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斜孔帷幕灌浆在病险水库防渗处理中的应用

   1、工程现状

  酥油口水库位于甘肃省肃南县马蹄区西水乡境内,是一座以灌溉为主的调蓄水库,海拔高程在2 480~2 600m之间,坝高54m,水库总库容350万m3,属小(一)型四等工程,设计灌溉面积为0.344万㎡,灌区分布在张掖市与民乐县相邻的安阳、南古两乡的16个行政村,受益人口约1.5万人,是花寨人民的生命工程。
  水库始建于1958年,1972年建成投入运行,大坝为混凝土面板堆石坝,坝体采用定向爆破填筑而成,混凝土面板防渗。经多年运行,水库存在防洪标准偏低、设施老化失修、工程观测和通讯设施落后,交通不便等诸多影响工程安全及管理方面的问题,尤其是水库渗漏问题,严重影响水库效益的正常发挥。1974年和1978年分别两次对左坝肩进行了帷幕灌浆和固结灌浆防渗处理,但水库渗漏情况仍然十分严重,年渗漏量70.57万m3,占同期来水量的19%,灌区内有0.033万㎡农田不能保灌。2000年经水利部大坝安全管理中心核查,该水库被确定为三类病险水库,并列入全国重点病险水库除险加固工程规划。根据初步设计报告的批复精神,论证专家认为垂直帷幕灌浆防渗方案仍存在着一定的缺陷,不能彻底解决坝肩绕渗问题,建议采取斜孔帷幕灌浆对酥油口水库坝肩进行防渗处理。
  2、存在的问题
  1974年和1978年两次对左坝肩进行防渗处理,其中1974年进行帷幕灌浆处理,处理后最大渗漏量由0.4m3/s下降到0.18m3/s,渗漏量减少了55%,1978年进行固结灌浆处理,渗漏量由处理前占来水量的52.2%下降到了25.61%,下降50.94%,左坝肩渗漏明显减少。目前,水库渗漏主要集中在右坝肩侧面三角渗漏面,主河床坝基和左坝基断层破碎带也存在着一定的渗漏。?
  根据水库1978年-1986年连续9年渗漏观测资料分析,水库绕坝渗漏情况非常严重,渗漏量约为同期来水量的9.38%左右,最大达到25.61%,年平均渗水量为70.57万m3,年渗漏量占入库水量的比例为19.16%.
  经分析,引起坝体绕渗的原因主要有以下两个方面:一是地质结构引起的渗漏。在右坝肩除了两组压性断裂外,对岩体起控制作用的主要是两组张性结构面,表现为顺河流方向上的节理裂隙相当发育,密度为4~6条/m,最多处为8条/m,倾角达到75°~85°,将岩体切割成条形六面体,局部裂隙密集带岩体呈碎块状,实测最大渗漏量为0.12m3/s,坝基实测最大渗漏量为0.06m3/s,总计最大渗漏量为0.18 m3/s,岩石吸水率平均为0.01%~1.0%[1-2]。二是人为因素造成岩体表层破碎的渗漏,前坝坡钢筋混凝土面板周边缝与右坝肩的插入深度仅有1.0~1.5m,由于原右坝肩定向爆破形成浅层破碎带分布较广,节理裂隙发育,势必造成沿面板周边缝下部及右坝肩侧面三角地带的渗漏,故该水库渗漏非常严重。
  3、左、右坝肩防渗设计
  初步设计采用垂直防渗帷幕灌浆方案,只能解决帷幕范围内岩体垂直面的渗流问题,但对于坝肩与混凝土防渗面板侧面间约2206.7㎡三角地带的绕渗问题并没有得到解决,不能形成完整帷幕,只能减少右坝肩部分表层岩石裂隙渗漏量,延长右坝肩绕坝渗径,对减小水库渗漏的作用和效果不显着。?
  本次除险工程帷幕灌浆旨在右坝肩形成防渗帷幕,以减少右坝肩绕渗问题,右坝肩防渗作为本次除险工程的主要任务之一,设计在右坝肩形成整体防渗帷幕,将初设的坝顶右坝肩的40m平洞及垂直帷幕灌浆,改为沿上游坝面与坝肩岩体交线布置的斜孔,在左右坝坡的3个部位,共布置钻灌孔28个,钻灌总进尺765m.
  3.1左坝肩下部防渗帷幕设计
  根据提供的地质资料分析,左坝肩下部有一断层在上次左坝肩灌浆时未能得到很好的解决。故本次除险加固工程在上游坝面与坝肩岩体交接2507m高程处,呈辐射状布置7个孔(1号孔-7号孔),前坝坡与垂直面总的夹角为35°32″,孔间夹角为5°04″,孔深18.2~50m,总进尺200.9m,孔深按穿过断层后5m控制。
  3.2右坝肩防渗帷幕设计
  由于水库淤积高程在2507m,故下部帷幕布置与左坝肩布置相同,即在上游坝面右周边缝2507m高程处,呈辐射状布置7个孔(8号孔-14号孔),前坝坡与垂直面总的夹角为35°32″,孔间夹角为5°04″,孔深175~572m、总进尺1940m,孔深按穿过断层深入弱透水层后50m控制。高程2507m以上分两个区间布置钻灌孔,在高程2507~2525 m间,布置10个孔(17号孔-26号孔),孔距2m,孔深为穿过相对不透水层后4m控制,孔深23~28m,总进尺258m,钻孔与水平夹角为20°,同时向下游倾斜5°。在高程2525~2537 m间,布置4个孔(26号孔-30号孔),孔距3m布置,孔深为穿过相对不透水层后4m控制,孔深均为28m,总进尺112m.钻孔与水平夹角为20°,同时向下游倾斜5°,斜孔帷幕灌浆钻孔布置图,斜孔帷幕灌浆钻孔布置特性。
  3.3防渗设计标准
  根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)规定,本工程坝高54m,属中坝,设计防渗标准为:检查孔按10%控制检测,防渗帷幕体内岩体单位吸水量不大于5Lu,终孔深度为岩石透水率Lu≤10,伸入弱透水层后5m终孔。
  4、结语
  通过上述3个部位的斜孔帷幕灌浆,从孔数上与垂直孔 比较,垂直孔设计为20个孔,钻灌总深度为880m.斜孔为30个孔,钻灌总深度765m,缩短钻灌长度为1307m.?
  斜孔帷幕灌浆防渗主要有以下3个方面的作用:
  ①可完全封闭右岸坡与坝肩形成的侧面三角渗漏面,减少坝肩绕渗后通过坝体的渗漏量,解决右坝肩、面板周边缝、右坝肩岩石裂隙的绕渗问题;
  ②在坝下前趾板上垂直主河道帷幕灌浆,可堵截主河道砂砾石层的渗漏,解决原坝基清基不彻底存在的坝基渗漏问题;
  ③右坝肩在高程2507~2537m段布设水平帷幕灌浆孔,可堵截横穿左坝肩在前坝坡趾板左侧断层造成的集中渗漏问题。
  斜孔帷幕灌浆防渗处理竣工后,检查孔防渗帷幕体内岩体单位吸水量达到设计要求,合格率100%.水库绕渗问题得到了解决,经观测渗漏量约为同期来水量的2%左右,年渗漏量约为13.7万m3,年渗漏量下降约80%.斜孔帷幕灌浆防渗对减小水库渗漏的作用和效果显着,达到了预期的目的,同时也为病险水库

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