紅層上筑壩在紅層地區(qū)的應(yīng)用

紅層上筑壩在紅層地區(qū)的應(yīng)用

1壩體地基基礎(chǔ)條件吉村水電站位于安徽省涇縣青耀江灌區(qū)總渠的末端，直接從陳村返回水源和陳村，利用總渠與青耀江分離發(fā)電。本工程由前池、擋水壩、泄水道、引水鋼管、壩后式電站、開關(guān)站等建筑物組成。前池庫容30萬m本工程的擋水建筑物由左岸均質(zhì)土壩、混凝土重力壩、右岸均質(zhì)土壩三部分組成。左岸土壩長32m，右岸土壩長38m，混凝土重力壩長66.42m，最大壩高22.5m?；炷林亓喂卜?個(gè)壩段，其中1號(hào)、8號(hào)壩段為與土壩連接壩段，2號(hào)壩段為溢流壩段，4號(hào)、5號(hào)壩段為廠房引水鋼管壩段。左右岸土壩建筑于風(fēng)化坡積土上，混凝土壩段建筑在白堊紀(jì)粘土質(zhì)粉砂巖上，該巖層呈紫紅色，俗稱紅層地層。大壩建于不對(duì)稱背斜上，背斜軸線穿過壩基，走向與壩軸線基本平行，傾角19°～26°不等，壩基為白堊紀(jì)粘土質(zhì)粉砂巖，該巖石軟化系數(shù)0.5，濕抗壓強(qiáng)度5.7MPa，平均變形模量345.5MPa，滲透系數(shù)K<6.9×10白堊紀(jì)粘土質(zhì)粉砂巖含蒙脫石22.3%～34.1%，伊利石50.0%～59.7%，具有明顯親水性、遇水軟化、泥化、膨脹、失水干縮等特性。臘封的巖芯一月后出現(xiàn)裂縫，失去圍壓后的芯樣，很快風(fēng)化崩解，室外試坑浸水12晝夜后，泥化深度可達(dá)1.5cm。由于對(duì)白堊紀(jì)粘土質(zhì)粉砂巖(紅層)的遇水膨脹性、軟化、泥化及失水干縮和滲流破壞特性認(rèn)識(shí)不足，缺乏紅層地基上筑壩經(jīng)驗(yàn)，壩基處理設(shè)計(jì)方案為常規(guī)的處理措施，即混凝土壩體內(nèi)設(shè)灌漿和排水廊道、1號(hào)3號(hào)壩段內(nèi)設(shè)橫向排水廊道、壩基固結(jié)灌漿、帷幕防滲、壩基排水，斷層也僅做了常規(guī)處理。均質(zhì)土壩直接填筑在風(fēng)化坡積土上，土壩下游坡腳設(shè)常規(guī)排水棱體和反濾保護(hù)。開工后，取消防滲帷幕，改在壩前建6m長混凝土防滲鋪蓋；部分壩基欠挖，最大欠挖深1.0m；部分?jǐn)鄬犹幚聿粡氐?；部分基礎(chǔ)面常期暴露，日曬、雨淋、水泡；固結(jié)灌漿壓力控制不好，基礎(chǔ)層混凝土產(chǎn)生大量裂縫，最大縫長33.5m，最大縫寬5mm，未經(jīng)處理，就在其上直接澆筑混凝土壩體。1975年5月水庫蓄水發(fā)電，9月發(fā)現(xiàn)混凝土重力壩壩基滲水異常，排水孔排出的水中有較多的懸濁析出物，個(gè)別孔排出渾水且有泥質(zhì)沉淀，其中7號(hào)混凝土重力壩段壩基揚(yáng)壓力很高，大大超過設(shè)計(jì)值，6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)壩段排水孔滲漏量偏大。1977年又發(fā)現(xiàn)部分壩基紅層軟化、泥化。1981年進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)6～8號(hào)壩段泥化軟化面積108m(1)1978～1979年在混凝土壩基排水廊道內(nèi)進(jìn)行兩次水泥丙凝灌漿，但效果不佳。(2)1983～1985年進(jìn)行了永久加固，即在混凝土重力壩前27m處，設(shè)厚1m的混凝土防滲墻（深20～24.263m），防滲墻總長約190m，其中沿壩軸線方向長123m，左端插入左土壩內(nèi)57m，右端插入右土壩內(nèi)約20m；在防滲墻與重力壩壩腳間，原混凝土鋪蓋上增設(shè)厚2.0m混凝土防滲鋪蓋，同時(shí)在混凝土防滲墻下游側(cè)，距壩腳22m的混凝土防滲鋪蓋內(nèi)，設(shè)鋪蓋排水廊道與排水孔；為了減少橫縫漏水不利影響，在大壩橫縫底部設(shè)排水；在土壩上游壩面鋪20cm砂礫石墊層，再澆約50cm厚鋼筋混凝土斜墻；為確保在水庫水位驟降情況下混凝土斜墻的穩(wěn)定，在混凝土鋪蓋與土壩的混凝土斜墻接頭止水的下方，設(shè)無砂排水管；在右土壩下游壩腳上設(shè)塊石壓重并加反濾體保護(hù)。