梅溪水库大坝劈裂灌浆成果浅析.doc

梅溪水库大坝劈裂灌浆成果浅析赵 拾 周（广东省珠海水务集团有限公司 广东珠海 519000）摘 要：本文主要介绍梅溪水库大坝进行劈裂灌浆前后运行情况对比及劈裂灌浆对大坝安全运行的作用，同时指出该水库目前仍然存在的问题，分析原因，并提出应注意的问题及解决方案。关键词：水库大坝 劈裂灌浆 成果浅析1.工程概述 梅溪水库位于珠海市香洲区前山梅溪村，是珠海市供水水源工程之一。集雨面积1.59平方公里，总库容191万立米，为珠海市重点小（1）型水库。该水库建于1979年珠海建市之初，主坝长292米，坝顶宽9米，坝顶高程27.00米，最大坝高14.13米，大坝内边坡1:3，外边坡分别为1:2.5和1:2.75两级，为均质土坝。水库建成蓄水运行发现，大坝左右岸坡外坡与山体接合部，在库水位作用下，有渗透水流现象，在河床段坝后坡二级戗台以下位置，亦见明显湿润状。1994年7月一场大暴雨后，库水位急剧升高，河床段下游二级平台下坝坡发生约50平方米的滑坡。 之后，对梅溪水库进行了除险加固。一是在后坝坡原存在湿润区域范围加设导渗盲沟；二是恢复坝坡；三是进行大坝的劈裂灌浆；四是加装大坝测压管和测渗三角堰等观测设施等等。 在水库大坝灌浆之前，经土料取样分析认为：一，大坝土料颗粒的沙砾含量较大，达50%以上，而粉粘粒含量较少，土体属沙砾质轻壤土，水在坝体内有较强的渗透性；二，坝基础清基不彻底，没有清理坝基下约3.86.8米厚的冲积沙砾和沉积沙砾层，存在渗流通道和阻渗夹层，坝基透水性强，且不均一；三，坝体土层压实欠均匀，部分施工层面存在“硬壳层”，而部分土层较为松散，容易形成易透水通道。这些都是造成事故的隐患。 经分析定性，确定对土坝和坝基同时进行劈裂灌浆，以解决和消除大坝的工程隐患。2. 灌浆条件及灌浆孔布置2.1 灌浆条件劈裂灌浆是利用土坝应力分布沿坝轴线方向存在一个最小主应力面的特点，沿坝轴线方向布孔灌浆，采用较大的灌浆压力沿坝轴线方向劈裂坝体，并经多次反复灌浆劈裂和回弹的过程，使其沿坝轴线方向形成一条自下而上的、连续的、比较厚实的防渗帷幕墙。它同时具有对邻近坝体挤压密实和填洞补缝的作用。因此，对解决坝体的局部渗漏，散渗和降低坝体浸润线有明显的作用和效果。对坝基的劈裂灌浆，是利用堤坝地基附加应力影响线理论界定范围原理，根据工程实践经验与理论，坝体填土层以下小于2/3坝高深度的地基层均属于地基附加应力主要影响土层。在此范围内，就能够劈裂坝基，并构造满足防渗要求的浆体帷幕。由地质资料反映，坝体坝基均具备劈裂灌浆的条件。2.2 孔位布置及布孔深度大坝沿坝轴线布置两排孔。第一排从距离左坝端30米至距右坝端22米之间沿线每隔4米布一孔；第二排在第一排上游方向，排距1.5米，与第一排成品字布置，从距左坝端84米至距右坝端60米之间布孔，孔距4米。后因在灌浆过程中，正河床段灌浆吸浆量大，不同孔位灌浆在同一点冒浆次数多，且提不起压力，因此，在河床段上下游坡25.7米高程处各增一排孔，孔距3米左右，上游坝坡布孔长度约81米，下游坝坡布孔长度约51米。（见图1）为了使灌浆造孔深度能够穿透河床冲积沙砾层，并能插入坡岸的残积土层约12米，坝顶的两排孔，河床段的孔深为21米，两坝端岸坡段的孔深在1221米之间变化(见图2）。上、下游坡两排孔孔深18米，即能穿透坝基下河床沙层。（见图3、图4）3.灌浆的效果检验3.1 坝体表面检查坝后坡表面原有明显湿润处及左岸坡接合处原有渗流，现已完全消失，并经多年运行，未发现图1 梅溪水库大坝灌浆平面布置图 图2 梅溪水库大坝灌浆孔深断面图 图3 上游坡灌浆孔深断面图 图4 下游坡灌浆孔深断面图 有类似情况重新出现。唯有右岸坡坝脚接合处仍有少量渗水。3.2 钻孔检查 钻孔检查亦见明显浆脉，按深度的不同分布，逐渐加厚，在孔深812米处，浆脉厚度达30厘米。3.3 挖坑检查在河床段正中的坝顶位置，挖掘1.54米2检查坑，深度约2米，从坝顶以下0.5米，已可见明显浆脉，至约2米深时，浆脉集中约为1417厘米厚（见图5），浆脉连续（见图6），且周边土体坚硬。3.4 现场注水试验灌浆前注水试验成果如表1：表1 梅溪水库大坝灌浆前注水试验成果表 孔号 位置段号段深（M）段长(M)水头高（M)吸水量（L/min)渗透系数K(cm/s)自至 JK1 0+066105.05.02.517.041.810-325.010.05.07.018.126.910-4310.015.05.012.38.241.810-4415.020.05.017.17.121.110-4 JK2 0+122105.05.02.59.29.810-425.010.05.07.08.323.110-4310.015.05.012.09.042.010-4415.020.05.017.08.41.310-4 JK3 