测压管在小南海地震堆积体大坝防渗处理质检中的应用

付 迪,李 红

(重庆江河工程建设监理有限公司,重庆 448156)

1 工程概述

小南海水库是1856年地震引起山崩堵塞老窖溪形成的一座天然水库,坝址枢纽位于重庆市黔江区南海乡境内。天然坝体为地震堆积体,地层结构复杂,渗漏严重,致使坝体产生管涌渗透变形,危及大坝安全,为确保大坝安全,决定采用帷幕灌浆方案对天然坝进行防渗整治。

该坝体长约1 000m,高一般60～70 m,部分达80～100 m,坝顶宽度为100～230 m,坝底宽度1 200～1 300 m,上游坝坡坡比1∶10,下游坝坡坡比1∶8,坝体总体积4 000～4 600万m3。

天然坝坝体材料主要以地震崩塌堆积的页岩、粉砂质页岩、碎石夹孤石为主。沿垂线方向,其结构存在明显差异。根据天然坝坝体物质组成及结构特征差异,坝体分为以下四个区:

Ⅰ区:为地震崩塌堆积物构成的上部坝体,位于高程663.40～659.00 m以上,孤块碎石中孤石含量较大,为28.1%～56.5%,其结构松散,局部存在架空结构,抽水渗透系数867.8×10-4cm/s～5 818.6×10-4cm/s,属强～极强透水层。

Ⅱ区:为地震崩塌堆积物构成的下部坝体,分布于高程633.40～659.00 m以下至高程608.47～623.51m之间。孤石含量比Ⅰ区明显减少,为0～18%,块碎石含量明显增加,孤块石粒径也明显较细,部分段被粉细砂或黏土充填,其结构较Ⅰ区密实,较少存在架空结构。抽水渗透系数26.6×10-4cm/s～517.2×10-4cm/s,属较强～强透水层。

Ⅲ区:为掩埋于地震崩塌堆积物之下的Ⅰ级阶地。其堆积物为黏土及黏土夹砾石,黏土呈塑～硬塑状,结构密实。

Ⅳ区:为覆盖于天然坝上游坝坡的亚黏土～黏土构成的天然铺盖。

坝基岩体为志留系中统罗惹坪群第一段灰～夹绿色页岩,下伏基岩高程一般为600.0m。钻孔压水试验表明,均属弱透水岩体。

坝体渗漏点主要位于天然溢洪道内,并分布在663.0～665.0 m,639.70～643.20m,605.50～610.00 m三个高程带上,天然坝右半部上游坝坡分布有管涌入口,一般呈圆～椭圆状,直径一般0.10～0.30m,大部分位于块碎石与孤石的接触部位。

为了解帷幕灌浆前后天然坝渗透压力变化情况,检查帷幕灌浆效果,保证天然坝的安全运行,按照设计要求,决定布置测压管对天然坝进行渗流监测,进行测压管钻孔、安装及施工期水位观测。

渗流压力观测系统是小南海大坝防渗整治工程的配套工程,是为了监测天然坝体在渗透压力作用下是否正常和稳定,分析天然坝在帷幕灌浆前后坝体的压力分布和浸润线的变化,检查帷幕灌浆的防渗效果,以掌握天然坝体在防渗处理后的渗透情况。根据小南海水库天然坝体的特点及渗漏分布情况,分别在坝体帷幕灌浆轴线下游17.0～30.0m范围内布置了8个渗流测压孔(渗流测压孔孔位平面布置见图1),观测帷幕灌浆前后渗透压力的变化情况。渗流测压孔自2001年6月15日开始施工,到2001年12月21日全部结束,渗流压力观测系统工程量统计见表1。

表1 渗流压力观测系统工程量统计表

2 渗流测压管施工

2.1 孔位布置

此次设计的8个渗流观测孔分别布置在坝体灌浆帷幕线下游17～30 m范围内,测压管结构形式如图1,测压管技术参数如表2。

图1 测压管结构形式

表2 测压管技术参数

2.2 施工工艺

工程流程是:测量放点→形成施工平台→钻机就位、固定→钻孔→冲孔→下入测压管→测记水位→起拔套管第一次→投入滤料→……起拔套管最后一次→投入滤料→封孔→管口浇筑混凝土平台、封盖保护→灵敏度检验→定期测记水位(施工期)。

测压管的钻孔全部采用MGJ-50钻机、潜孔偏心锤跟￠127花管钻进成孔。采用9m3电动或21 m3英格索兰油动空气压缩机供风。钻孔结束后,全部采用清水冲洗钻孔,直到回水返清为止。测压管全部使用内径Φ50mm的镀锌钢管。为了保证测压管的质量,所有的测压管严格按照技术要求在车间加工。

