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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

2014-05-19 02:48 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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