坝基帷幕灌浆工程中增设排水孔设计与效果分析.pdf

2 0 1 3年第 6期 ( 第 4 l卷) 黑龙江水利科技 He i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No ． 6 ． 2 0 1 3 ( T o t a l N o ． 4 1 ) 文章编号 ： 1 0 0 7— 7 5 9 6 ( 2 0 1 3 ) 0 6— 0 0 6 6— 0 4 坝基帷幕灌浆工程 中增设排水孔设计与效果分析 张晓光 ， 徐永江 ， 王海方 ， 刘 洋 ， 贾 彝 ( 1 ．葫芦岛市水利工程质量监督站， 辽宁 葫芦岛 1 2 5 0 0 0； 2 ．辽宁省水利水电勘测设计研究院， 沈阳 1 1 0 0 0 6 3 ．葫芦岛市凌河局， 辽宁 葫芦岛 1 2 5 0 0 0 ； 4 ．葫芦岛市乌金塘水库管理局， 辽宁 葫芦岛 1 2 5 0 0 0 ) 摘 要 ： 莜窝水库坝基帷幕补强灌浆工程结束后 ， 经检查质量全部合格 ， 效果 良好 ， 有效降低了 坝基岩体的透水性 ， 河床段扬压力全部符合设计要求( 扬压力系数 < 0 ． 3 ) ， 但坝肩第 3 坝段和第 2 5坝段经过灌浆前后扬压力观测， 扬压力降低不明显， 且灌浆后扬压力系数 仍大于设计要求。经综合分析认为 3 、 2 5 坝段扬压力值偏高的主要影响因素不是坝 基帷幕灌浆的效果和现有排水孔的减压排水效果 ， 其主要影响因素之一应为左右岸坝 肩的工程地质条件。针对以上 ， 设计提出用增打排水孔的方法降低两岸山体水的渗透 压力， 取得了良好效果。 关键词： 坝基； 帷幕补强灌浆； 断裂构造 ； 扬压力系数 ； 新增排水孔 ； 檀窝水库 中图分类号： T V 5 4 3 文献标识码： A l 工程总体概述 包括工程概况及补强帷幕灌浆和排水设计 ： 1 ． 1 工程概况 主要包括： 水库及大坝基本情况， 帷幕灌浆原设 计和以往施工情况 、 本次灌浆前坝基防渗帷幕状况。 1 ． 1 ． 1 水库、 大坝基本情况 莅窝水库是太子河上的骨干水利枢纽工程之 一 ，坝址上游流 域面积6 1 7 5 k m ， 水库任务是 以防 洪、 灌溉、 工业供水为主， 并进行综合发电 ] 。 { 蔓 窝水库是大( 2 ) 型水利枢纽工程， 大坝枢纽主 要建筑物 为 Ⅱ级。水 库按 1 0 0 a 一遇洪水设 计， 1 0 0 0 a 一遇洪水校核( 上游观音阁水库建成后， 在规 模， 最高水位不变的前提下， 校核标准可提高到万 年 ) 。 设计洪水位 1 0 0 ． 5 I l l ， 校核洪水位1 0 2 ． 0 m， 正常 高水位9 6 ． 6 m， 防洪限制水位8 6 ． 2 in ， 总库容 7 ． 9 1 0。 I T I ，防洪库容 5 ． 7 81 0 。 m 。 ， 兴利库容 5 ． 0 8 1 0 。 n l 。保 护 下 游 农 田 1 0 ． 9 3万 h m ， 水 库 灌 溉 面 积 4 ． 6 7万 h m ， 年供给工业用水 1 ． 1 2亿 i n ， 年平均发 电量8 0 0 0万 k W h 。 枢纽主要建筑物有拦河坝 、 溢流坝( 在闸墩下分 别设有 6个底孔) 、 电站( 装机： 1 7 2 0 0 k w) 3部分。 坝总长5 3 2 I n 共分 3 1个坝段 ， 其 中溢流坝段 1 5个 ， 长2 7 4 ． 