淮南市八公山区南唐水库渗漏加固处理的设计
淮南市八公山区南唐水库渗漏加固处理的设计 一、概述 南塘水库位于淮南市八公山区山王镇大顶山、英家山之间,是一座集防洪、 旅游、灌溉和养殖于一体,发挥综合效益的小(1)型水库。水库集水面积2.08km2, 正常蓄水位44.30m(黄海高程系,下同),按50年一遇标准洪水设计,500年一遇标准 洪水校核;设计洪水位45.03m,校核洪水位45.82m,总库容107.66万m3。南塘水库枢纽工程由土坝、正常溢洪道和放水涵洞组成,大坝为均质土坝, 坝顶全长约268m,顶宽3.0m左右,坝顶高程46.88~47.02m,最大坝高13.0m,坝背水 坡比为1:3.5左右,为草皮护坡。坝迎水坡比为1:3.0,干砌块石护坡,护坡厚0.3m,护砌 高程36.70~46.80m。
2009年淮南市水利局对南塘水库进行安全鉴定,评定南唐水库为三类坝。
根据渗流分析计算和研究分析结果,结论如下:坝基清理不很彻底,坝基与河床接 触面存在渗漏问题;虽然下游逸出渗流比降小于允许渗流比降,但渗流出逸点较高。
参照《水库大坝安全评价导则》(SL258-2000),确定大坝渗流稳定安全等级为“C” 级。
二、地质条件 2.1坝体工程地质条件 2.1.1坝身填土组成 坝身人工填土成分主要为粉质粘土、粘土和少量碎石等杂物,灰黄、棕黄 等色,可塑状,结构松散,主要来源于库区附近表层土,土质以粘土为主。
2.1.2坝体质量评价 坝身土质主要为粉质粘土、粘土,基本符合均质土坝的土料质量要求,但局 部有小砾石、全风化砂岩和腐烂植物等杂物,影响坝体的密实度。坝身为人工填 筑,未经机械碾压,土质松散。击实试验结果为:坝身填土的最优含水率为 21.3~22.9%,最大干密度为1.55~1.60g/cm3。而从取样的物理力学性指标来看,干密 度小于1.50g/cm3的土样数占总取样数的68%,以上指标均说明说明土体的压实度 不够,从现场钻孔注水试验看上部坝身的渗透性较大,填筑质量差。2.2坝基工程地质条件 2.2.1坝基土层工程地质特征 根据勘察成果,坝基上部为第四系粘性土覆盖层,为粉质粘土及残积土,下 部西半部分为砂岩,东半部分为灰岩。坝基各岩土层自上而下分层叙述如下: ②层淤泥质粉质粘土:灰、灰褐色,含少量铁锰质、钙质结核,局部夹高岭土, 稍有异味,软-可塑状,湿。天然含水量23.4~29.8%,平均27.8%,湿密度 1.96~2.01g/cm3,平均1.98g/cm3;干密度1.52~1.60g/cm3,平均1.55g/cm3;孔隙比 0.695~0.872,平均0.781;固结快剪内聚力36~50kPa,平均43kPa,内摩擦角为 7.8~10.7°,平均8.8°;压缩系数(a1-2)0.23~0.31MPa-1,平均0.26MPa-1;压缩模量 4.41~9.99MPa,平均7.42MPa;单桥静探Ps值平均1.37MPa。该层属第四系上更新统 冲(洪)积层(Q3al+pl)。
③层粘土:灰黄,杂色,夹较多灰岩、砂岩碎石块等,夹高岭土,可塑状,湿。天 然含水量26.7~31.8%,平均29.8%,湿密度1.86~2.03g/cm3,平均1.95g/cm3;干密度 1.43~1.52g/cm3,平均1.50g/cm3;孔隙比0.800~0.922,平均0.832;固结快剪内聚力 45~117kPa,平均65kPa,内摩擦角为9.7~13.5°,平均11.6°;压缩系数 (a1-2)0.14~0.29MPa-1,平均0.17MPa-1;压缩模量10.76~12.91MPa,平均12MPa;单桥 静探Ps值平均1.97MPa。该层属第四系上更新统残积层(Q3el)。
④1层泥质页 ④2层灰岩:主要分布于大坝东半部分,青灰色,中~微风化,厚层状,节理发育 一般,岩性为泥灰岩、石灰岩,局部有泥质填充,未揭穿。
