料主要為條石塊、土料及砂粗骨料。原料來源:石料場(chǎng):工程區(qū)一定范圍內(nèi)沒有可供開采利用的石料場(chǎng)分布,附近有簡易公路通至大壩區(qū),運(yùn)輸較方便;砂礫石料場(chǎng):工程區(qū)一定范圍內(nèi)沒有可供開采利用的天然砂礫石料場(chǎng)分布,工程建設(shè)所需的混凝土粗、細(xì)骨料建議外購;土料場(chǎng):位于水庫大壩右岸,距大壩500m,分布于山丘表部及低緩的坡腳,土料為坡積粘性土,含砂量約15%,以粘性土為主,有用儲(chǔ)量約0.50萬m3,開采及運(yùn)輸方便。
按照設(shè)計(jì),在壩頂軸線上設(shè)置兩排布孔。第一排布孔,孔距500mm,樁徑600m,軸線總長123.50m;高壓旋噴樁底部高程12.00m,頂部高程30.30m,孔深穿過填料層至基礎(chǔ)面以下0.50m,最大孔深18.30m。第一排高壓旋噴樁總長3407.00m。第二排布孔,孔距500mm,樁徑600mm,軸線總長70.00m;高壓旋噴樁底部高程12.00m,頂部高程18.30m,最大孔深6.30m。第二排高壓旋噴樁總長849.30m。
施工具體操作過程:壩體防滲體高壓旋噴樁施工采用100型地質(zhì)鉆機(jī)造孔,灌漿采用中壓灌漿,灌漿壓力≥25MPa,注漿的主要材料為水泥,采用標(biāo)號(hào)42.5及以上的普通硅酸鹽水泥,通過單管高壓旋噴樁固結(jié)填料形成的防滲體,達(dá)到大壩壩體防滲的效果。鉆孔至設(shè)計(jì)高程后,即將旋噴管插至孔底,邊噴漿邊旋轉(zhuǎn)提升,形成由水泥、砂或土形成的固結(jié)樁體。
考慮到施工對(duì)環(huán)境的影響較大,且主要發(fā)生在施工期,應(yīng)做到施工過程中嚴(yán)格控制廢水的排放,避免下游水質(zhì)遭受污染;注意施工人員勞動(dòng)保護(hù)工作;工程完工后,及時(shí)清理施工跡地,盡快開展復(fù)土、平整、植被恢復(fù)工作;做好棄渣場(chǎng)的坡面平整、壓實(shí),及時(shí)種草植樹,減少水土流失。
目前大壩防滲加固方法較多,各類方案各有其特點(diǎn)和適用條件。在垅頭水庫大壩防滲加固中根據(jù)其存在的問題初步擬定兩種解決方案,雖然方案一較方案二經(jīng)濟(jì),但考慮到工程質(zhì)量及施工難度等方面,方案二較優(yōu),推薦采用方案二。垅頭水庫防滲加固的施工方案選擇與普通工程有所差別,此現(xiàn)象可供類似工程借鑒,便于方案選擇。