为保证坝体渗透水能顺利进入测压管内,并能反映进水管所在位置的渗透水位,在透水管段平行于管中心线方向钻进水孔,进水孔排距100cm,每排上分布4个钻孔,相邻两排孔交错排列,进水孔孔径6～8mm,进水孔钻完后将管壁内的钻孔毛刺打光,用20#铁丝和胶带将无纺土工布包扎在透水管的外壁作为过滤材料,以防周围土体进入测压管内。

导管段采用与透水管段规格、型号、材质相同的材料,导管段的管壁不透水,内壁光滑。导管、透水管全部采用外箍接头连接。

2.3 测压管安装

(1)冲孔。潜孔偏心锤跟花管钻进至设计孔深后,用清水冲洗直至返清或用清水冲至20min孔口不返水时结束冲孔,然后测量钻孔的深度、孔内水位,对测压管的加工质量、长度、接头、管帽等进行全面的检查,并作好记录。

(2)下管。测压管要求连接紧密,吊系牢固,保持顺直,下至孔底后,立即测量管底高程及管内水位,然后起拔￠127花管,施工时边投滤料(1∶1的细砂各粗砂混合料)边拔管(即投料1.5,拔管1m)。

(3)投料。采用人工沿测压管外壁缓慢地投入,不允许大批量倾倒,以防架空,滤料填至本测点的设计进水段高程以上1m,非反滤料段逐步投入风干的黏土球,并逐层捣实,然后将管口下1m回填夯实。

(4)封孔。采用高崩解性黏土球,土球由直径为5～10mm不同粒径组成。土球应风干,封孔时逐粒投入孔内,逐层捣实。封孔至设计高程后,向管内注水至水面超过泥球段顶面,使泥球崩解膨胀。

2.4 灵敏度检验

试验前,先测定管中水位,然后向管内注清水,注水量约为每米测压管容积的8～10倍,注水后不断观测水位,直至恢复到或接近注水前的水位。若注水后1～2 h,降至原水位或注水后水位升高小于4m为灵敏度合格。8个渗流观测孔灵敏度检验均达到优良。灵敏度检验合格后,安设管口保护装置。在测压管滤水管外部套Φ108mm钢管,并深入钻孔内30cm,然后在钢管外浇筑混凝土方墩,钢管管口焊钢盖板并上锁保护。

3 渗流测压管观测

采用电测水位计观测测压管水位。每天派专人对各测压管水位进行观测。观测要求是:①测压管水位两次测读误差不大于2cm。②电测水位计的测绳长度标记应每隔2个月用钢尺校正一次。③测压管管口高程,在施工期应每隔2个月校测一次。④施工期间每天观测一次,遇高水位、库水位骤降、持续大暴雨等特殊情况和工程出现不安全征兆时,应增加测次。

4 观测结果分析

由于渗流观测孔均钻至635高程(地表以下近40m),所以孔内水量来源应由地下水(包括小南海库水)和地表水(各类施工用水,雨水等)组成。从原始记录看,GC01、GC02、GC08号渗流观测孔的孔内水位与同期库水位比较相差在0.4～1.2m之间,其余各观测孔孔内水位与库水位相差在1.9～6.8m之间。

GC04号观测孔,2001年11月6日的孔内水位在高程655.67(同期库水位为662.69)处,而11月7日的孔内水位突然升高至664.84(同期库水位为662.65),出现了下游观测孔内水位高于上游库水位的现象。6～7日前后并非雨天,经分析,此种现象是由8～13单元施工排放的废水、废浆流经GC04号观测孔附近的地表一定高程时,由通道渗入孔内造成孔内水位大幅上升。此后几天,孔内水位逐渐恢复正常是由于流经的废浆逐渐将此高程内的废水流经通道凝固所致。

GC01、GC02号观测孔位于13～11单元下游,距离上游临海面只有30m左右,且与左坝肩相距较近,由于13单元灌浆孔在70 m处见基岩,导致灌浆帷幕实际未封闭,与左坝肩存在缺口,库内海水极有可能从缺口处渗向(绕坝渗流)GC01、GC02号观测孔;另外,此两处观测孔处在坝轴线下游的较大山体的边缘,不能排除山体储存水渗入观测孔的可能。

GC08号观测孔位于1单元(1单元灌浆孔在50～60m处见基岩)下游,孔内水位与库水位相差较小的原因与GC01号观测孔基本相同。

从其余各观测孔的观测结果看,在有各类地下水、地表水的影响下,库水位与各观测孔孔内水位相差仍然较大,说明渗透压力在经过灌浆帷幕体时递减较大,由此分析,大坝帷幕灌浆的效果是好的。

鉴于在地震崩塌物堆积的天然坝体中作帷幕灌浆,国内无先例,国际罕见,其质量检查方法无规范可循等现状,经水利界多名专家多次咨询、研究,运用渗透压力检测进行小南海水库地震堆积体大坝防渗处理质量检查及灌浆效果分析是可行的,为类似工程的质量检查积累了宝贵经验。