2 m； 电站坝段 3个 ， 长4 O ． 5 i n ； 两岸挡水坝段 l 3个 ， 长2 1 7 ． 3 m。拦河坝段为混凝土重力坝 ， 坝顶 高程1 0 3 ． 5 m， 最大坝高5 0 ． 3 m， 坝顶宽6 ． 0 m。 1 ． 1 ． 2 帷幕灌浆原设计和以往施工情况 梗窝水库从 1 9 7 1 年 1 1 月_2 o o 1 年8月先后完 成了1 一 3 1 坝段的基础处理帷幕灌浆及其加固的 [ 收稿日 期] 2 0 1 3 — 0 4 — 0 2 [ 作者简介] 张晓光( 1 9 6 2一) ， 男， 辽宁兴城人 ，高级工程 师； 徐永江 ( 1 9 6 5一) ， 男， 辽 宁锦 州人 ， 教授级高 级工程师； 王海方( 1 9 8 2一) ， 男， 辽宁葫芦岛人， 助理工程师； 刘洋( 1 9 8 2一 ) ， 男， 辽宁兴城人， 助理工程师； 贾彝( 1 9 8 5一) ， 男， 辽宁绥 中人 ， 助理工程师。 一 6 6 — 张晓光 ， 等： 坝基帷幕灌浆工程中增设排水孔设计与效果分析 第 6期 工作， 设计参数为： 1 ) 防渗设计标准 ： 单位吸水量 6 0 0 ． 3 ， 说明这两个坝段的灌浆帷幕效果大部分 失效 ； 5 、 1 7 、 2 3 坝段扬压力观测断面各测点的水位 变化比库水位变化滞后 2 5～ 2 8 d ， 且这些 部位 的扬 压力数值小， 扬压力折减系数 < 0 ． 3 ， 说明这些坝 段的基础灌浆帷幕还在起一定的作用。 1 ． 2 本次补强帷幕灌浆和排水设计 通过对扬压力观测数据分析 和扬压力系数及坝 体稳定计算 的结果 ， 并借鉴原有 的帷幕灌 浆设计及 其产生的效果， 考虑灌浆帷幕及排水的共同作用， 对 莅窝水库坝基帷幕灌浆做如下设计： 1 ) 防渗标准： 透水率 g≤3 L u ； 2 ) 扬压力折减系数 a≤0 ． 3 ； 3 ) 灌浆范围 ： 整个坝基。原因是 ： 距上次帷幕灌浆已有2 0 a 的时间， 帷幕中的氧化 钙可能析出， 导致帷幕效果减弱。 4 ) 莅窝水库管理局对河床段设有扬压力观测面 的其余坝段进行了人工观测， 发现孔内水位值高， 扬 压力值大。 5 ) 帷幕中心线： 坝轴线下游4 ． 8 m( 即原帷幕中 心线 ) 。 6 ) 帷幕孑 L 排数： 单排孔。 7 ) 孔距 ： 岸坡坝段 2 、 3 、 4 、 2 4 、 2 5 、 2 6 、 共 6 个坝段孔距为 1 ． 5 m； ( 考虑到设 置了观测断面 的 3 和 2 5 坝段出现了扬压力折减系数大于设计值 O ． 3 的情况 ， 并且此两个坝段 出现了拉应力 ， 所以对这两 个坝段的布孔加密， 以加强帷幕灌浆的效果。 而 2 、 4 、 2 4 、 2 6 坝段虽然没有设置观测断面 ， 但他们都是岸坡坝段， 并且分别和 3 、 2 5 坝段相邻， 所以不能确定这 4个坝段 的扬压力折减系数在允许 范围内， 而不 出现拉应力 ， 因此需要对这 4个 坝段 的 灌浆帷幕一并进行加强) 。 8 ) 其余坝段孔距设置为2 m 。 9 ) 孔深 ： 1 坝段孔深为基岩下1 0 m； 2 一 3 0 坝段 孔深为基岩下1 5 m； 3 1 坝段孔深为基岩下8 m。 