浅议斜孔帷幕灌浆在病险水库防渗处理中的应用

摘要：根据甘肃省肃南县酥油口水库历经两次防渗处理后的渗漏问题进行分析，对垂直帷幕灌浆方案进行了分析论证，没有达到防止渗漏的目的，建议采用斜孔帷幕灌浆方案，该方案对减小水库渗漏的作用和效果显着，达到了预期的目的，同时也为病险水库坝基、坝肩的斜孔帷幕灌浆防渗处理技术方面探索了一条新路子，积累了一定的经验。 关键词：酥油口水库；斜孔帷幕灌浆；病险水库；防渗处理

1 工程现状 酥油口水库位于甘肃省肃南县马蹄区西水乡境内，是一座以灌溉为主的调蓄水库，海拔高程在2 480～2 600 m之间，坝高54 m，水库总库容350万m3，属小(一)型四等工程，设计灌溉面积为0.344万hm2，灌区分布在张掖市与民乐县相邻的安阳、南古两乡的16个行政村，受益人口约1.5万人，是花寨人民的生命工程。 水库始建于1958年，1972年建成投入运行，大坝为混凝土面板堆石坝，坝体采用定向爆破填筑而成，混凝土面板防渗。经多年运行，水库存在防洪标准偏低、设施老化失修、工程观测和通讯设施落后，交通不便等诸多影响工程安全及管理方面的问题，尤其是水库渗漏问题，严重影响水库效益的正常发挥。1974年和1978年分别两次对左坝肩进行了帷幕灌浆和固结灌浆防渗处理，但水库渗漏情况仍然十分严重，年渗漏量70.57万m3，占同期来水量的19%，灌区内有0033万hm2农田不能保灌。2000年经水利部大坝安全管理中心核查，该水库被确定为三类病险水库，并列入全国重点病险水库除险加固工程规划。根据初步设计报告的批复精神，论证专家认为垂直帷幕灌浆防渗方案仍存在着一定的缺陷，不能彻底解决坝肩绕渗问题，建议采取斜孔帷幕灌浆对酥油口水库坝肩进行防渗处理。 2 存在的问题 1974年和1978年两次对左坝肩进行防渗处理，其中1974年进行帷幕灌浆处理，处理后最大渗漏量由0.4 m3/s下降到0.18 m3/s，渗漏量减少了55%，1978年进行固结灌浆处理，渗漏量由处理前占来水量的52.2%下降到了2561%，下降50.94%，左坝肩渗漏明显减少。目前，水库渗漏主要集中在右坝肩侧面三角渗漏面，主河床坝基和左坝基断层破碎带也存在着一定的渗漏。 根据水库1978年-1986年连续9年渗漏观测资料分析，水库绕坝渗漏情况非常严重，渗漏量约为同期来水量的938%左右，最大达到2561%，年平均渗水量为7057万m3，年渗漏量占入库水量的比例为1916%，具体见表1。 经分析，引起坝体绕渗的原因主要有以下两个方面：一是地质结构引起的渗漏。在右坝肩除了两组压性断裂外，对岩体起控制作用的主要是两组张性结构面，表现为顺河流方向上的节理裂隙相当发育，密度为4～6条/m，最多处为8条/m，倾角达到75°～85°，将岩体切割成条形六面体，局部裂隙密集带岩体呈碎块状，实测最大渗漏量为0.12 m3/s，坝基实测最大渗漏量为0.06 m3/s，总计最大渗漏量为0.18 m3/s，岩石吸水率平均为0.01%～1.0%［1-2］。二是人为因素造成岩体表层破碎的渗漏，前坝坡钢筋混凝土面板周边缝与右坝肩的插入深度仅有1.0～1.5 m，由于原右坝肩定向爆破形成浅层破碎带分布较广，节理裂隙发育，势必造成沿面板周边缝下部及右坝肩侧面三角地带的渗漏，故该水库渗漏非常严重［3-4］。 