某水库除险加固工程及防渗墙施工技术

陆谚

（贵州省从江县水利局，贵州 从江 557400）

1 工程简介

该水库是一座以灌溉、防洪为主,结合供水、发电综合利用的大（二）型水利工程,坝址以上流域面积378km2,总库容2174亿m3,由拦河黏土心墙砂壳坝、溢洪道、放空洞、输水洞及电站等建筑物组成。工程始建于1990年6月,1991年8月大坝堵口,1993年拦洪蓄水,1995年底大坝主体工程基本建成;2001年7月进行保坝工程施工,大坝加高4.5m,并同时对大坝加宽,2004年9月保坝工程完工;2006年大坝安全鉴定为三类坝,需对工程进行除险加固。水库大坝为黏土心墙砂壳坝,坝顶高程为174.5m,最大坝高57.5m,坝顶宽7.0m,长300m。大坝采用黏土心墙防渗,心墙齿槽深入基岩,顶部与浆砌块石防渗墙连接,上下游为砂砾石坝壳,心墙顶宽6.5m,底部最大宽度20m,上下游坡度均为8∶1,心墙与基岩接触面最小宽度为7.3m。根据省水利厅组织编写的水库大坝安全鉴定报告书,水库大坝存在的主要问题为。

1.1 大坝心墙存在渗流问题。心墙截水槽原设计底宽10m,实际局部坝段仅7.3m,经对心墙内埋设的测压管观测成果分析,心墙土的压实度和渗透系数均不能满足现行规范的要求,表明心墙防渗效果较差

1.2 大坝心墙土大部分属于分散性土,分散性土的比例达67%,在长期渗流条件下易被分解、冲蚀,对坝体抗渗稳定极为不利。针对上述问题,需对水库大坝防渗墙进行除险加固处理,以截断坝基和坝体的渗漏通道,通过坝顶垂直防渗和坝前垂直防渗结合,以及对坡面综合防渗等处理方案的综合比较,大坝除险加固设计采用坝顶设置混凝土防渗墙的处理方案。

2 施工过程出现的问题

防渗墙工程除险加固施工计划槽段34个,每个槽段长7～9m,阻水面积13520m2,于2003年11月开始造孔。12月在D33槽段浇筑混凝土时,D11、D13槽段出现漏浆现象,泥浆面下降约4m。12月7日,D1槽段浇筑混凝土的同时对D11槽段灌注浓水泥浆和填锯末等措施处理,D21、D25槽段出现漏浆,泥浆面下降约4m,并发现D11槽孔内孔壁上有沿坝轴线方向的垂直裂缝,孔壁光滑未出现塌孔现象。

为了阻断可能产生沿坝轴线方向的泥浆通道,对已造孔的D11槽段进行黏土回填,并采取改善泥浆质量、水泥浆掺锯末等一系列改进措施。12月18～23日施工期间,在D9(槽段已缩短为 5m)、D32、D13(缩短为 5m)浇筑混凝土时,相继发生槽段间泥浆串通,导向槽出现7～30cm的下沉,导向槽与施工平台接触部位混凝土产生2～5cm的裂缝。直到12月24日3∶00时,D8至D21槽段范围内的下游侧导向槽出现不均匀沉降及位移,施工平台坍塌40～100cm。防渗墙工程只能暂停施工。防渗墙工程施工过程中如此严重坍塌沉降在省内尚属首例。

3 坍塌沉降成因分析

尽管防渗墙除险加固施工过程中曾采取黏土、锯末回填,灌注浓水泥浆、掺膨润土、优化泥浆性能、控制造孔速度和混凝土浇筑速度,以及增大槽段的间距和减小槽段的长度等改进措施,但均未取得明显效果。因此,需分析施工平台坍塌沉降成因,有针对性地提出有效的应对处理措施。主要从大坝现场施工及历史施工情况分析了防渗墙施工坍塌沉降的原因。原水库大坝坝体填筑分两期工程:第一期工程黏土心墙平均干容重1.63t/m3,虽然与设计(1.65t/m3)要求相近,但合格率仅33%,坝壳合格率小于50%。坝体填筑质量不够理想,施工期间存在许多问题,如黏土含水量不均匀、夯压不实、大部分甚至没有碾压或者夯压速度过快、铺层厚度未加控制、高坡倒料造成离析现象等。坝壳砂砾料大部分为高坡堆积,未经碾压,反滤层材料也未严格筛分,混有草根、树根等杂物。心墙有时因停工日久,没有遮盖保护,经常阳光曝晒、雨水浇淋。以上诸多原因造成心墙多次发生大小纵向裂缝,最大缝宽10cm,深度2～3m,先采用灌黄泥浆补救无效,后改为裂缝处挖槽回填处理。在心墙上游侧砂砾料帷幕灌浆时,心墙也曾出现多次冒浆现象。

