1.南谷洞水库“架空层”的堵漏灌浆
南谷洞水库位于豫北太行山区,建于1958~1960年“大跃进”时期。有一座高78.5m、长205m的土石坝,可拦蓄水量7750万m3。初建成的坝型为粘土斜心墙堆石坝,后来由于大量漏水使粘土斜墙遭受严重破坏,又在坝的上游面补做了一层沥青混凝土防渗面板。大坝坐落在两岸岩石陡峭的深峡谷里、43m厚的覆盖层上。覆盖层由砂、卵石夹大块石组成,局部有架空,透水性很大,对此当初未作任何防渗处理。
1960年大坝建成,开始蓄水就漏水严重。多年来一遇到大雨水库爆满,就引起坝面开裂,塌陷,险情频频发生。为此,先后做了坝体加高、培厚、用沥青混凝土面板取代粘土斜墙、在覆盖层中补做混凝土防渗墙,对坝面塌坑裂缝进行填补,对两岸岩缝进行喷堵沟缝并灌浆等处理,花费2000余万元,但收效甚微。直到1984年又决定对混凝土防渗墙两端接头作重点灌浆和改善面板接头等项处理。
在对防渗墙两端进行灌浆中,先后在左端24号孔深25.46m、31.46m和右端1号孔深35.60m、16号孔深39.82m、17号孔深40.80m等处遇到了架空层(后来在此处灌后的检查孔中取出了长1.3m的一段灌浆结石,可见架空空隙之大)。这些架空层显然是在防渗墙施工时未能贴紧岩岸或误将塌落的较大块石判为基岩而留下的。
对这些特大通道的灌浆,最初是使用W/C=0.6的最稠水泥浆,灌灌停停,耗费了很长时间,注入了大量水泥也不见效果。后来改成用很稠的水泥—粘土—砂浆在孔口冲灌5~30mm的砾石,才产生了明显效果,坝后一个常年积水的溢洪道冲刷坑内的水位开始下降。自1986年4月下旬开始此种灌浆,到6月2日结束,在近40天的时间里,往上述几个孔段共灌入水泥300余t,砂和砾石100余m3(土料未予统计,估计有200m3左右),坑内7m多深的积水干枯见底,坝后水位普遍降低了10余m,观测到的漏水量由灌前的125L/s下降到0.35L/s。图13-2可显示出这次的灌浆效果。目前,该水库已正常蓄水20年,多年的漏水问题已得到彻底治理。
2.里册峪水库特大裂隙的堵漏灌浆
该水库位于山西省绛县境内中条山区,1972~1976年用定向爆破法建成的堆石坝,高57m,总库容667万m3。坝面为沥青混凝土防渗面板;在坝基覆盖层中于爆破前用人工开挖法建造的一道深30m、厚3m的混凝土和浆砌块石防渗墙。建成后就严重漏水。1978年针对两岸可见的表面裂隙作过填堵和浅部灌浆处理,封闭面积6000m2,填砂浆600m3,灌浆1722m,但漏水量依然如故,低水位时为15L/s,高水位时达830L/s。漏水原因,分析认为并经后来证实在左岸主爆破区安山岩体内存在由剧烈爆破引起的裂隙群。
相隔10年之后,于1988年又决定作一次深部灌浆处理。原计划这次灌浆从坝基防渗墙两端开始做起,沿着坝的坡面一直做到溢洪道底部高程753.50m,做成向岸外倾斜的帷幕,以期封堵住可能的全部通道。单排孔,孔距2m,深入到相对不透水层。由于资金不足,不得已只完成了左岸723.6~750.6m高程范围内的一部分孔就停止了。然而仅此这些部分孔的灌浆却正好碰上了可能是仅有的特大漏水通道,结果使水库的漏水问题基本解决。
图13-2 南谷洞水库特大漏水通道灌浆效果显示图
1—下游坑内水位下降过程线;2—灌入水泥量累计过程线
图13-3 里册峪水库坝左岸特大裂缝示意图
1—裂隙;2—钻孔;3—沥青混凝土面板
左岸739.0~750.6m高程上的12个孔几乎都从同一深度开始遇到了一连串的大裂隙(如图13-3所示),其宽度都在10cm以上,最宽的一条50cm。据判断,这些裂隙很可能与大坝堆石体相连通,而堆石体的空隙是很大的;由于水库正部分蓄水,必然会有水流从裂隙中通过。有鉴于此,采用常规法灌浆是不可能奏效的,因此决定采用清水间或采用水泥浆往孔内冲灌土、砂、砾石混合料。其中砾石粒径开始用2~5mm,后来逐渐增大到20~50mm。用此办法灌注了两周左右时间开始显出来效果:从陡峭的岩壁上看到的冒水、冒浆点在逐步升高,然后又逐渐消失。这表明以下的裂隙已被灌满或被堵死。
后来在无法填进粒料、而仍然吃浆不止(由于钻孔中心高程以上的裂隙空隙而未得到充填所致)的一些孔中又灌注了水泥——水玻璃浆,以争取达到拒浆标准后结束。结果并未完全实现目标。仅此这些,就使水库蓄水位达到了设计高程,十多年来稳定不变。
在12个正式灌浆孔中,共灌入水泥748.8t,砂子442.0m3,砾石206.6m3,水玻璃1.2t。在耗浆特大的几个孔中间又作了8个补加孔的灌浆,灌进水泥95.2t,最后还作了3个检孔的灌浆,每米灌进水泥84kg。情况表明,漏水通道已被基本堵住。
