蘭洞水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)及防滲堵漏原因分析

1蘭洞水庫(kù)大壩蘭東水庫(kù)水庫(kù)位于蓮花市蘭東水庫(kù)下游1.3公里處。水庫(kù)以上控制集水區(qū)42.93公里。2.水庫(kù)總面積74.3萬(wàn)米，其中有效蓄水量3040.30hm。水庫(kù)正常水位為663.76m，電路設(shè)備為9600噸，設(shè)計(jì)建筑面積為7.72萬(wàn)畝。該工程為發(fā)電、灌溉及防洪的綜合利用工程。蘭洞水庫(kù)大壩為粘土均質(zhì)壩,壩頂高程為667.90m,1969年底建成,1970年水庫(kù)蓄水。大壩最大壩高44m,壩頂寬5m,壩頂長(zhǎng)度120m。1971年3月當(dāng)水庫(kù)水位為662.5m時(shí),距右岸岸坡4m處出現(xiàn)一條與壩軸線呈75度角左右的貫通性裂縫,裂縫寬度2cm～4cm,縫深2.9m～3.9m。當(dāng)時(shí)將裂縫挖寬0.5m,挖深1.0m,回填粘土并夯實(shí)處理后,于1973年10月庫(kù)水位為661.0m時(shí)發(fā)現(xiàn),外坡在上下平臺(tái)之間的160m2坡面較濕,且有水滲出,腳踩成泥漿,最高出水點(diǎn)高程為654.0m;到1996年發(fā)展到9處散滲區(qū)和7個(gè)漏水點(diǎn)。為保證大壩的安全,從1993年開(kāi)始水庫(kù)限制水位622.00m運(yùn)行,嚴(yán)重影響工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。2防滲透設(shè)計(jì)2.1滯水飽和帶內(nèi)水源補(bǔ)給為查明大壩滲漏的原因,對(duì)大壩進(jìn)行勘探,通過(guò)鉆探、物探、探井等手段,結(jié)合相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)、水位觀測(cè)等,查明大壩滲漏原因:由于工程區(qū)為花崗巖地區(qū),土料含砂量大,在修筑大壩時(shí)填筑壩體的土質(zhì)不均勻,散滲區(qū)相對(duì)應(yīng)的區(qū)域土質(zhì)含砂高,碾壓不密實(shí),當(dāng)外來(lái)水滲入該區(qū)時(shí),使得該區(qū)形成上層滯水飽和帶。滯水飽和帶內(nèi)水源補(bǔ)給主要有三條途徑:一條是庫(kù)水位上升時(shí),在水頭的作用下滲入滯水飽和帶;二是通過(guò)大氣降水從坡面下滲;三是壩體與基巖接觸面的承壓水沿測(cè)壓管上升到滯水層。上述三種途徑中最主要、最危險(xiǎn)的是庫(kù)水滲漏。2.2比較滲透方案均質(zhì)土壩的防滲堵漏方法較多,有帷幕灌漿,人工挖孔(或機(jī)械造孔)砼防滲心墻,高壓噴射灌漿等方法,高壓噴射又分高壓旋噴及高壓擺噴。2.2.1防滲體的充填體為510特點(diǎn):柔性防滲,分造孔、灌漿兩道工序,造孔一般布置為雙排孔,灌漿漿液與大壩填土混合,充填、擠壓后形成帷幕狀防滲體,厚50cm～100cm。2.2.2土預(yù)制塊護(hù)壁特點(diǎn):剛性防滲,分人工挖孔(較深的可采用機(jī)械造孔)與混凝土澆筑兩道工序,用喇叭狀現(xiàn)澆混凝土圈和拱狀混凝土預(yù)制塊護(hù)壁,澆筑混凝土形成防滲墻,墻厚1.0m～1.3m。優(yōu)點(diǎn):投資較省,防滲效果好,施工簡(jiǎn)單明了,質(zhì)量保證。缺點(diǎn):只適用于中低壩,孔深不宜超過(guò)30m,30m以上的需采用機(jī)械造孔,造價(jià)大,且要求在低水位情況下施工;防滲墻混凝土不連續(xù),為混凝土圈護(hù)壁所分隔,在一、二、期混凝土與護(hù)壁處為防滲薄弱點(diǎn),影響防滲效果。2.2.3定噴防滲墻體高壓噴射灌漿是70年代從國(guó)外引進(jìn)的新技術(shù),在區(qū)內(nèi)已有多處工程采用,在桂林只有蘭洞水庫(kù)采用。特點(diǎn):機(jī)械造孔,高壓噴射灌漿機(jī)灌漿,分定噴、擺噴、旋噴三種形式,利用高壓水、氣沖洗切割大壩填土,同時(shí)灌入水泥漿與壩體土顆粒膠結(jié)混合,形成防滲墻體,介于柔性防滲體與剛性防滲體之間。優(yōu)點(diǎn):防滲效果好,施工不受季節(jié)影響。缺點(diǎn):定噴防滲體偏單薄,約8cm～10cm,在灌漿孔較深時(shí),若出現(xiàn)鉆孔偏斜或定向偏差易造成錯(cuò)位,使帷幕不連續(xù),影響防滲效果;擺噴防滲墻體厚度不一,薄處10cm,較厚處可達(dá)60cm,沿壩軸線成梯形狀;旋噴防滲效果好,但投資較大。