飞剑潭水库大坝除险加固方案研究

飞剑潭水库大坝除险加固方案研究

1飞剑潭水库概况飞剑滩水库是中国最大的二级病险水库。水库位于江西省宜兴市江西水系袁河北岸支流河东上游。水库由一个级别水库（以下简称水库）和两个上升水库（以下简称水库二）组成。一坝为均质土坝,最大坝高33.22m,坝顶长174.0m,总库容1.006亿m3;二坝位于一坝下游4.25km处,大坝为均质土坝,最大坝高26.85m,坝顶长290.0m,总库容1236万m3。飞剑潭水库于1958年8月兴建,1960年4月基本建成蓄水受益。但是由于该水库坝体填筑质量较差,存在坝体渗漏、两岸坝肩接触渗漏等诸多问题,致使水库长期带病限制水位运行,不但影响水库效益的正常发挥,还严重威胁着下游人民生命和财产安全。因此,从1997年开始对飞剑潭水库进行除险加固。2水库防护加固设计2.1坝体材料及坝体处理方案一坝坝体防渗初设方案为水库死水位(161.3m)以上坝体采用孔距为0.75m,孔径为110cm的单排冲抓套井回填粘土心墙处理坝体渗漏;水库死水位以下坝体采用3排孔孔距为2.0m,排距为1.0m的坝体劈裂粘土灌浆处理坝体渗漏;两岸坝肩基岩渗漏采用孔距为2.0m的帷幕灌浆处理。工程实施时,施工单位经过认真分析,提出了将冲抓套井回填粘土心墙下接的劈裂灌浆改为高压摆喷灌浆的施工方案。后经设计单位进行方案比较,同意采用高压摆喷灌浆替代劈裂灌浆处理水库死水位以下坝体渗漏,见图1、图2所示。二坝坝体采用冲抓套井回填粘土心墙防渗处理方案。桩号0-015.2～0+142.5和0+238.0～0+282.5坝段,单排布孔,孔距0.75m,孔径110cm;桩号0+148.5～0+238.0坝段,采用双排布孔,孔距0.95m,排距0.99m。左岸坝肩基岩渗漏采用孔距为2.0m的帷幕灌浆处理见图3、图4。2.2主要设计指标2.2.1充填抓套井回填粘土心墙根据大坝技术设计要求及粘土料场土料的物理和力学性质试验结果(见表1和表2),冲抓套井回填粘土心墙设计指标:设计最优含水量ω=27.3%;设计干容重rd=1.44t/m3;设计粘土心墙渗透系数k=1×10-6cm/s;回填粘土层厚度宜为0.3～0.5m;击实力功能满足710～887kJ/m3。2.2.2两序孔工程施工高压摆喷灌浆顶部应伸入冲抓套井回填粘土心墙底部1.5m,伸入坝体下部土层(157.0m)以下2.0m,坝肩部位应伸入基岩0.5m。高喷灌浆分两序孔施工,孔距1.6m。施工技术参数:旋转速度10r/min;摆喷角度25°;摆动速度20次/min;提升速度5.5cm/min;高水压32MPa,排量75L/min;进浆比重1.6g/cm3;回浆比重1.25g/cm3;进浆压力0.2MPa,进浆量80L/min;压缩空气气压0.65～0.7MPa;排气量90～96L/min;高喷板墙最小厚度15cm,最大厚度20cm以上;高喷板墙渗透系数k=1×10-6cm/s。2.2.3坝基接触段灌浆帷幕灌浆孔距为2.0m,施工分三序孔进行。灌浆压力:坝体与坝基接触段为0.4MPa,自伸入基岩5.0m起,每增加1.0m孔深,灌浆压力增加0.025MPa;帷幕灌浆孔段应伸入相对不透水层3.0m;检查孔压水试验合格标准为q<5Lu。3水库防护工程的实施3.1高压摆喷灌浆施工一坝防渗处理施工程序是先进行0+005～0+174桩号坝段冲抓套井回填粘土心墙施工,再进行0+046.25～0+150.25桩号坝段冲抓套井回填粘土心墙下接的高压摆喷灌浆施工,最后进行0+132.25～0+198.25和0-015.0～0+072.25桩号两岸左右坝肩帷幕灌浆施工。二坝防渗处理施工程序是先进行0-015.0～0+282.5桩号坝段冲抓套井回填粘土心墙施工,再进行0+148.5～0+238.0桩号坝段第二排冲抓套井回填粘土心墙施工,最后进行0-066.5～0+083.5桩号左岸坝肩帷幕灌浆施工。3.2高压摆喷灌浆喷浆冲抓套井回填粘土心墙施工使用8JZ-95型自动挂卸冲抓机分两序孔施工,110cm直径钻头冲击钻孔,0.3t夯锤分层夯实回填粘土,回填粘土层厚0.3m,夯锤落距2.0m,每层夯击不少于18次,击实功能842.0kJ/m3。高压摆喷灌浆钻孔使用XY-2PC地质钻机钻孔,钻孔直径150mm,泥浆循环固壁,三翼合金钻头无芯钻进。高压摆喷灌浆使用GD-2型旋喷钻机喷浆,喷浆分两序和三序孔施工,喷浆方法为三管法。喷浆施工技术参数根据在坝顶进行的浅层喷浆试验结果确定,喷浆施工技术参数为摆角由25°调整为30°,其余指标按设计值控制。坝肩基岩帷幕灌浆施工分三序孔逐渐加密进行,灌浆按照自上而下分段孔内循环方式施工。3.3特殊情况下3.3.1回填粘土心墙(1)孔底积水首先抽干孔底积水,再分层回填掺有水泥的粘土,水泥与土的掺入比为1∶1.5。