石门子碾压混凝土拱坝坝肩渗漏处理

姬 刚

(玛纳斯塔西河流域管理处,新疆 昌吉 832200)

石门子水库大坝为碾压混凝土拱坝,坝高109m,坝顶弧长169.3m,坝顶宽5m,坝顶高程1394m,坝基高程1285m,水库死水位1356m,正常蓄水位1390m,校核洪水位1391.55m。左坝肩内设引水发电隧洞,坝身设泄水底孔,坝顶设三孔溢洪道。每年6～8月,坝后水位维持在1323m高程,其他时间坝后水位在1319m高程。

1 地质结构

库区大部分基岩裸露,岩性为砂岩、泥质砂岩、粉砂岩及沙质泥岩等沉积碎屑岩,坝址区以砾岩为主,岩层走向与河谷近正交。拱坝右坝肩有一条纵向垂直于坝轴线的贯穿性断层带F6,还有四条与断层带水平相交的软弱夹层。其中,J1和J2软弱夹层为碎屑加泥,J3泥化夹层由2～3条裂缝组成,裂缝顺层发育,有错动,其错动面平直,J4夹层基本上无充填物,为一条层间裂缝,渗透性较大。这些断层与夹层的组合,构成了右坝肩的潜在不稳定岩体,对工程的影响重大。

为满足帷幕灌浆、排水、观测、检查和交通等要求,在坝体内设置灌浆排水廊道,并在坝肩沿F6断层带设置抗滑排水交通洞,分别位于1289m、1340m、1394m高程,廊道内设两排帷幕灌浆孔,前排灌浆孔距上游面1m呈梅花形分布,廊道下游面设一排排水孔,孔距2m,排距1m。

2 渗漏处理

1999年4月中旬开始浇筑碾压混凝土,2001年10月完工。石门子水库大坝完工蓄水后,坝体和坝肩部分出现少量渗漏点,2001年坝体部分先进行化学灌浆,后用环氧树脂进行表面封堵,渗漏情况有了一定的改善。2003年通过在坝肩与坝体结合部下游渗漏点处进行钻孔灌浆处理,由于渗漏通道位置不能确定,效果不明显,坝肩部分未作处理。随着蓄水水位的增高,坝体渗漏部分未有明显变化,但坝肩抗滑交通洞内排水孔渗水量有较大增长。因坝肩岩性为砾岩,遇水易软化,降低坝肩承载力不利于大坝安全,需要进一步对渗漏进行处理。

2.1 渗漏状况调查

右坝肩渗漏点主要集中在F6断层带,水位在1370m以下时,排水管呈滴水外漏,超过1370m时,渗水逐渐加大呈射流状态,渗水较大部位在F6断层带与灌浆廊道交接处和断层带与软弱夹层交接处。渗漏以集中渗漏为主,水位越高渗漏越严重,水位逐渐降低时渗漏量也随之下降。从各排水孔的渗漏大小和位置可以判断坝肩的渗水主要是从上游通过断层带渗透到下游的。

2.2 渗漏成因分析

通过对渗漏点和渗漏量的对比分析,造成渗漏量逐年增大的原因主要有三个方面。

(1)坝肩岩性。坝肩岩体属混合胶结的沉积砾岩,胶结较差,岩石强度不均一。该砾岩干燥时强度较高,饱和后强度较低。当水库水位增高,岩石吸水饱和后,变的较为松散,尤其是F6断层带岩石之间结合的本来就不紧密,吸水松散后形成新的渗漏通道,破坏了原有的防渗帷幕。

(2)坝后水位的影响。每年的6～8月用水高峰期,泄水底孔参与泄洪,坝后消力池进入有水状态,软弱夹层位于坝后水位以下,造成水从软弱夹层渗入坝肩,然后从夹层与断层带相交处的排水孔流出。

