东方红水库除险加固工程混凝土防渗墙缺陷处理设计.pdf

2 0 水利水 电5 [ 2 程设 计D WR HE2 0 1 0年 第 2 9卷 第4期 东方红水库除险加固工程 混凝土防渗墙缺陷处理设计 朱晓玲陈 皓姜君 摘要东方红水库大坝原设计为粘土心墙坝，除险加固设计采用混凝土防渗墙进行防渗除险加固处理，施工过程 中由于对坝基基岩面出现误判，导致 3个槽段防渗墙底未进入弱风化基岩。设计采用帷幕灌浆对防渗墙缺陷进行处 理，提出适合本工程地基情况的灌浆材料、灌浆方法、浆液浓度、灌浆压力、灌浆质量检查合格标准等设计指标。 关键词 混凝土防渗墙缺陷处理 砂卵石地基 帷幕灌浆允许渗透比降 东方红水库 中图分类号T V 5 4 3 文献标识码B 文章 编号1 0 0 7 — 6 9 8 0 ( 2 0 1 0 ) 0 4 ． 0 0 2 0 ． 0 2 1 工 程 概 况 东方红水库位于浙江省东阳市虎鹿镇 ，地处金华江水 系东阳江支流 白溪 上游河 段 ，坝址 以上控制集 雨 面积 5 9 ． 3 k m2 ，是一座以灌溉为主，结合防洪、供水、发电、养殖等 综合利用的中型水库。水库工程于 1 9 5 8年 9月动工兴建， 1 9 6 0年停工，1 9 6 2 年重建 ，1 9 7 9年 1 2 月竣工。水库枢纽建 筑物由拦河大坝、溢洪道、发电输水隧洞、电站等建筑物 组成。大坝为粘土心墙砂壳坝，坝顶高程 2 0 1 ． 9 0 m，坝高 4 0 ． 1 m，坝顶长度 1 8 0 1 1 3 ，坝顶宽 7 IT I 。 由于大坝心墙填土存在缺陷，经比较采用混凝土防渗 墙对大坝进行防渗加固处理。防渗墙工程于 2 0 0 8年 1 2月 1 8日开始施工，最初成槽 1 2 槽段，根据该槽段主孔施丁 原始 资料 ，各 主孔在 3 2 iI1 左右钻机揭露到砂卵石层 ，在 3 8 m左右岩芯变为灰绿色，呈弱风化片状。1 3 槽段根据钻机 钻进情 况判断各 主孔在 3 6 ． 5～3 8 ． 5 i n到弱风化 面 ，但安全 鉴定 阶段 1 3 槽段 中的 Z K 3 孔揭露 弱风化面在 4 4 n l 左 右 ， 其后 进行 钻孔检 查 ，确认 1 1 、l 2 、1 5 槽段 防渗 墙未进 入弱风化基岩 。 根据地质勘探成果，坝基砂卵石层属 中密一密实状， 以卵石、砾石为主，其中卵石含量约 6 0 ％，圆砾含量约 】 0 ％，充填砂，含量约 2 5 ％，局部夹漂石 ，冲洪积成因。 坝基砂卵石层属级配不良土，渗透破坏类别为过渡型土， 渗透性以中等透水为主，局部为强透水。为保证 防渗墙的 连续性，确保大坝防渗效果 ，需对防渗墙 1 1 、l 2 和 1 5 槽段基础进行缺陷处理。 2 坝基砂卵石帷幕灌浆设计 设计确定防渗墙缺陷段处理采用帷幕灌浆方案，为保 证帷幕的质量和有效厚度，设计帷幕灌浆 0+0 9 6 ． 5 _ - 0+ 1 0 3 ． 5段采用2排，0+ 0 6 8 ． 5 —0 +0 8 2 ． 5由于存在强透水层， 采用 3排，排距 1 ． 6 m，孔距 2 ． 0 I n ，问错布置。第 1 排位 于防渗墙中心线 } ： 游侧 2 ． 4 i n处，第 3排位于防渗墙 中心 线下游侧 0 ． 8 m处，第 2 排位于防渗墙中心线上游侧 0 ． 8 m 处。第 2 排为主帷幕 ，按深入基岩 5 L u线以下不小于 5 I I l 控制，第 1 和第 3 排帷幕为副帷幕，按深入基岩弱风化线 以下 3 I n控制 ，详见图 1 。 2 ． 1 灌 浆材料 第 3 排 帷 幕 灌 浆 l】． 