(2)钻孔偏斜轻微偏斜孔采用人工井下修整孔壁,直至能保证粘土心墙搭接厚度要求,严重偏斜孔,采用回填粘土分层夯实后再重新钻孔。(3)孔壁渗水当冲抓孔遇到松散坝体,孔壁有渗水流出时,先采用冲抓钻头反复冲击挤压,将渗水部位压实止水,如此方法难于见效,则采取向孔内回填粘土夯实,直至将渗水堵注。(4)孔壁塌孔当钻孔遇有孔壁渗水较大且出现塌孔现象时,则采取先在轴线上游1.1m处增打一排减压孔,先将渗水堵住,然后再进行主排孔施工。(5)裂缝处理施工时坝顶出现过3条宽度为1～3mm,长度为2～5m的横向裂缝,采取在主排孔施工完后,再在出现横向裂缝的部位轴线上游增补一排孔距为0.75m,排距为1.05m,孔深为20m的冲抓孔处理。(6)回填粘土含水量偏大一坝冲抓套井回填粘土心墙1997年11月7日至1998年2月23日施工期间,因受雨水天气多(56d)的影响,粘土含水量大于设计要求的27.3%,一般在33%～35%,最高达38.6%,致使施工进度严重滞后(只完成计划进度的23.37%),1998年10月恢复施工时,粘土含水量仍在31%～33%之间,最高达到35%。后经设计、监理和施工单位共同分析,认为粘土含水量偏高主要是与粘土成分有关,因此,决定含水量不作为主要控制指标,但干容重和渗透系数一定要满足设计要求。3.3.2序孔和封闭被串孔对施工过程中出现的串孔,采用改两序孔施工为三序孔施工和封堵被串孔的方法处理;对于孔口不返浆的喷浆孔,则采用静喷灌浆,直至孔口返浆后才提升喷浆的方法处理。3.3.3面裂缝冒浆当灌接触段时,有的孔段当灌浆压力升至0.1～0.2MPa时,沿坝轴线出现坝面裂缝冒浆,则采取降低灌浆压力、浓浆和间歇灌浆方法处理;对遇有钻孔掉钻、孔内掉岩块和孔口不返水的孔段,使用缩短灌浆段长的方法处理;对于灌浆量大的孔段,则采取低压、限量、浓浆和间歇灌浆方法灌至结束,然后再重新扫孔,按要求进行该孔段复灌。4施工质量控制4.1检检员队伍建设参建各方都高度重视施工质量,施工单位健全了质量管理制度,实行三检制,设立工地试验室,配备专职质检员跟班作业;业主、质量监督和监理单位也实行跟班旁站检查和控制施工质量。4.2回填粘土质量冲抓套井回填粘土心墙主要控制粘土、造孔和粘土回填三道工序质量。粘土质量主要是控制含水量符合设计指标要求,同时保证粘土料无草根等杂草和无大团块。造孔质量主要是检查钻孔的孔深、孔径、孔斜和套井搭接厚度要符合设计要求。回填粘土质量主要控制每层填土厚度在0.3m左右,夯锤落距在2.0m以上,每层夯击不少于18次。同时取样检查回填粘土的含水量、干容重和渗透系数,其合格率应不小于90%,不合格指标值不得低于设计值的98%。含水量和干容重检测每个套井都取样,其取样数量为孔深H≤10m时,不少于1组,孔深H≤15m时,不少于2组,孔深H>15m时,不少于3组,取样深度为第1组样在距孔底1～2m处,以后每回填5～6m取1组样;渗透系数检测取不少于20%的套井数,且每个套井内至少取1组样,当遇到土质变化较大时还应适当增加取样的孔数和数量。工程完工后,一坝、二坝用钻机各打3个取芯检查孔,并检测芯样的含水量、干容重和渗透系数。高压摆喷灌浆主要是控制钻孔和喷浆两道工序质量。钻孔孔位偏差应小于5mm,钻孔终孔偏斜率小于1%。喷浆工序由专职人员控制浆、气、水和喷浆机提升、旋(摆)速度、摆角及摆喷方向等施工技术参数;保证始喷和终喷高程及喷杆搭接长度符合设计要求,并对施工参数进行现场记录。高喷板墙施工质量布置2个三角形围井作钻孔压水试验检查。帷幕灌浆施工质量按照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》SL62-94标准和设计要求进行控制。4.3施工质量评价4.3.1坝渗透系数及干容重检测一坝含水量和干容重检测,施工单位自检568组,合格率分别为100%和98.4%;质量监督单位抽检19组,合格率分别为100%和95%。渗透系数检测,施工单位自检44组,合格率100%,平均渗透系数为1.47×10-7cm/s;质量监督单位抽检1组,渗透系数为7.5×10-8cm/s。二坝含水量和干容重检测,施工单位和质量监督单位分别检测1077组和16组,合格率均为100%;渗透系数检测,施工单位和质量监督单位分别检测88组和4组,合格率均为100%,平均渗透系数分别为4.2×10-8cm/s和7.5×10-8cm/s。4.3.2压水压力下渗透系数高压摆喷灌浆两个围井钻孔压水试验检测结果,压水压力0.3MPa时,渗透系数分别为1.8×10-5cm/s和1.95×10-5cm/s。4.3.3透水率及合格率一坝布置9个检查孔,压水试验20段,压水试验合格率为100%,平均透水率为0.9Lu;二坝布置8个检查孔,压水试验32段