2.2.2 水文地质条件 坝区主要为第四系上更新统地层,坝身为素填土及基岩出露。坝区地下水 主要为潜水及上层滞水,分布于坝身填土中,受大气降水和库水位补给,随水库的 水位升降而变化。勘探期间水库的水位已接近死水位,测得各钻孔地下水位埋深 4.20~7.60m,水位标37.50~ 38.90m,根据室内渗透试验成果:①层坝身填土的现场 钻孔注水试验测得的渗透系数应在10-5~10-4cm/s之间。
2.2.3 坝基工程地质评价根据勘察成果,坝基上部为第四系粘性土覆盖层,未见有砂性土层,土层的 强度稍低,渗透性较小。南塘水库大坝坝基地质结构为多层粘性土结构,坝基基本 不存在抗渗稳定、抗震稳定问题,坝基土具有一定膨胀性,但对本工程基本不存在 特殊土引起的工程地质问题,工程地质条件较好。
三、水库坝基渗漏加固设计 3.1帷幕灌浆设计 坝基基岩渗漏加固采用帷幕灌浆,采用单排孔,孔距2m,灌浆孔深度以深入 相对不透水层、基岩透水率10Lu下限以下3.0m 控制,灌浆压力为0.2~0.4Mpa。终 孔采用机械浓浆封孔,排除孔内水或稀浆。灌浆全部结束后,质量评定标准严格按 有关规范执行,主要是用检查孔压水方法来判定。
3.1.1帷幕灌浆布置 坝体以下基岩灌浆布置为单排孔,孔距2m,采用水泥灌浆。选定防渗轴线在 上游坝肩处位置。水灰比采用10比级:8、6、5、4、3、2、1、0.8、0.6、0.5从稀 到浓灌注。开始灌浆浓度的选择,依据简易压水试验ω值或钻进去的迥水损失大小 确定,当①极严重漏水,ω10L/min.m.m时,开灌水灰比采用5:1;②严重漏水,ω=1~10 L/min.m.m时,开灌水灰比采用6:1;③漏水较小,ω1 L/min.m.m时,开灌水灰比采用 8:1~6:1。
灌浆段长度一般采用5m,当漏水量很小(ω0.5L/min.m.m)可适当加长到 5~8m。特殊孔段的灌浆浓度为5:1起灌,或者采用停停灌灌及加速凝剂等方法。每 段灌浆的结束标准是:在该段灌浆压力下,吸浆量小于0.3L/min,继续灌注30分钟。
3.1.2 灌浆范围 坝基帷幕灌浆将坝基及两岸岩体与相对透水层封闭,以达到降低坝基水头 压力、防止渗透破坏、减少渗漏损失的目的。大坝右岸灌浆范围为溢洪道控制段 边墙0+010~0+080m,水平延长70m。左岸灌浆范围为0+180~0+250m,水平延长70m。
3.1.3防渗要求及深度 根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274―5001)第6.3.9条的规定:对三级以 下的中低坝,相对不透水层的标准可按基岩透水率q≤5~10Lu确定。考虑到坝体较矮,因此,确定防渗帷幕底界深入相对不透水层(q≤10Lu)内不少于3m。
3.2充填式灌浆设计 为解决水库在修建时未进行清基或清基不彻底而造成的坝身与坝基的接 触部位存在的渗漏问题,在左坝肩至0+180和→右坝肩至0+080范围,坝体与坝基 接触面以上2.0m范围的坝体内采用水泥粘土充填灌浆,采用单排孔,孔距2m,灌浆 压力为0.05~0.1Mpa。
3.2.1布置的原则 结合本工程的实际特点,充填式灌浆布置的原则为:①确保工程质量,保证 大坝加固后正常运行;②降低工程造价,力求防渗体工程量最小;③保证防渗体施 工期大坝稳定安全,不因施工造成坝体失稳;④减少施工与蓄水的矛盾,尽量满 3.2.2墙体轴线拟定 防渗轴线位置选择主要考虑的因素有:施工期坝体安全稳定;具备良好的施 工场地条件;灌浆后受力条件好,坝体应力分布状态得以改善。考虑坝顶现有旅游 景观长廊,选定防渗轴线在上游坝肩处位置,以使不影响到旅游景观长廊。
3.2.2充填灌浆顶界、底界高程的确定 坝顶高程为47.00m,坝顶宽3m,充填灌浆顶界高程为接触面以上2.0m,底界 综合考虑确定伸入基岩0.5m,其下作常规帷幕灌浆。
3.2.3充填式灌浆参数 大坝防渗处理采用单排孔,孔距2m,其配比确定为1:2,灌浆压力为 0.05~0.1Mpa。其所用孔与帷幕灌浆同孔。
四、结语 南唐水库除险加固工程施工于2011年汛前完工,并完成了各项设计指标。
加固处理后,很好地解决了坝基渗漏问题,已能满足防洪、蓄水灌溉及水产养殖的 要求。本文的处理措施和方法,对以后水库防渗漏处理具有很好的参考借鉴价值。