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小南海水库地震崩塌堆积天然坝体帷幕灌浆设计与施工
摘  要:小南海水库系1856年地震山崩堵塞溪流形成的一座中型天然水库,天然坝体结构松散,渗漏加剧,为加强天然坝体的防渗性能,减少水库渗漏,采取帷幕灌浆进行大坝防渗整治。本文详细介绍了大坝防渗整治设计、施工及质量检查方法。由于地震崩塌堆积天然坝体防渗整治,国内无先例,国外罕见,没有经验可供借鉴。因此,小南海水库天然坝体帷幕灌浆设计、施工及质量检查方法具有一定的探索性,其成功经验对类似工程的防渗整治具有一定的参考价值。

  关键词:小南海水库  地震崩塌堆积体  帷幕灌浆  施工

  1、工程概况

  小南海水库位于重庆市黔江区小南海镇境内,是1856年地震山崩堵塞老窖溪形成的一座中型天然水库。水库集雨面积98.8km2,大坝防渗整治前水库正常蓄水位高程670.5m,总库容7087万m3,有效库容2930万m3.由于天然坝体结构松散,渗漏加剧,多年平均渗漏水量约1000万m3,致使坝体产生管涌渗透变形,危及大坝安全。为了确保坝体安全,加强天然坝体的防渗性能,减少水库渗漏,保护地震遗址,在设计多方案论证基础上,经主管部门批准,采取帷幕灌浆进行大坝防渗整治。由于地震崩塌堆积的天然坝体中帷幕灌浆属“国内唯一,世界罕见”,没有经验可借鉴,亦没有对应规程规范可遵循,因此,帷幕灌浆设计、施工及质量检查方法具有一定的探索性。

  1.1 天然坝的形成及分布范围

  天然坝形成于1856年黔江—咸丰地震,地震崩塌堆积体堵断老窖溪形成小南海天然水库。天然坝体长约1000m,坝高一般60~70m,部分达80~100m,顶宽度为100~230m,坝底宽度为1200~1300m,坝体总体积约为4000~4600万m3.

  1.2 工程地质条件

  ⑴天然坝体主要由地震崩塌堆积的页岩及粉砂质页岩块碎石夹孤石,以及堆积、风化或沉积碎屑组成。

  天然坝体物质结构在垂向上存在明显差异,横向上差异不明显。高程633.40~659.00m以上坝体孤石含量为28.09~56.52%,孤块碎石粒径明显比下部大,孤石最大直径达10.0m以上。该部分结构松散,局部有架空结构。钻孔注水试验测得渗透系数为39.38~176.31m/d,属强—极强透水层。

  下部坝体高程633.40~659.00m以下至高程608.47~622.41m之间,孤石含量为0.00~17.96%,块碎石含量较上部坝体增加,孤块碎石粒径明显较小,部分被粉细砂或粘土充填,基本无架空现象。钻孔注水试验测得渗透系数为6.53~60.80m/d,属较强—强透水层。

  ⑵地震崩塌堆积体之下掩埋了原河流及Ⅰ级阶地堆积物。

  ⑶天然坝体下伏基岩为志留系中统罗惹坪群(S2Lr1)第一段灰色及灰绿色页岩,并夹有介壳灰岩透镜体。钻孔压水试验测得,基岩强弱风化带岩体透水率为2.3~3.3Lu,新鲜岩体透水率为1.7~3.3Lu,均属弱透水岩体。

  ⑷坝体渗漏点主要位于大坝右侧天然溢洪道内,分布在不同层面的三个高程带上;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。

  1.3 施工时段及完成工程量

  2、帷幕灌浆设计

  ⑴根据天然坝体工程地质条件和帷幕灌浆试验,结合水利部专家组咨询意见,设计帷幕轴线长748.138m,三排孔,相邻2排排距有1.5m、2.0m两种,孔距有3.0m、3.5m两种,设计帷幕孔724孔,帷幕孔深入坝基岩体1.0m.

  ⑵设计灌浆压力:两边排Ⅰ、Ⅱ序孔灌浆压力为0.2~0.8Mpa,两边排Ⅲ序孔灌浆压力为0.2~1.2Mpa,中间排各序孔灌浆压力为0.3~1.4Mpa.

  ⑶灌浆材料及浆液配比:灌浆材料为普通硅酸盐水泥和粘土为主,遇大漏浆及大通道时使用砂子和水玻璃。

  灌浆浆液采用水泥粘土浆。边排孔采用水泥:粘土为1:0.6,中排孔采用水泥:粘土为1:0.4的水泥粘土浆,水固(水泥+粘土)比采用3、2、1三个比级,即灌浆浆液重量比水泥:粘土:水为1:0.6:1.6,1:0.6:3.2,1:0.6:4.8,1:0.4:1.4,1:0.4:2.8,1: 0.4:3.2共六个比级。

  ⑷质量标准:因坝体防渗帷幕的主要目的是减少渗漏,确保坝体安全,故根据坝体结构特征不同区段选取不同的防渗标准:帷幕灌浆试验区桩号坝0+ 409.100~0+394.130m、坝0+644.631~0+626.631m坝段透水率<10Lu;桩号坝0+752.638~0+ 644.631m、坝0+626.631~0+409.100m和桩号坝0+394.130~0+4.500m坝段透水率<15Lu.

  3、帷幕灌浆施工

  帷幕灌浆前对坝顶帷幕轴线部位进行开挖平整,浇筑宽6.0m、厚0.3m的压重混凝土(竣工后作为坝顶公路),先钻灌第1、2段,再镶铸长4.0m的孔口管,以保证灌浆效果。

  3.1 灌浆方法

  采用小口径无芯钻孔、孔口封闭、孔内循环的方法进行灌浆施工。根据天然坝体的工程地质特点,采用稀泥浆护壁钻孔,解决了成孔难的问题,且帷幕孔灌浆段成孔后,不进行清水冲洗和灌前压水试验。

  3.2 施工顺序及灌浆段长划分

  帷幕灌浆孔施工按分序加密的原则进行,先施工下游排,再施工上游排,最后施工中间排。同排中先Ⅰ序孔,后Ⅱ序孔,再Ⅲ序孔。

  第1、2段段长2.0m,第3段段长3.0m,第4段及其以下各段均为5.0m,最大段长不超过8m.

  3.3钻孔

  钻孔主要采用300型地质钻机,φ60mm金刚石钻头无芯钻进,终孔入基岩时换用φ56mm的金刚石钻头取芯钻进。采用KXP-1型测斜仪进行孔斜检测,所有钻孔均没有孔斜超出设计要求。

  3.4 水泥粘土浆变换标准

  每段灌浆前用灌浆浆液置换孔内钻孔泥浆,记录仪打出的第一介读数不作为变浆依据。当水固比为3:1的浆液注入量达500L,而灌浆压力和浆液注入率无明显变化时变浓一级。当水固比为2:1的浆液注入量达800L,而灌浆压力和浆液注入率无明显变化时变浓一级。当浆液注入率大于40L/min,灌注量达 800L后压力和注入率无明显变化时越一级变浓。钻孔时,孔口一直不返浆的灌浆段,可直接灌注最浓一级浆液。

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