旋喷与摆喷联合防渗墙在某水库防渗加固中的应用

彭水松

(太湖县水利局,安徽 太湖 246400)

某小(1)型水库坝顶高程153.0m,坝顶宽度3.0m,坝轴线长度128.9m,最大坝高24.4m。大坝为黏土斜墙砂壳坝。水库枢纽由大坝、放水涵和溢洪道组成。水库的防洪标准按照50年1遇洪水设计,相应水位为 150.59m,500年1遇洪水校核,相应水位为 151.43m。大坝坝身填筑分为斜墙和坝壳两部分:斜墙填土成份主要以黄红色的粉质黏土为主,一般呈可塑状态,局部夹有黄色粉质黏土或黄色中粗砂,斜墙的厚度偏薄,仅为0.20m～1.0m,填土干密度为1.48～1.51g/cm3,压实度偏低。坝壳填土主要成份为黄色中粗砂夹有少量黏性土和灰色砂壤土夹有少量黏性土。坝基岩性主要为斜长片麻岩和黑云片麻岩,坝基与坝体接触部位岩体为强～中风化岩体,其透水率为14.4～5.8Lu,平均8.9Lu。由于建库时,坝身采取人工挑土填筑、筑坝土料混杂、不均匀、填筑压实质量差,防渗斜墙厚度严重不足,仅为0.20m～1.0m,大坝防渗性能差、渗漏水严重,下游坝坡有多处集中渗漏点,坝脚局部已形成沼泽化。为了大坝的运行安全,需要对大坝坝身进行防渗除险加固。

2 坝身防渗加固方案的确定

2.1 高喷灌浆防渗墙体有效厚度计算

坝身防渗加固采用高压喷射水泥灌浆防渗墙方案。由于大坝相对较高,采用单一厚度的防渗墙体方案,施工方便,但工程造价偏高。经过经济和技术分析,采用变截面的防渗墙方案,即在高程138.50m以上采用摆喷墙,高程138.50m以下采用旋喷桩墙方案。校核洪水位151.43m处的坝前最大设计水头为ΔHmax=22.83m,防渗墙体在高程138.50m处的作用水头为ΔH=12.93m,则所需要的防渗墙体的有效厚度按式(1)确定[1]

(1)

其中，T为防渗墙的最大有效厚度,m;ΔHmax为最大设计水头;[J]为水泥基质墙体的允许比降,本工程取80。

经计算，这2处需要的防渗墙体的有效厚度分别为0.285m,0.162m。

2.2 高喷防渗墙的工艺性试验及结果

通过工艺性试验来确定变截面的防渗墙方案。分别采用旋喷、摆喷桩(摆角30°)和旋喷、摆喷桩(摆角60°)2种结构形式,灌浆孔间距分别采用80cm、100cm 2种，采用三管法施工,其主要施工技术参数如表1所示,墙体搭接情况的试验结果如表2所列。

表1 高喷防渗墙施工工艺试验控制参数

表2 高喷防渗墙工艺性试验墙体搭接质量检测结果

2.3 高喷防渗墙的工艺性试验结果分析

(1) 灌浆孔距为80cm。旋喷墙体之间的搭接轮廓清晰、搭接效果较好,墙体的搭接最小有效厚度为48cm～55cm,满足最大水头作用下所需的墙体厚度;而灌浆孔距为100cm时,墙体的搭接最小有效厚度为15cm～20cm,不能满足最大水头作用下所需的墙体厚度。

(2) 摆喷(摆角30°)。当灌浆孔间距为80cm、100cm 2种情况下,其形成墙体的最小有效厚度为10cm～12cm,不能满足所需的墙体厚度要求。

(3) 摆喷(摆角60°)。当灌浆孔间距为80cm、100cm 2种情况下,其形成墙体的最小有效厚度为18cm～20cm;孔间距为80cm时搭接处轮廓清晰、搭接效果较较好,孔间距为100cm时搭接处轮廓清晰、局部搭接欠均匀。

2.4 防渗墙加固方案

(1) 防渗墙采用旋喷与摆喷墙(摆角60°)联合防渗方案。坝基以下0.50m至高程138.5m之间采用旋喷,高程138.0m～152.0m之间采用摆喷(摆角60°)。灌浆孔沿坝轴线方向布置,孔距为80cm。防渗墙顶超过校核洪水位以上0.57m，满足要求。

(2) 防渗墙底部进入坝基以下0.50m的岩层。满足透水率小于10Lu的要求。

3 高喷防渗墙的加固效果检验

3.1 墙体的连续性检测

墙体施工完成28d后,采用高密度电法对墙体进行无损检测。沿防渗墙顶轴线方向上布置测线,根据视电阻率成果,防渗墙视电阻率为10～15Ω·m。墙体整体电性分布较均匀,具有同一电性和一定的层状地层的电性特征。水平方向视电阻率变化较均匀,无明显陡变,垂直方向具有层状结构,无明显异常。防渗墙身总体均匀、连续、完整性较好。

3.2 墙体钻孔注水试验

采用常水头法进行现场钻孔注水试验,分别在防渗墙轴线上,采用地质钻机进行钻孔,抽取墙体的水泥土芯样,钻孔深度达到墙底以上0.50m处即停止钻进。根据《水利水电工程注水试验规程》(SL345-2007)的规定进行现场注水试验。墙体渗透系数的计算按公式(2)

(2)

其中，k为渗透系数,cm/s;Q为流量 cm3/s;b为防渗墙厚度,cm;R为注水孔半径,cm;H为注水孔内水头,cm;h为防渗墙外水头,计算时取上、下游水头的平均值,cm。

防渗墙钻孔注水试验结果如表3所列。

表3 防渗墙体注水试验成果

3.3 墙体水泥土试验结果

利用墙体钻孔取出的墙身水泥土芯样,经室内试验得出的水泥土各项性能指如表4所列。

表4 防渗墙体水泥土试验成果

3.4 防渗墙体的试验效果分析

(1)防渗墙体。其电性分布较均匀,具有同一电性和一定的层状地层的电性特征。防渗墙体均匀、连续,完整性较好。

(2)加固效果。防渗墙体的渗透系数达到3.42×10-8～6.20×10-7cm/s,满足设计要求，达到防渗加固的效果。墙体水泥土的无侧限抗压强度值为3.60～10.2MPa,满足设计要求;水泥土防渗墙的允许渗透比降均不小于80,满足水泥土墙身渗流稳定性的要求。

4 结束语

坝身防渗采用变截面的旋喷与摆喷联合防渗墙施工工艺进行防渗加固,进行现场检测。竣工后经过了2016年、2020年高水位的蓄水,原下游坝坡处多处集中渗漏点消失了,坝脚局部的沼泽化已完全改善。加固后,水库按照设计要求正常运行,未发生任何安全状况。