1 ·工程概况
安溪村内水库位于晋江西溪支流龙门溪上游,坝址以上集雨面积18. 4 km2,主河道长7. 15 km,比降13. 08‰。水库加固设计洪水标准为100 年一遇,校核洪水标准为1 000 年一遇,正常蓄水位528. 48 m, 设计洪水位528. 48 m, 校核洪水位528. 51 m,死水位504. 48 m。工程于1973 年6 月动工,1981 年8 月竣工,是一座以灌溉为主,结合防洪、发电、养殖等综合利用的中型水库,保护下游人口约5 万人,灌溉2. 25 万亩。坝后有三级电站,总装机5 100 kW。
大坝为粘土心墙堆石坝,坝顶高程530. 02 m,防浪墙顶高程530. 71 m。最大坝高42. 50 m,坝顶长140 m,宽6. 0 m,粘土心墙顶宽3. 0 m。大坝迎水坡设两级宽1. 50 m 平台,背水坡设三级平台,分别宽1. 30 m、1. 83 m、7. 20 m,上下游坡面均为干砌块石。
2· 工程地质条件
水库区内属剥蚀低山丘陵地貌,地表植被发育,库周地形坡度在15° ~ 50°。
坝址地质构造以断裂为主,褶皱不发育。坝址主要发育3 条断层F11、F12、F13。F11 断层宽2. 5~ 3. 5 m,发育于坝址右岸溢洪道中。F12 断层宽0. 3 ~ 0. 5 m,发育于坝址左岸。F13 断层宽1 ~ 2 m,发育于坝址河中靠左侧。坝址区节理较发育,主要有三组,走向分别为N65 ~ 85° W、N10 ~ 30° E、N50 ~ 70°E。受断裂密集发育的影响,坝址区岩体破碎。
3· 大坝渗漏基本情况
经多年运行,村内水库大坝不均匀沉陷造成坝顶防浪墙断裂和迎水坡表面局部沉陷。由于部分干砌块石风化,坝面呈中间凹的弧状,整体轻微沉陷。经检测,坝体填筑土压实度为80% ~ 90%,低于规范要求( 96%) ,渗透系数超过规范允许值( 1. 0 ×10 - 5 cm /s) 。大坝观测渗漏量约为4. 5 l /s,渗漏量较大。受断层及节理密集带影响,坝址区岩体破碎,裂隙发育,高程510 m 以上坝基岩体基本为强风化状,透水率20. 6 Lu,大坝存在坝基渗漏和两坝肩绕坝渗漏问题。
4· 大坝防渗处理方案选择
根据村内水库大坝实际情况,经初步分析,坝基渗漏采用帷幕灌浆处理,即在F11、F12、F13 断层处采用双排孔进行帷幕灌浆; 坝体防渗拟定薄型抓斗混凝土防渗墙、高喷防渗板墙、劈裂灌浆等三个方案进行比选。
方案一: 薄型抓斗混凝土防渗墙方案。设计混凝土防渗墙厚0. 6 m,中心线长140 m,塑性混凝土渗透系数10 - 7 ~ 10 - 9 cm /s,28 天抗压强度1 ~ 5MPa,墙底插入坝基强风化基岩2. 0 m。双坝肩渗漏采用高压旋喷灌浆和帷幕灌浆进行防渗处理,旋喷桩桩径0. 8 m,孔距0. 65 m,灌浆孔深10. 0 ~ 35. 0m,钻孔深入坝基岩体0. 5 m,喷浆压力≥20 MPa。高压旋喷灌浆与坝体混凝土防渗墙衔接,形成封闭的防渗体系。
方案二: 高喷防渗板墙方案。该方案为坝体全断面灌浆、坝顶单管高压旋喷灌浆构筑垂直防渗墙。旋喷桩单排,孔距0. 65 m,灌浆深10. 0 ~ 43. 0 m,钻孔深入坝基岩体0. 5 m,喷浆压力≥20 MPa。双坝肩渗漏问题采用高压旋喷灌浆防渗墙进行防渗处理。
方案三: 劈裂灌浆方案。灌浆范围长140 m,沿坝顶布置双排孔,排距1. 5 m,第一排劈裂灌浆孔布置在距坝顶上游面2. 2 m 处; 河床段桩号坝0+ 047. 0 ~ 坝0 + 117. 0,孔间距5. 0 m; 岸坡段桩号坝0 + 000. 00 ~ 坝0 + 047. 0 及坝0 + 117. 0 ~ 坝0 +140. 00,孔间距3. 0 m; 灌浆孔深为坝顶至坝底面,灌注材料为粘土浆。双坝肩渗漏问题采用高压旋喷灌浆防渗墙进行防渗处理。