线 o R 二 蜃 蚕 、 十一 1 } 帷幕灌浆 I I J 线 ’ L O u I 序孔 2 d 0 1 0 ( ) — 1 0 0 —— 。T T 序钆 图 1 帷幕灌浆子 L 位平面布置 图 砂卵石地基灌浆可以用下式评价其可灌性 ： M = DI 5 ／ d 8 5 式中， 为灌入 比，M>1 5表示可灌性较好 ；D 为受灌 地层 中 1 5 ％ 的 颗 粒 小 于该 粒 径 ( m m) ；d 为 灌 注材 料 【 } 】 8 5 ％的颗粒小于该粒径( n n ) 。 东方红水库砂卵石地基 D 为 0 ． 5 3 m m，4 2 ． 5水泥的 d 为 0 ． 0 6 r n r n ，计算可得 M=8 ． 8 ，灌注普通水泥浆不能起 到有效的防渗作用。针对东方红水库坝基砂卵石细粒偏多， 渗透系数较小的情况，设计砂卵石帷幕灌浆材料采用超细 水泥 ，要求超细水泥颗粒最大粒径在 3 5 以下 ，平均粒 径约 4 t a n ，d 为 0 ． 0 2 5 1 ／ 1 1／ 1 ，比表 面积 8 0 0 0 c m 2 ／ g ，计算 町 得 = 2 1 ． 2 ，可灌性较好。为了控制浆液的扩散距离，减 朱晓玲等 东 方 红水库 除 险加 固工程 混凝 土 防渗墙 缺 陷处理 设计 2 1 少浆液的析水率，并提高浆液的稠密度，施工时，在浆液 中加入适量的高效减水剂 ( S i k a—R 4 ) 和膨润土，膨润土掺 量为水泥量的 2 ％，减水剂S i k a —R 4掺量为水泥的 1 ． 2 ％。 2 ． 2 帷幕灌浆设计工艺参数 2 ． 2 ． 1 灌浆方法 设计灌浆采用循环式，初拟灌浆待凝时间：接触段和 第 1 段为 3 6 h ，以下各段结束浆液水灰 比为 3～5时，待凝 1 8 h ，水灰 比为 0 ． 5 ～2时，待凝 1 2 h 。帷幕灌浆先灌第 3 排 ，后灌第 1 排，再灌第 2排。帷幕灌浆 的钻孔灌浆遵循 分序加密的原则进行的，首先进行第 1次序的钻孔灌浆， 然后在已经灌浆的孔间进行第 2次钻孔灌浆。坝体土中钻 进需干钻，灌浆时需下套管保护。设计要求孔斜不大于0 ． 4 mo 2 ． 2 ． 2 灌浆段长 心墙与砂卵石层接触段为 1 ～2 m，段 内必 须包含 2 种 介质 ，心墙 土 3 0 ～5 0 m，砂 卵石 1 0 02 0 c m。砂 卵石 层段 长 2 ． 0 ～3 ． 0 m。砂卵石层与基岩接触段段 内必须包含两种 介质，段长 2 ． 0 ～2 ． 5 m，基岩以下段段长≤5 m 。 2 ． 2 ． 3 灌浆浆液浓度( 以水灰比表示) 灌浆浆液的浓度 由稀到浓逐级变换，超细水泥采用 2 ： 1 ，1 ： 1 ，0 ． 6 ： 1 三个 比级( 重量比) ，4 2 ． 5 普通硅酸盐水泥采 用 5 ： 1 ，3 ： 1 ，2 ： 1 ，1 ： 1 ，0 ． 8 ： 1 ，0 ． 6 ： 1 ，0 ． 5 ： 1等七个比级 ， 开灌水灰比根据初凝时间和简易压水试验的透水率值大小 合理选取。 2 ． 2 ． 4 灌浆压力 灌浆时浆液由稀 到浓，灌浆压力 自上而下逐渐加大。 为防止在接触灌浆时对心墙产生劈裂破坏 ， tL , 墙与砂卵石 层接触段控制灌浆压力采用 0 ． 5 M P a 。第 2 段控制灌浆压力 为上覆坝体自重的 8 0 ％，按 0 ． 6 M P a 控制，橡塞仍放在接 触面套管内，保证接触段复灌 ，以充实幕体。以下每增加 1 m，灌浆压力增加 0 ． 0 5 M P a ，砂卵石层内的灌浆压力最大 不得超过 0 ． 8 MP a 。基岩内的灌浆压力采用 1 M P a 。 