第二期工程即保坝工程大坝加高4.5m,整个心墙大致可分为4层:①Ⅰ层为路面:上部0.2m为砂砾,粒径5～20mm,下部为碎石类黏土,块径一般 10～20cm,层厚 0.7～0.8m,稍密;②Ⅱ层为坝体心墙填土,根据土质可划分为2个亚层:Ⅱ1层为红褐色～棕红色含碎石粉质黏土,稍湿,可塑～硬塑,碎石粒径2～5mm,含较多全风化母岩,层厚6.0～7.0m;Ⅱ2层为灰～灰黄色含碎石粉质黏土,稍湿,可塑～硬塑,含少量风化碎石,粒径3～30mm,大的可达 80mm,层厚大于 28.0m;③Ⅲ层为混凝土盖板,层厚0.5～1.5m,局部可达6.0m,下伏基岩;④Ⅳ层为流纹岩基岩,强风化岩厚约3.2m,弱风化岩厚约3.3m。2006年大坝安全鉴定时,对心墙0+077,0+157,0+197m3处开挖探槽发现,心墙上中下游多处纵向裂缝,宽0.5～5mm,深达3m左右,缝垂直、左右延伸。通过上述原坝体心墙填筑情况的分析,认为此次防渗墙除险加固施工漏浆系原坝体心墙为粉质黏土、分散性强,心墙的多处纵向裂缝导致施工槽段串通漏浆;同时因粉质性黏土固型能力差,容易造成扩孔、坍孔,导致防渗墙施工平台坍塌沉降。

4 处理方案分析

为保证大坝安全施工和防渗墙施工质量,根据上述成因分析,及时对防渗墙施工平台坍塌沉降及槽段潜在的坍塌隐患进行有效控制和处理并完成了防渗墙施工平台(槽段)的沉降坍塌处理,比较顺利地完成了防渗墙工程的整体施工任务。

4.1 处理方案

4.1.1 对坍塌槽段移开钻机设备,拆除导轨、方木、挖除坝顶软弱土料并外运。

4.1.2 在开挖过程中抽排泥浆,下降泥浆位,暂停相邻槽段施工。

4.1.3 开挖完成后,用黏土干拌水泥进行回填并碾压密实,回填至相应高程,重新浇筑导墙及施工平台。

具体处理工艺:

①如果开挖坑壁倾斜度小时,坑壁挖成台阶型,以利填筑；②如果坑壁坡度大或垂直,坑底铺设钢筋网,用钢丝绳套挂在平台顶上架设的槽钢或锚筋上；③若原槽板塌陷较少 (小于20cm时),采用槽钢辅助支撑钢轨；④若原槽板塌陷严重,则用钢筋混凝土加高加固,同时架设槽钢辅助支撑钢轨；⑤开挖回填浇筑应衔接紧密,争取快挖快填,避免坑壁坍塌

4.1.4 导向槽浇筑完成后,继续填筑碾压毛料,随后做好过浆面、浆沟等附属设施。处理方案见图1。

4.2 施工方法改进措施

4.2.1 冲击钻造孔全部改用十字钻造孔,以便挤密孔壁黏土,减少槽孔坍塌。

4.2.2 为确保槽段稳定,大坝中段一期槽段由原来的9孔改为5孔,二期槽段根据施工情况适当调整长度。

4.2.3 针对前期施工出现浇筑混凝土时发生坍塌的情况,在坍塌的80m槽段中选择一槽段,放慢钻孔和浇筑混凝土速度,先完成中间一个槽段,以隔断纵向裂缝,阻断串浆通道。成功后按此方法逐段分隔,直至完成防渗墙工程。

4.2.4 在大坝的上下游及坝顶建立位移、沉陷观测点,定期观测掌握情况,以适时调整施工处理方法。

5 结束语

水库除险加固工程防渗墙施工过程中,施工平台发生了严重塌陷沉降,通过现场观测和历史施工资料分析,在查明原因的基础上,根据各槽段不同的塌陷情况,有针对性地采取了相应的处理方案和施工方法,达到预期的效果。

[1]陶丽琴.切实搞好病险水库除险加固.中国水利报.2004-06-08.