3 左、右坝肩防渗设计 初步设计采用垂直防渗帷幕灌浆方案，只能解决帷幕范围内岩体垂直面的渗流问题，但对于坝肩与混凝土防渗面板侧面间约2 206.71 m2三角地带的绕渗问题并没有得到解决，不能形成完整帷幕，只能减少右坝肩部分表层岩石裂隙渗漏量，延长右坝肩绕坝渗径，对减小水库渗漏的作用和效果不显着［5］。 本次除险工程帷幕灌浆旨在右坝肩形成防渗帷幕，以减少右坝肩绕渗问题，右坝肩防渗作为本次除险工程的主要任务之一，设计在右坝肩形成整体防渗帷幕，将初设的坝顶右坝肩的40 m平洞及垂直帷幕灌浆，改为沿上游坝面与坝肩岩体交线布置的斜孔，在左右坝坡的3个部位，共布置钻灌孔28个，钻灌总进尺765 m。 3.1 左坝肩下部防渗帷幕设计 根据提供的地质资料分析，左坝肩下部有一断层在上次左坝肩灌浆时未能得到很好的解决。故本次除险加固工程在上游坝面与坝肩岩体交接2 507 m高程处，呈辐射状布置7个孔（1号孔-7号孔），前坝坡与垂直面总的夹角为35°32″，孔间夹角为5°04″，孔深18.2～50 m，总进尺200.9 m，孔深按穿过断层后5 m控制。 3.2 右坝肩防渗帷幕设计 由于水库淤积高程在2 507 m，故下部帷幕布置与左坝肩布置相同，即在上游坝面右周边缝2 507 m高程处，呈辐射状布置7个孔（8号孔-14号孔），前坝坡与垂直面总的夹角为35°32″，孔间夹角为5°04″，孔深175～572 m、总进尺1940 m，孔深按穿过断层深入弱透水层后50 m控制。高程2 507 m以上分两个区间布置钻灌孔，在高程2 507～2 525 m间，布置10个孔（17号孔-26号孔），孔距2 m，孔深为穿过相对不透水层后4 m控制，孔深23～28 m，总进尺258 m，钻孔与水平夹角为20°，同时向下游倾斜5°。在高程2 525～2 537 m间，布置4个孔（26号孔-30号孔），孔距3 m布置，孔深为穿过相对不透水层后4 m控制，孔深均为28 m，总进尺112 m。钻孔与水平夹角为20°，同时向下游倾斜5°，斜孔帷幕灌浆钻孔布置图见图1，斜孔帷幕灌浆钻孔布置特性见表2。 3.3 防渗设计标准 根据《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001）规定，本工程坝高54 m，属中坝，设计防渗标准为：检查孔按10%控制检测，防渗帷幕体内岩体单位吸水量不大于5 Lu，终孔深度为岩石透水率Lu≤10，伸入弱透水层后5 m终孔。 4 结语 通过上述3个部位的斜孔帷幕灌浆， 从孔数上与垂直孔 比较，垂直孔设计为20个孔，钻灌总深度为880 m。斜孔为30个孔，钻灌总深度765 m，缩短钻灌长度为1307%。 斜孔帷幕灌浆防渗主要有以下3个方面的作用：①可完全封闭右岸坡与坝肩形成的侧面三角渗漏面，减少坝肩绕渗后通过坝体的渗漏量，解决右坝肩、面板周边缝、右坝肩岩石裂隙的绕渗问题； ②在坝下前趾板上垂直主河道帷幕灌浆，可堵截主河道砂砾石层的渗漏，解决原坝基清基不彻底存在的坝基渗漏问题；③右坝肩在高程2 507～2 537 m段布设水平帷幕灌浆孔，可堵截横穿左坝肩在前坝坡趾板左侧断层造成的集中渗漏问题。 斜孔帷幕灌浆防渗处理竣工后，检查孔防渗帷幕体内岩体单位吸水量达到设计要求，合格率100%。水库绕渗问题得到了解决，经观测渗漏量约为同期来水量的2%左右，年渗漏量约为13.7万m3， 年渗漏量下降约80%。斜孔帷幕灌浆防渗对减小水库渗漏的作用和效果显着，达到了预期的目的，同时也为病险水库在坝基、坝肩的斜孔帷幕灌浆防渗处理技术方面探索了一条新路子，积累了一定的经验。