水库经过3 0 a l；2 上 的运行 ， 排水孔孔 内有泥沙沉 淀， 而且重新灌浆会堵塞原有的排水孔 ， 使其不能达 到正常的排水效果 ， 因此需要对原有 的排 水孔进行 重新钻孔 冲洗工作。 莅窝水库布置 了 5个 横 向扬压力观测 断面， 无 纵向观测项目， 考虑莅窝水库是一大型的的病险水 库 ， 因此为全面监测大坝的坝体安全 ， 及时发现坝基 帷幕 出现的问题 ， 需要对坝基设置一纵 向扬 压力观 测断面 ， 每 个坝 段设 一个 观 测点 ， 共 增加 1 8个 观 测点 。 2 对 3 " , 2 5 坝段扬压力值偏高的原因分析 2 0 1 1年筏窝水库进行了坝基帷幕补强灌浆工 程， 帷幕线设置于坝轴线下游4 ． 8 m 处， 帷幕灌浆施 一 6 7 — 2 0 1 3年第 6期 ( 第 4 1 卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No ． 6 ．2 01 3 ( T o t a l N o ． 4 1 ) 工结束后， 经检查质量全部合格， 效果良好， 有效的 降低了坝基岩体的透水性， 河床段扬压力全部符合 设计要求( 扬压力系数 < 0 ． 3 ) ， 但坝肩第 3 坝段和第 2 5坝段经过灌浆前后扬压力观测 ， 扬压力降低 不明 显， 且灌浆后扬压力系数仍大于设计要求。 通过进行： ①帷幕灌浆效果对 3 、 2 5 坝段扬压 力值的影响分析； ②坝基排水系统对对 3 、 2 5 坝段 扬压力值的影响分析后， 认为 3 、 2 5 坝段扬压力值 偏高的主要影 响因素不是坝基帷幕灌浆的效果和现 有排水孔 的减压排水效果 ， 其主要影 响因素之一应 为左右岸坝肩的工程地质条件。 2 ． 1 对 3 坝段坝基扬压力偏高问题分析 根据 已有资料绘制库水位与坝基扬压力孔观测 水位历时曲线， 见图 1 。曲线图显示出坝基扬压力观 测孔水位并不随库水位的变化而变化， 两者之间的 相关性微弱， 即说明坝基扬压力不是由库水产生， 可 能与右岸基岩裂隙水有一定关系。 9 2 O a 恒 。 一 扬压力 — 一摩水 位 日 期 图 1 3 坝 1 号扬压力孔观测水位与库水位历时曲线 在综合分析 了3 坝段 的渗流条件和断层导水性 后 ， 认为 ： 3 坝段坝基扬压力偏高与库水关系不大， 主要 受坝基 N E向断裂构造影响 ， 具有导水性质的 F 、 F 、F 等断层将3 坝段坝基与右岸高处基岩裂隙水 沟通 ， 形成 良好 的渗流能道， 在地下水渗流作用 下， 使 3 坝段坝体产生 了偏高的扬压力 。 2 ． 2 对2 5 坝段坝基扬压力偏高问题分析 2 5 坝段坝基扬压力偏 问题 与 3 坝段类似 。从 库水位与坝基扬压力观测水位之间的关系图( 图2 ) 可见， 两者之间基本没有直接的水力联系。 在综合分析后认为， 造成2 5 坝段坝基扬压力偏 高的原因是几条断层沟通了左岸山体高部位的地下 水， 使高部位基岩裂隙水汇集至断层带形成断层水， 并沿断层破碎带向低部位渗流， 受 2 5 坝体阻水后， 产 一 68 一 生渗流压力， 作用于坝体底面则产生向上的扬压力。 l o o 9 s 9 o 葛 蠢8 5 儋 拍 7 5 7 0 、／V’’一 、＼ 厂 n ＼ ～ + 搦 压力 观铡 水 位 + 庳承 位 E { 期 图 2 2 5 坝 1 号扬压力孔观测水位与库水位历时曲线 通过以上分析， 初步判断： 1 ) 单纯依靠灌浆帷幕不能有效改善 3 、 2 5 坝段 不良坝基岩石地质条件下的扬压力值偏高问题。 