(3)灌浆压力。在进行帷幕灌浆时,考虑到当时的地质情况和岩石特性,采用的灌浆压力和浓度有些保守,造成未能很好的封堵断层带内部分渗漏通道。在后来对F6断层进行的补充灌浆中,没有取到较为完整的岩芯,一方面是岩石裂隙重新发育的结果,另一方面也表现出原有的渗漏通道并没有渗入水泥浆液。

2.3 处理措施

2006年9月,水库水位降至1368m,达到当年最低水位时,进行右坝肩的帷幕补充灌浆。为了保证堵漏和补强的效果,灌浆施工按照SL62O94《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》进行 (主要按照帷幕灌浆的要求进行施工)。

灌浆位置为三层廊道内以F6断层带为中心的两侧,其中1289廊道为11孔,每孔设计深度为30m,分上、下游两排,两序呈梅花形分布进行施工;1340廊道总工程量为550.5m,上游5孔,每孔设计深度为53m,下游6孔,每孔设计深度为46.5m,且各孔均向上游倾斜,终孔处距1289廊道上游面 1m;1394廊道的总工程量为 245.5m,上游2孔,每孔设计深度为53m,下游3孔,每孔设计深度为 46.5m,终孔处距 1340廊道上游面1m。三个廊道内中的总工程量为1126.0m。

灌浆采用自下而上分段进行,每段不得大于5m,如果止浆塞封堵不密实,应优先把止浆塞向下移动至合适位置以实现良好的封堵效果。使用425普硅水泥配制水泥净浆,灌浆浆液配比采用5︰1、 3︰1、 2︰1、1︰1 、0.8︰1、0.6︰1、0.5︰1七个比级,开灌比采用5︰1,浆液浓度采用由稀到浓逐级变换;灌浆压力分为9个压力段,最大为1.5MPa;透水率值小于1Lu。

首先进行1289廊道补充帷幕灌浆施工,采取先上游后下游,分两序,由中间向两侧进行帷幕灌浆。1340廊道、1394廊道的施工工序同于1289廊道。

1289廊道中实际完成的工程量为336.2m,其中位于中间的WA1-Ⅰ-3孔和WB1-Ⅰ-3孔岩石上半部分较破碎,在这两个孔的最后一段做了压水实验,其透水率值满足设计要求情况良好。此廊道中其它孔的岩石较完整,且以青灰色砾岩为主,夹带红棕色砾岩。

1340廊道实际完成的工程量为556.2m,此廊道中岩石较破碎,上半部分以红棕色砾岩为主,其下半部分以青灰色砾岩为主。其中WB2-Ⅰ-3孔有漏浆现象,采用先凝浆后封堵法处理,并对上、下游中间两孔做压水实验进行检查。

1394廊道实际完成的总工程量为248m。

图1 补充灌浆钻孔布置

3 处理效果

坝肩灌浆从2006年9月中旬开始,到11月初结束。水库技术管理人员在2006年11月至2007年6月对大坝不同水位下渗漏量的检查结果显示,经过灌浆的坝肩部分的渗漏得到了有效控制,渗水量减少了40%以上,这说明在浆液灌注到的地方抗渗性得到显著增强,但还有除F6断层带以外的渗漏通道。

图2 1340廊道右岸补充灌浆前后渗水比较

图3 1289廊道右岸补充灌浆前后渗水比较

3 结 语

对石门子水库右坝肩的补充帷幕灌浆取得了较为理想的效果,但在坝后水位较高时,渗水量还是有所增加,证明坝后软弱夹层是渗水通道之一。从水位变化和大坝运行情况来就看,渗水量的逐年增加和F6断层带裂隙发育有着必然的关系。在工程运行的过程中,还要密切关注渗水量的变化,保证坝肩岩体稳定。

[1]水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].SL62O94

[2]叶源新,刘光廷,李鹏辉,陈凤岐.溪柄碾压混凝土薄拱坝坝体渗漏处理.水利水电科技进展,2005年6月.第25卷第3期