太湖县羊兰水库大坝工程设计特征及成因分析

太湖县羊兰水库大坝工程设计特征及成因分析

1水库枢纽建筑物太湖县的洋兰水库位于安徽省太湖和潜山县的交汇处。水库位于安徽省太湖河流域左岸的河流支流白沙河上游，太湖区的小池市。坝址控制面积2.3km2,总库容103.4万m3。为小(1)型水库。水库枢纽建筑物有大坝,溢洪道和放水涵洞。设计洪水标准为50年一遇,校核洪水标准为500年一遇。水库大坝为均质土坝,轴线呈NE68°(SW68°)方向,最大坝高19.5m。坝顶高程83.54~84.05m,顶宽1.40~2.70m,总长约148.00m。迎水坡乱石护坡,在高程79.68m以上坡比1∶3.4,以下坡比1∶2.0。背水坡分为三级,高程76.23m设有2.0m宽平台,平台以上坡比1∶2.4,以下坡比1∶2.3;高程67.23m处为西干渠,含渠总宽约5.0m,其下坡比1∶2.3。2砂粒及风粒坝体填料主要来源于水库两侧山坡的风化残积土、全风化黑云角闪片麻岩,呈黄~黄褐色,具明显层状。多为含泥质中粗砂、细砾,部分为粉土质砂等。含有砾石、风化石块。标准贯入击数多低于10击,局部在3击左右,土体呈松散状态。含水率12.7%~33.3%,湿容重20.3~16.6kN/m3,干容重16.9~12.5kN/m3。砂粒含量一般在60%~78%,粉粒含量一般在1%~35%,粘粒含量一般在0%~29.5%。渗透系数2.15×10-6~8.14×10-4cm/s。3坝体渗漏严重羊兰水库大坝存在的主要问题是初建和历次加固筑坝土料含沙量大,并伴有细砾,且填筑压实度未达标,导致坝体抗渗性能差,钻孔注水试验表明:坝身渗透系数4.57×10-4~6.42×10-3cm/s,属中等偏强透水性。因此,蓄水后坝体渗漏十分严重,且有集中渗漏点四处,常年有明流溢出。据观测:水库水位73.80m时,背水坡地下水位分布高程70.62~72.80m,大坝浸润线明显偏高。常年较高的地下水位导致坝脚后沿线沼泽化现象严重。且长期的高出逸点、大流量渗漏,导致大坝土料细颗粒流失,迎水坡79.68m高程以下坝面沉降量大,上部坝体外凸,形成坝坡上缓下陡的异常现象。背水坡76.23m高程平台以下坡面块石普遍架空,下部坝面塌陷严重,并多次出现跌窝和浅层滑坡等险情。4高压摆喷防渗墙设计方案针对羊兰水库大坝出现的上述险情,有关方面决定对其进行除险加固。根据经济技术比较,确定大坝防渗处理措施为:采用高压摆喷防渗墙进行处理,坝基采用帷幕灌浆处理。初步确定高压摆喷防渗墙。具体方案为:防渗墙范围为大坝全长,单排布置,墙顶高程82.00m,高于校核洪水位。墙体厚度按允许比降确定,最小有效厚度不得小于200mm。拟定的墙体性能指标如下:抗压强度R28≥2MPa;渗透系数k≤i×10-6cm/s(i=1~9)。拟定的主要施工参数:采用三管法摆喷工艺造墙;按二序法进行造孔,终孔孔距1.00m;提升速度v=10~25cm/min;摆速ω=(0.8~1.0)v,摆脚ψ=15°~30°。具体施工参数由施工前现场试验确定。5高喷灌浆试验成果在防渗墙实施前,选择有代表性的地层进行高喷灌浆现场工艺试验。通过布置若干不同孔距摆喷孔组成试验段,提供各项施工参数。试验场地选择:根据规范要求,代表性地层应与处理的大坝地质条件接近,试验孔轴线平行于大坝轴线,距大坝轴线下游3.00m。初拟试验参数确定:高喷灌浆试验有孔距、水压、气压、浆压,提升速度等多种工艺参数。拟定三种摆喷孔终孔孔距,为1.00m、1.20m,1.50m。其它各项施工参数为:水压3.5MPa;气压0.7MPa;浆压0.3MPa;提升速度v=14cm/min;摆速ω=1.0v;摆脚ψ=30°;浆液浓度1.53g/cm3;浆液比重1.52~1.62g/cm3。采用折接搭接形式进行试验。试验段布置:布置三个试验段,每个试验段布置4孔,终孔孔距分别为1.00m、1.20m,1.50m。试验成果:根据以上初拟参数和不同部位进行不同孔距的试验桩。试验成果见表1。根据试验桩的成果,结合其它因素,最终选择1.20m作为羊兰水库大坝高压灌浆摆喷防渗墙实验孔距。其它工艺参数同试验拟定参数。6物检测和设计防渗墙检测分为防渗墙无损(物探,下同)检测、探坑检测和围井注水试验三种。第一种无损检测。无损检测使用美国生产的GSSISIR—10B型探地雷达,配备天线中心频率为100MHz,采用连续测量方式。对于均匀、搭接良好的墙体,雷达反射波体现为反射波强度低、同向轴线连续,无异常反射。如果局部均匀性差或墙体搭接不好,雷达反射波表现为杂乱的高强反射和同轴向错乱。通过雷达检测结果分析,反射波基本表现为低幅高频特征,同向轴连续性较好,墙体完整性、连续性较好。第二种探坑检测。大坝防渗墙在进行物探检测的同时,还必须进行探坑检测。探坑检测为在现场开挖探坑对防渗墙外观质量进行描述。开挖部位防渗墙外观质量描述如下:防渗墙搅拌均匀、连续性较好,并且较为规则。第三种利用围井注水试验来检测。围井轴线围成的面积为4.0m2,围井深16.00m,注水孔孔径7.50cm。通过试验,围井内现场注水试验测得渗透系数k=1.21×10-8cm/s,防渗效果显著。此外,还根据观测大坝上下游水位情况进行效果分析。上游处理前水库汛后水位基本维持在正常蓄水位79.00m以下2~3m,观测坝下渠道常年有流水。防渗处理后水库汛后水位基本上平正常蓄水位79.0m,观测下游渠道干涸,说明防