0+182105.05.02.59.089.710-425.010.05.07.38.483.110-4310.015.05.012.37.841.710-4415.020.05.017.011.681.810-4 JK4 0+234105.05.02.58.689.310-425.010.05.07.09.043.510-4310.015.05.012.09.122.010-4415.020.05.017.013.82.210-4 灌浆后注水试验成果如表2：表2 梅溪水库大坝灌浆后注水试验成果表 孔号 位置段号段深（M）段长(M)水头高（M)吸水量（L/min)渗透系数K(cm/s)自至 JK1-1 0+066105.05.02.50.424.510-525.010.05.07.22.127.910-5310.015.05.012.31.53.310-5415.020.05.017.22.764.310-5 JK2-1 0+122105.05.02.50.767.310-525.010.05.07.32.157.910-5310.015.05.012.22.164.710-5415.020.05.017.33.124.810-5 JK3-1 0+182105.05.02.50.585.610-525.010.05.07.30.843.110-5310.015.05.012.31.824.010-5415.020.05.017.43.485.310-5 JK4-1 0+234105.05.02.52.837.910-525.010.05.07.10.742.810-5310.015.05.012.31.834.010-5415.020.05.017.13.55.510-5 从以上两表数据对比，渗透系数明显减小，K值降低了近7090%，只为原来的约13成。3.5 大坝运行浸润线 由于灌浆前梅溪水库没有大坝浸润线观测记录，无从对比。但灌浆后，从大坝运行历年的观测记录分析，坝体测压管的实测值与库水位相关性良好，基本能反映坝体的渗流情况。对应库水位变化，相关测压管水位基本稳定，从实测断面分析，坝轴线前测压管水位和坝轴线后测压管水位有较大的跌幅（见图7），水位降低超过3米，实测浸润线明显低于理论浸润线，显示该大坝的灌浆防渗加固处理的效果较好。二O一三年梅溪水图5 坑深2米左右浆脉厚度 库大坝进行安全鉴定，观测钻孔的稳定水位，坝 顶孔位的水位较坝前坡的水位降低均在2.03.0米左右，显示该大坝的防渗帷幕墙防渗效果明显，坝体运行稳定正常。安全鉴定结论，坝内浸润线高程在设计要求值以内。3.6 大坝渗流量 灌浆之前，该水库未设大坝渗流量观测，无数据供对比。灌浆以后，该水库的运行水位基本上在19.39米22.66米之间运行，从灌浆后历年运行数据记录分析，大坝渗流量随库水位升降变化，在每小时2.055.64立米之间变化，渗流稳定，二O一三年大坝安全鉴定结论认为，坝体渗流量在设计要求值以内。 4.存在问题 如前所述，目前梅溪水库大坝存在的主要问题，一是大坝填筑土料颗粒砂砾含量较大，粉粘 图6 检查坑内浆脉连续情况 含量较少，坝体存在较强的渗透性；其次是坝体 压实不均，部分土层较为松散，容易形成易透水通道。二O一三年大坝安全鉴定，进行的地勘揭示，大坝左、右坝头与填土之间的土体较为松散，右坝段较为明显，渗透性较其他部位强。从测压管观测情况分析，也有明显的反映，坝轴上、下游侧的测压管水位有较大的跌幅，这应是劈裂灌浆浆脉起到的防渗帷幕效果，但后面的测压管水位下降并不明显（见图7），仍然反映出部分坝体的渗透性较强。三是坝基清基 图7 大坝浸润线观测断面图 不彻底，存在沙砾层，渗透性强， 且不均一，经灌浆后检查，右岸坡坝脚接合处仍然存在渗水的情况，虽经反滤处理，不至影响大坝安全，但始终是一个存在的缺陷。 5.结语梅溪水库大坝劈裂灌浆总体效果较好，根据钻探、挖坑检查、注水试验及多年运行观测情况分析，沿坝轴线方向基本形成一条自下而上的、连续的、比较厚实的防渗帷幕墙。灌浆同时对邻近坝体进行了挤压密实和填洞补缝，使坝轴线上、下游两侧土体渗透系数明显缩小，基本解决了坝体的局部渗漏，散渗通道的封堵和降低了坝体浸润线。但大坝右岸坡坝脚处的渗流未能彻底堵死，分析其原因，一是右岸坡较为陡峭，大坝坝体施工压实比较困难，造成坝体压实不均，部分土体较为松散，并可能使填筑土体与岸坡间的结合欠佳，渗透性较强；二是岸坡较陡，竖向灌浆孔与岸坡成小锐角相交插入岸坡，正交方向延伸不足，影响岸坡深层灌浆效果；三是劈裂灌浆的第二排孔向右坝端延伸不足，未能延伸跨越整个河床坝段，缺一小段（见图2），造成对坝基的劈裂强度不足，影响该段坝基的灌浆效果。因此，在大坝的施工中，要特别注意岸坡段坝体的施工工序，加强监理，尤其是对陡峭岸坡，其坝段的施工，更要仔细，切实做好坝体填筑土料的压实以及填筑坝体与岸坡接合的紧密。坝体压实的欠缺，其他工艺很难弥补；同样，灌浆施工也存在同样的问题，对较为陡峭岸坡的坝段，出现的问题往往较为复杂，处理起来比较棘手，单纯考虑竖向的深