根据水库地形地质条件和大坝漏水情况,综合考虑工程加固、施工质量及防渗效果等因素,大坝坝体防渗加固最终采用薄型抓斗混凝土防渗墙方案。该方案施工方法较成熟,工程质量可靠,耐久性好,防渗效果可靠。
5· 低弹模混凝土防渗墙试验研究
在混凝土防渗墙发展过程中,普通混凝土由于强度较低,弹模较大,不能和基础的变形相协调,承受荷载时易产生应力集中而破坏,因此,降低混凝土的弹性模量成为解决该问题的关键。为避免混凝土防渗墙破坏,改进防渗墙混凝土材料性能,研制适应不同工程条件的低弹模新型混凝土防渗墙材料极为必要。
5. 1 低弹模混凝土防渗墙物理力学指标
防渗墙墙体采用二级级配掺膨润土,以降低混凝土的强度和弹性模量,但掺量不能大于30%,同时可大量掺入粉煤灰和适量引气剂与减水剂。低弹模混凝土防渗墙主要设计参数如下: 28 d 龄期试块的抗压强度≥5 MPa,抗拉强度≥0. 5 MPa,抗压弹性模量3 000 ~ 5 000 MPa,极限水力坡降≥400,墙身渗透系数≤1 × 10 - 7 cm /s,拌和物性能扩散度340~ 400 mm。
5. 2 试配原材料
( 1) 水泥: 采用红狮牌复合硅酸盐32. 5R 水泥,其物理性能检测结果符合《通用硅酸盐水泥》( GB175 - 2007) 标准要求。
( 2) 膨润土: 采用“冠豸山”牌优质纳基膨润土粉( II) ,其性能指标检测结果如下: 含水率13. 1%,液限400. 5%, 塑限116. 7, 塑性指数283. 8,粘粒含量93. 7%,达到优质要求。
( 3) 骨料: 河砂及碎石。二者性能指标检测结果均符合《水工混凝土施工规范》( DL /T5144 -2001) 中混凝土用细、粗骨料技术指标要求。
( 4) 外加剂: 采用福州君安建材有限公司生产的YS 型聚羧酸缓凝高效减水剂,其性能指标检测结果符合《聚羧酸系高性能减水剂》( JG/T223 -2007) 中缓凝型合格品的技术指标要求。
5. 3 低弹模混凝土试配试验结果
根据低弹模混凝土设计指标和《水利水电工程混凝土防渗墙施工规范》( DL /T5199 - 2004) 有关要求,本配合比28 d 室内试配强度按不小于7. 4MPa 设计( 设计28 d 混凝土实际强度标准值取5. 0MPa,施工混凝土强度保证率取80%,因水下浇筑对混凝土实际强度的不利影响,提高室内试配强度15%) 。从表1 看,三种配合比的各项指标符合设计要求。

6· 防渗墙质量及运行情况评价
根据试验结果,最终采用混凝土配合比HP0936- 2 方案施工。2009 年10 月5 日,采用超声波检测防渗墙1#、2#、8#、10# ~ 12# 槽段共6 个孔的墙体均质性和密实性。检测结果如下: 被检测段混凝土均质性、密实性较好; 1#、2#槽段间、10# ~ 12#槽段间无明显泥夹层; 孔2 和孔3 混凝土与岩面结合情况较好,符合设计要求。采用高密度电阻率法和多道瞬态面波相结合的勘探方法在坝体心墙及山体的接触部位探查渗漏或淘空情况,结果表明,坝体心墙及山体的接触部位渗漏情况明显好转。
防渗墙混凝土芯样检测结果如下: 2#、10# 槽段芯样抗压强度平均值分别为12. 8 MPa、12. 6 MPa,抗拉强度平均值分别为1. 11 MPa、1. 09MPa,抗渗等级均小于1 × 10 - 7 cm /s,水力坡降均大于400,满足设计要求。2#槽段105 d 芯样弹性模量为4 410MPa,10#槽段75 d 芯样弹性模量为4 350 MPa,达到设计要求。
本工程经近三年运行与监测表明,加固处理效果达到设计要求,整体工程质量较好。
7· 结语
安溪村内水库大坝除险加固实践表明,中小型水库大坝除险加固工程防渗墙采用薄型液压抓斗成槽机械施工,防渗墙采用低弹模混凝土,施工快,耐久性好,防渗效果好。该工程所采用的薄型液压抓斗成槽的低弹模混凝土防渗墙施工技术对类似的中小型水库大坝除险加固具有一定的参考意义。