2 ) 在灌浆 帷幕及排水 的共 同作用下 ， 3 、 2 5 坝 段坝基扬压力总体呈下降趋势。排水对降低坝基扬 压力起到了一定的作用。 3 ) 3 坝段坝基扬压力偏 高与库水关 系不大 ， 主 要受坝基 N E向断裂构造影 响 ， 具 有导水性 质 的 F ： 、F。 ， 、 F 等断层将 3 坝段坝基与右岸高处基岩裂 隙水沟通 ， 形成 良好 的渗流能道 ， 在地下水渗流作用 下， 使3 坝段坝体产生了偏高的扬压力。 4 ) 造成2 5 坝段坝基扬压力偏高的原因是这几 条断层沟通了左岸山体高部位的地下水， 使高部位 基岩裂隙水汇集至断层带形成 断层 水 ， 并沿断层破 碎带向低部位渗流， 受 2 5 坝体阻水后， 产生渗流压 力 ， 作用于坝体底面则产生向上的扬压力。 3 增设排水孔设计 针对以上分析判断， 设计提出用增打排水孔的方 法降低两岸 山体水的渗透压力。增设排水孔分别布 置于第2 、 第2 7 坝段灌浆廊道及第 3 、 第 2 5 坝段观 测廊道的横向廊道 内。垂直孑 L 与斜孔交替布置， 根据 岩层走向， 斜孔与坝轴线夹角为 1 5 。 ， 孔距2 m， 孔深分 别为： 垂直孔人岩1 0 m、 斜孔入岩2 0 m。左岸第 2 坝 段、 第 3 坝段布孔平面图及剖面图见图3 、 图4 、 图5 。 第 2 5 、 2 7 坝段采用和 2 、 3 坝段 同样 的方法布 设排水孔 。 4 增设排水孔施工效果 根据设计要求， 增打排水孔后， 第 3 坝段和第 2 5 坝段扬压力折减系数值 均 < 0 ． 3 ， 有效的降低了 张晓光 ， 等 ： 坝基帷幕灌浆工程中增设排水孔设计与效果分析 第6期 岸坡坝段扬压力， 解决了莅窝水库岸坡坝段扬压力 长期偏 高的问题 ， 达到了设计 目的。 图 3 第 2 坝段增设排水孔布孔平面布置图 图 4 第 3 坝段增设排水孔布孔平面布置图 图 5 第 2 、 第 3 坝段增设排水孔布孔剖面图 新增排水孑 L 降低扬压力效果( 施工前后对比) 见 表 1 、 表 2， (+) 代表已坏。 表 1 2 0 1 1年 1 2月 2 2日( 新增排水孔施工前降低扬压力效果) 参考文献 [ 1 ] 黄剑 ．水管事业单位分类改革探讨——以辽宁省莅窝水 库为例[ J ] ．农业与技术， 2 0 1 2 ( 0 2 ) ： 1 7 1 ． [ 2 ] 王国利 ， 袁晶碹， 梁国华， 李敏 ．莅窝水库汛限水位动态 控制域研究与应用 [ J ] ．大连 理工大学学报， 2 0 0 8 ， 4 8 ( 0 6 ) 8 9 2—8 9 6 ． [ 3 ] 蔡高堂． 弱透水基岩中帷幕灌浆与扬压力降低效果分析 [ J ] ．南昌水专学报， 1 9 9 5 ( O 1 ) ： 2 3 ． [ 4 ] 杨学祥 ， 李焰 ．三峡大坝基础帷幕化学灌浆技术及其效 果分析[ J ] ．水利与建筑工程学报， 2 0 0 6 ， 4 ( 0 1 ) ： 4 4- 4 7 ． [ 5 ] 郑东健， 曹邱林， 王健 ．混凝土坝最大扬压力的分析研究 [ J ] ．长江科学院院报 ， 2 0 0 2 ， 1 9 ( 0 3 ) ： l 3—1 4 ． 一 6 9 一 ∞ 舯 ∞ ∞ 如