七堡堤防渗墙渗漏原因分析

七堡堤防渗墙渗漏原因分析

1堡堤基础状况廖方防洪工程位于江西省临安市福河市的平均灌溉。这是一个集防洪、灌溉、发电、供水、交通等综合用途于一体的大型节水项目。大坝为混凝土重力坝,最大坝高41.50m,正常蓄水位65m,汛限水位61m。库区防护工程八堡堤在长约7.02km的原土堤上加高加固达现有规模,堤线长8.183km,堤顶宽6.0m,堤顶高程68.45～68.14m,堤身迎水坡、背水坡坡比1∶3,基础堤基表层为黏性土,局部缺失,下伏砂层、卵石层厚4～6m,基岩为砂岩、粉砂岩,基础处理采用射水法造混凝土防渗墙,墙顶高程高于设计洪水位0.5m,防渗墙底深入强或弱风化基岩0.5m,墙厚0.22m,防渗墙高约15m左右,八堡堤典型断面图见图1。由于混凝土防渗墙(射水造墙)出现了渗漏,堤基出现了渗透破坏问题,长期的渗漏可能导致渗漏通道不断扩大,从而会对堤防的安全形成威胁,同时水库水位一直无法蓄至正常蓄水位,难以充分发挥工程的效益,因此需对混凝土防渗墙渗漏缺陷进行分析并采取有效措施进行渗漏处理。2酶前监测针对库区防护工程地形地质条件、防护堤结构特点,廖坊水利枢纽库防工程八堡堤混凝土防渗墙渗漏缺陷分析研究制定了测压管水位观测、排水沟流量观测、圩内进出水量观测、地面渗点调查、防渗墙完建前后水井水位调查、渗水点水温度测试、渗漏点测绘、墙体侧面开挖、重点堤段物探(可控音频大地电磁测深法、垂直声波反射法、多波地震影像法)及防渗墙墙体钻孔取芯等11项堤防渗漏原因调查内容。下面对地面渗点调查、重点堤段物探以及防渗墙墙体钻孔取芯作重点介绍。2.1混凝土防渗墙局部渗漏地面渗点调查法为一种现场仿真调查法,结合水库运行时的外河水位,通过水位的变化,寻找到堤坝渗漏的大致范围及与外河水位的关联性。自2006年5月9日至2006年11月15日,水库先后经历61.6m、62m短时高水位,其间水库管理单位组织和进行了堤内渗漏观测,历次堤防渗漏堤段、范围和渗漏情况详见表1。由表1可知,随着水位的上升,堤后渗漏范围扩大且险情加重,说明堤后渗水与管涌的发生与外河水位紧密相关,由于八堡堤防渗采用的形式为全封闭的混凝土防渗墙,故初步分析混凝土防渗墙可能存在局部渗漏缺陷。为进一步查明渗漏原因,根据八堡堤的实际情况,综合比较各类检测手段,决定采用物探与钻孔取芯的方法进行验证。2.2墙体缺陷检测方法根据地面渗点调查法确定的堤防渗漏范围,业主委托长江大学工程地球物理研究中心进行了渗漏最严重的重点堤段(4+934m～5+031m)防渗墙的物探无损测试工作。根据库区防护工程八堡堤各土层的介质物理性质参数,长江大学工程地球物理研究中心提出采用可控音频大地电磁测深法(CSAMT)、垂直声波反射法和多波地震影像法等3种无损测试方法,测试工作以垂直声波反射法为主,其余方法为辅。垂直反射法检测墙体质量的基本思想是利用反射波的时间剖面在相同条件下应该一致这一规律,在所获记录中寻找波形异常段,就可知道墙体有缺陷部位的地表位置。测量时可采用不同频率的震源及检波器,向墙体中发射弹性波,波在传播过程中如遇墙体中缺陷引起的波阻抗变化,将会产生反射波返回墙体表面而被接收检波器接收到,得到浅、中、深部反射波信息。通过对记录下的弹性波信号的走势、振幅、相位、频率等进行分析,即可判断出墙体中的缺陷(架空、蜂窝、不密实等)。八堡堤(4+934m～5+031m)段物探无损测试共采集了486个测点,经资料处理和分析,表明本段防渗墙平均深度为15.2m,在486个测点中,有48个测试点存在缺陷反应,约占测点数的10%,对48个缺陷部位进行关联度分析,圈出了9个局部缺陷小区域,实测数据见表2。防渗墙缺陷部位或缺陷小区域位置见图2。无损测试结果表明,混凝土防渗墙产生的渗漏缺陷是局部的、不连续的,墙体可能存在接缝或接头或不均匀等质量缺陷,墙体与基岩可能存在局部接触不好的缺陷。缺陷一般表现为:底部沉渣过多、局部离析、夹泥、裂缝、墙底未入岩。