3.岸堤水库特大岩溶通道的堵漏灌浆
岸堤水库在山东省蒙阳县境内,1960年建成蓄水,库容7.8亿m3。一座高29.8m、长1665m的大坝,右端730m为粘土心墙砂壳坝,左端935m为均质土坝。与坝底紧接的为一层厚7~18m的粉、壤土,下为20~30m厚的灰岩夹薄层页岩互层,再下为花岗片麻岩地层。灰岩裂隙发育,并有溶蚀现象。在开挖截水槽时曾发现有沿溶蚀裂隙较大涌泉46个涌水量多为5~10L/s,最大达60L/s。对此基本未作防渗处理。
至1984年决定进行防渗处理时为止,20多年水库一直存在着相当严重的漏水问题,除降低了经济效益外,还时刻威胁着坝的安全。仅在右岸排水洞中测到的渗漏量,从1961年的200L/s,增大到1984年的500L/s;坝前出现漏水旋涡,活鱼经此进入平洞,曾一次捕获150kg。
经多方考查,确认右坝头桩号0-12~0+100范围为强渗漏段。治理办法是在此段进行帷幕灌浆。先后布孔2排,孔距1.5m。经过三年时间,共在117个钻孔、6467m的灌浆中灌进各种材料4110t。其中粘土1091t,水泥1062t,砂子900t,砾、卵石1057t;平均消耗干料635.5kg/m。当钻孔遇到严重漏失的大裂隙、大溶洞时,就往孔内用清水冲填土、砂、砾石级配料。其中的砾石,先用粒径2~5mm,接着用5~10mm、10~20mm、20~40mm,由细逐级变粗,冲填中不断下入钻具扫、搅,直到在某一级不能再继续填进时为止。接着用稠的水泥浆或水泥砂浆进行“封闭”灌浆。结果,使原来坝后500L/s的渗漏量基本消失(图13-4所示为1号量水堰随灌浆的变化过程)。(www.xing528.com)
4.方元水库特大岩溶通道的堵漏灌浆
图13-4 排水平洞1号量水堰流量随灌浆的变化过程
1—库水位过程线;2—1号量水堰流量过程线
方元水库是湖南省桂阳县境内在丘陵地形中用5座坝围堵成的一个中型水库,库容1920万m3,1966年建成。这里说的是3号均质土坝,高16.1m,长320m,修建时未作防渗处理,一蓄水便开始渗漏。曾于1971年和1976年两度在坝前坡角开挖修筑粘土截水墙,最深达9m,但成效甚小。到1984年蓄水到设计水位时,漏水量达1200L/s,多年来屡次发生塌坑、塌洞,严重威胁坝的安全。
1985年在坝的左端25m、中部65m、右端15m处找到了3个主要渗漏地点,做了3段不连续的帷幕灌浆。在总长105m段内共布孔28个,钻孔1367.5m,灌进水泥508.6t、尾矿砂14t。结果,渗漏量由原来的1200L/s降到0.02L/s,减小了99.8%。
漏水原因:经查明,在坝基石灰岩中沿着3条压扭性断层破碎带形成了3条与坝轴线近于正交的强岩溶渗漏通道。表层以溶隙型为主,深部以洞穴型为主。发育深度一般为30~40m,最大达60~70m。水库放空后发现有形如串珠的落水洞,如图13-5所示。
图13-5 沿断层发育的岩溶通道平面示意图
1—落水洞;2—岩溶通道;3—大坝
该坝的堵漏灌浆布置和施工,采用的都是非常规方法。深度既未达到与相对不透水层相接,亦未规定必须满足一定水头或坝高的要求,而是只穿过强透水层;也不是连续帷幕,而只在3个互不连接的独立段上布置了孔距一般1.5m、最密处0.5m、最大6m的1排灌浆孔。
灌浆方法有以下两种:
(1)从坝顶打孔灌浆。原则上按逐步加密、自上而下分段施工,但不很严格。基本上是遇洞才灌,灌段长度有时达数十米。在大的漏浆段用清水冲灌尾矿砂、粒径小于0.65mm的河砂、大于0.65mm的粗砂、砾、卵石等粒料,灌满后再灌水泥浆,有时加入速凝剂。拒浆压力一般不超过0.1~0.15MPa。
(2)利用落水洞灌浆。在坝的中部65m处帷幕段上经查明有一如图13-6的特大岩溶通道,其入口是坝前160m处库内一个落水洞。将此落水洞开挖、清理至基岩,下填砂浆,回填粘土时埋上2根管子,用1根注浆,另1根在灌浆时输水导流,将可能冒浆的落水洞作回填封堵。在帷幕线下游针对通道打了两个填砂孔,共填入8t河砂,以阻止浆液向下游流失。在通道出口压砂覆盖。
灌注水泥浆,从水灰比3∶1开始,经过2∶1用1∶1结束。历时88h,灌入水泥140t,使出水处的漏水量由灌前的19.9L/s减小到0.02L/s。
该水库的堵漏灌浆只耗资17.9万元,便取得了如此显著效果,可谓是很大成功!
图13-6 利用库内落水洞对坝下通道作灌浆的布置
1—坝体;2—截水槽;3—后做截水墙;4—落水洞(灌浆);5—落水洞(抽水);6—投砂孔;7—压盖砂料
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