綜合上述幾種防滲堵漏方法的分析,目前高壓噴射灌漿技術(shù)發(fā)展迅速,施工要求較低,方便靈活,特別是高壓擺噴,施工質(zhì)量較易保證,同時(shí)考慮該技術(shù)在桂林地區(qū)的推廣應(yīng)用,故選擇了高壓擺噴作為蘭洞土壩的防滲堵漏方案。2.3設(shè)計(jì)高壓噴射防止?jié)B透的墻設(shè)計(jì)2.3.1設(shè)計(jì)噴孔軸的配置軸線的布置原則一是要盡量靠近上游,提高防滲效果,二是要考慮施工方便,因此,擺噴孔的軸線布置與壩軸線重合(見(jiàn)圖1)?2.3.2設(shè)計(jì)擺動(dòng)噴霧墻的厚度擺噴墻厚度根據(jù)水力梯度確定,擺噴墻的厚度是通過(guò)擺角控制的,經(jīng)計(jì)算,擺角設(shè)計(jì)為30°。2.3.3抗壓強(qiáng)度的要求根據(jù)《水工建筑物防滲工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定,在土層中高噴板墻的抗壓強(qiáng)度要求達(dá)到0.5MPa～2.0MPa,本設(shè)計(jì)采用規(guī)范值0.5MPa～2.0MPa。2.3.4滲板墻嵌入基巖滯水層下限最低高程為640.10m,按規(guī)范要求高噴防滲板墻應(yīng)穿過(guò)該界線以下0.3至0.7倍水頭,但考慮高噴板墻接近剛性墻體,有一定自重,長(zhǎng)期懸掛于壩中會(huì)下沉,為安全起見(jiàn),板墻底部均嵌入基巖,鉆孔入巖深度為1.0m。2.3.5接施工技術(shù)難度大,施工質(zhì)量難以保證擺噴墻的連接方式有兩種,一種是直線連接,一種是折線連接。直線連接施工技術(shù)要求高,較難形成連續(xù)的防滲墻體,施工質(zhì)量難保證;折線連接,一序墻和二序墻有一定的交角,較易連接,一序墻和二序墻間較易形成連續(xù)的防滲墻體,施工質(zhì)量易保證,故選擇采用折線連接方式。2.3.6孔距和比、比擺噴孔孔距的確定要考慮填筑壩體的介質(zhì)及灌漿過(guò)程中的水、氣、漿壓力等多種因素,孔距越大,投資越省,但質(zhì)量較難保證,孔距越小,投資越大,但質(zhì)量易保證。在設(shè)計(jì)中,先采用工程類比法,確定其孔距為1.0m,后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),確定其經(jīng)濟(jì)孔距為1.20m。2.3.7透系數(shù)及抗壓強(qiáng)度漿液密度的大小直接影響成墻的質(zhì)量和防滲的效果,根據(jù)規(guī)范要求所形成的防滲墻其滲透系數(shù)應(yīng)小于i×10-5～i×10-6cm/s,其抗壓強(qiáng)度應(yīng)在0.5MPa～0.6MPa之間。通過(guò)試驗(yàn)確定,配漿所用的水泥為425#普通硅酸鹽水泥,配漿密度為1.6g/cm3～1.7g/cm3,并要求回漿密度達(dá)到1.3g/cm3。2.3.8高噴技術(shù)創(chuàng)新最優(yōu)組合在設(shè)計(jì)中,高噴參數(shù)的確定具有一定的難度,較為常用的方法是結(jié)合規(guī)范根據(jù)工程類比法暫定一組或多組參數(shù),按照高噴板墻的設(shè)計(jì)要求,制定一套高噴參數(shù)的試驗(yàn)方案。通過(guò)試驗(yàn)求出在保證質(zhì)量的前提下高噴成本最低的的參數(shù)組合。蘭洞水庫(kù)大壩的高噴灌漿技術(shù)參數(shù)先后經(jīng)過(guò)5個(gè)多月的多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),最終得出的高噴技術(shù)參數(shù)最優(yōu)組合如下。水壓:35MPa～40MPa,水流量:701/min～801/min;氣壓:0.5MPa～0.7MPa,氣流量0.8m3/min～1.5m3/min;漿壓力:0.1MPa～1.0MPa,漿流量:701/min～801/min;漿密度:1.6g/cm3～1.7g/cm3,回漿密度:≥1.3g/cm3;提升速度:V=6cm/min;旋轉(zhuǎn)速度:0.8V～1.0V;擺動(dòng)速度:0.8V～1.0V;擺角:30°;折角:30°。2.3.9高壓擺噴試驗(yàn)蘭洞水庫(kù)主壩高噴板墻于2001年10月開(kāi)