根据无损测试结果,业主委托有资质的检测单位采取钻孔取芯法进行验证。2.3防渗墙钻芯施工根据地面渗点调查法及重点堤段物探法检测的结果,在现场由无损测试单位和工程各参建单位,针对无损测试情况和优先考虑在渗漏点较大部位布孔的原则,钻探位置确定在八堡堤(4+934m～5+031m)段比较明显的缺陷区域中的桩号4+962.4m、4+980.6m、4+996.2m、5+026.1m部位,共布置了4个钻孔。在防渗墙墙顶开孔,墙体内钻孔取芯,通过钻进过程中的掉钻、快进、返砂量、回水颜色、回水量等现象及取出的混凝土芯样外观、钻进进尺等综合评定验证部位防渗墙的连续性和工程质量,同时,通过对墙下基岩进行钻孔压水试验,视其透水率的大小来评价基岩的透水性。各钻孔描述如下:ZK5孔(桩号4+996.2m)防渗墙钻芯呈长柱状,夹短柱状,钻进正常,成墙完整,混凝土胶结较好,墙高14.22m,墙底高程53.59m。但墙底下有0.35m厚黄色含少量砾的粗砂,含砾量小于5%,砾径1～3cm;含砾粗砂之下是1.53m厚全风化泥质粉砂岩。该处的工程缺陷是防渗墙底未入岩。ZK6孔(桩号4+980.6m)防渗墙钻芯呈长柱状,夹短柱状,钻进正常,成墙完整,混凝土胶结较好,墙高14.76m,墙底高程52.95m。但墙底下有0.24m厚第四系冲积层,冲积层上部为0.14m厚的黄色含少量砾的粗砂,含砾量小于5%,砾径1～3cm;下部是0.10m厚的灰黄色壤土,可塑状态。冲积层之下是0.29m厚全风化泥质粉砂岩。该处的工程缺陷是防渗墙底未入岩。ZK7孔(桩号4+962.4m)防渗墙钻芯呈长柱状,夹短柱状和碎块状,大部钻进正常,成墙完整,混凝土胶结较好,墙高14.40m,墙底高程53.21m;但在墙体62.02m高程钻进时,先掉钻0.03m,后进尺明显加快0.14m,取钻芯进行编录,见该段是黄色含少量细砾的中细砂,厚有0.21m。墙底下有0.15m厚砂浆,砂浆下是基岩,砂浆与基岩良好接触,基岩上部为0.97m厚强风化下部泥质粉砂岩。该处的工程缺陷是防渗墙墙体61.85～62.02m高程处有0.21m厚的中细砂夹层。ZK8(3)孔(桩号5+026.1m)防渗墙钻芯呈长柱状,夹短柱状和碎块状,钻进正常,成墙完整,混凝土胶结尚好,墙高15.13m,墙底弱风化基岩良好接触。而偏下游仅0.20m的ZK8(2)孔(桩号5+026.3)防渗墙,钻芯也呈长柱状,夹短柱状和碎块状,钻进正常,成墙完整,混凝土胶结尚好,但墙高只有8.46m(高程59.55m),墙下是含少量砾的粗砂。该处的工程缺陷是防渗墙墙体结合部位开叉。经基岩压水试验,基岩的透水率为0.9～3.2Lu,基岩弱透水。由于基岩为相对不透水层,从而说明八堡堤的渗漏原因为混凝土防渗墙本身的缺陷所致;钻芯检测表明:墙体局部未入岩,局部存在不连续缺陷或结合部位开叉。2.4完整的防渗体系根据以上三种方法对八堡堤混凝土防渗墙渗漏进行分析研究的结果,对八堡堤混凝土防渗墙质量评价如下:设计混凝土防渗墙(射水造墙)与相对不透水的完整泥质粉砂岩连接,构成了完整的防渗体系。现状八堡堤存在渗漏问题,渗漏主要原因是射水造墙Ⅰ、Ⅱ序墙体结合部位开叉、局部墙底与基岩接触面沉渣过厚、部分墙体入岩不满足要求,局部墙体混凝土存在离析、断桩现象等是造成射水造混凝土防渗墙产生渗漏的原因。3垂直防渗为主,不对称高喷灌浆三重管工法根据八堡堤渗漏原因分析研究得出的结论,八堡堤渗漏处理的原则为“上堵下排”,上堵采用“不对称高压摆喷灌浆”联合原射水造墙防渗,充分发挥原射水造墙的防渗功能;下排的措施为堤脚附近开挖导渗沟、减压井和盖重压渗等。由于八堡堤堤后多为农田及民房,故采用垂直防渗为主,水平防渗结合下游排水减压导渗为辅的渗漏处理方式。2007年4月10日至8月15日针对渗透破坏最严重的桩号3+860～3+980m、4+170～4+420m、4+600～5+100m段采用不对称高喷灌浆(三重管)工法对射水造混凝土墙缺陷进行了防渗补强处