2 ． 2 ． 5 灌浆的结束标准 帷幕灌浆结束标准为 ：在设计所规定的最大压力下， 灌浆孔段的吃浆率不超过 0 ． 4 L ／ m i n ，持续 3 0 m i n ，灌浆即 可结 束。 2 ． 2 ． 6 防渗墙缺陷处理帷幕灌浆质量检查合格标准 基岩透水率 q ≤5 L u ；砂卵石层中渗透系数小于 5 1 0～ c r r ds 。 2 ． 3 帷幕灌浆渗透安全性复核 由于浆液和地层的性质都很复杂 ，帷幕灌浆扩散范围 较难分析计算。根据《 水利水电工程施工手册 ( 第1 卷) 地基 与基础工程》 ，对于由颗粒材料组成的悬浊浆液 ，渗透距离 大致可用下面公式计算： R = p g hr ／ 2s+ r 式中冠 ——浆液的渗透距离，e m； l0 ——水的密度，l0 =1 g ／ c m ~ ； g ——重力加速度 ，g=9 ． 8 1 r n ／ B 2 ； —— 注入压力，以水头表示，h =5 0 0 O t i n ； r。——空隙的等值半径 ，查表得 r 。 =O ． 0 0 0 5 9 c m； s ——浆液的屈服强度，查图得 =1 0 P a ； r——灌浆孔半径，r =3 ． 0 c m。 计算得 R=1 4 8 ． 0 c m 。帷幕有效扩散半径按 1 ． 4 8 m计 取，则双排帷幕的有效厚度为 3 ． 8 m，3排帷幕的有效厚度 为 5 ． 4 m。根据渗流计算成果，计算防渗墙及坝基帷幕灌浆 承受的最大水头差为 2 7 m，根据类似工程经验 ，砂卵石地 基帷幕灌浆灌注水泥粘土浆的允许渗透比降为 3 ～4 ，灌注 水泥浆的允许渗透比降为 6—8 ，则坝基帷幕灌浆需要的厚 度为： ：2 7 m( 6 ～8 ) =4 ． 5～3 ． 4 m 。设计双排帷幕的有 效厚度为 3 ． 8 m，3排帷幕的厚度有效厚度为 5 ． 4 m，满足 允许渗透比降的要求。 3 结语 东方红水库由于流域面积较小，河流长度较短，河床 冲洪积砂卵石成分与母岩一致，且局部夹漂石 ，施工过程 中漂石被冲击钻击成很小的碎片，与基岩碎片十分相似， 造成防渗墙施工时入岩情况难以准确判断，以至误判后形 成缺陷。 根据计算分析，当砂卵石地基细粒含量偏高，渗透系 数小于 1 1 0 I 3 c m ／ s 时，浆液扩散半径很小，难以有效搭 接，灌浆帷幕难以形成。故砂砾石地基防渗采用灌浆帷幕 方案时要慎重，设计砂卵石地基帷幕灌浆应充分考虑地基 特性，有针对性地提出灌浆设计指标，以保证灌浆效果。 本次东方红水库大坝砂卵石基础帷幕灌浆根据以往的 工程经验进行设计，遇到最大的难题就是灌注水泥浆所形 成帷幕的允许渗透比降缺乏依据，难以确定帷幕厚度、排 数、孔距、排距、灌浆压力等设计指标。建议应对现已实 施了砂卵石帷幕灌浆的工程进行统计分析总结，并编制相 应设计规范供设计使用。 参考文献 1 D L ／ T 5 1 4 8 --2 0 0 1 ， 水工建筑物水 泥灌浆施 工技术规范 [ s ] ． 2 S L 2 7 4 --2 0 0 1 ， 碾压 式土石坝设计规范 [ s ] ． 3 付元初 主编 ． 水利水电工程施工 手册地基 与基础工程 ( 第 1 卷 ) [ M] ． 北京 ： 中国电力 出版社 ， 2 0 0 4 ． 作者简介 朱晓玲女高级工程师 浙江省水利水 电咨询中心 浙江杭州 3 1 0 0 2 0 陈 皓 男 高级 工程师 浙江省水利 河 口研 究院 浙 江 杭州3 1 0 0 2 0 姜 君 男 工程师 浙江省水利河 口研究院 浙江杭州 3 1 0o 2 0 ( 收稿 日期2 0 1 O 一0 8 —3 0 )