(3)1986～1987年對(duì)混凝土防滲墻施工缺陷進(jìn)行全面的鉆孔檢查和補(bǔ)充灌漿。(4)1988～1992年，為降低土壩內(nèi)浸潤線，在左土壩下游坡設(shè)一個(gè)直徑約2.0m沉井，沉井內(nèi)打放射狀排水孔；完成了壩后排水及大壩觀測設(shè)施改建等完善工程。1998年在右土壩下游坡設(shè)沉井，并投入使用。(5）電廠在運(yùn)行過程中，對(duì)上游面所有混凝土結(jié)構(gòu)縫，分批進(jìn)行了止水封閉和維護(hù)。上述措施經(jīng)后期補(bǔ)充完善，混凝土重力壩基礎(chǔ)成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立、相對(duì)封閉的基礎(chǔ)，并逐步形成了一個(gè)完整防滲排水體系，整個(gè)紀(jì)村電站壩基防滲效果得到提升。2壩體防滲排水系統(tǒng)監(jiān)測分析(1）滲漏量經(jīng)上述處理，在混凝土防滲墻下游鋪蓋廊道內(nèi)22個(gè)排水孔中，目前13個(gè)監(jiān)測孔基本無水，9個(gè)孔排出清水，年平均滲漏水量共0.001～0.027L/s，滲水量隨庫水位、降雨和溫度有所變化，最大變幅僅0.0267L/s。滲漏水量不大且變幅也不大。(2）揚(yáng)壓力系數(shù)紀(jì)村重力壩鋪蓋廊道內(nèi)河床壩段實(shí)測揚(yáng)壓力系數(shù)0.16～0.18，岸坡壩段實(shí)測揚(yáng)壓力系數(shù)0.24～0.30，均小于設(shè)計(jì)值。壩基廊道內(nèi)41個(gè)揚(yáng)壓力監(jiān)測孔，除8號(hào)壩段268測點(diǎn)因受左土壩浸潤線的影響，揚(yáng)壓力系數(shù)0.45大于設(shè)計(jì)值外，其余實(shí)測揚(yáng)壓力系數(shù)均小于設(shè)計(jì)值0.13～0.14?；炷林亓畏且缌鲏味武摴芟聫澏纹瘘c(diǎn)42m高程處，設(shè)C3～C7共5個(gè)揚(yáng)壓力監(jiān)測孔，實(shí)測揚(yáng)壓力系數(shù)均小于設(shè)計(jì)值0.06。1號(hào)和3號(hào)壩段橫向廊道內(nèi)，壩基橫向揚(yáng)壓力系數(shù)分布規(guī)律正常。改造后的混凝土防滲墻、壩前混凝土鋪蓋，防滲作用明顯，其中1號(hào)壩段壩基防滲排水系統(tǒng)削減水頭90%左右，3號(hào)壩段壩基防滲排水系統(tǒng)削減水頭80%～90%。(3）壩體垂直變位1981～1990年期間，壩頂、壩基廊道、下游42平臺(tái)垂直變位變化較大，不穩(wěn)定，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)上抬變形。1990年后，壩頂、壩基廊道、下游42平臺(tái)垂直變位總體呈穩(wěn)定狀態(tài)，與氣溫變化有關(guān)，表現(xiàn)出正弦變化規(guī)律。壩頂垂直變位對(duì)氣溫最敏感，一般冬天氣溫低時(shí)，混凝土收縮，沉降變形大，8～9月份氣溫較高時(shí)，混凝土膨脹，壩頂沉降變形最小。年內(nèi)變幅約3mm。壩后42平臺(tái)垂直變位也呈穩(wěn)定的變化規(guī)律，但夏季沉降較大，冬季沉降較小，年內(nèi)變幅約2mm，這可能與上述測點(diǎn)位于大壩下游側(cè)廠壩之間，與高程較低，背陽，溫度變化相對(duì)小等有關(guān)。壩基廊道內(nèi)溫度變化較小，高程低，相應(yīng)垂直變位變化也較小，雖然相對(duì)于初始值沉降3～4mm，但年變幅僅1mm左右。(4）左右土壩浸潤線及滲流量監(jiān)測資料表明：壩內(nèi)浸潤線變化規(guī)律正常，下游側(cè)最后一個(gè)監(jiān)測孔內(nèi)水位，均低于排水棱體頂高程，下游坡面干燥。監(jiān)測資料表明：左、右土壩滲流量不大，最大值為0.173L/s，且為清水。在此期間，因左沉井施工回填土的質(zhì)量較差，左土壩下游坡曾出現(xiàn)坍陷變形，后挖除沉井附近疏松的回填土、橡皮土及施工拉圾，重新夯填后，左土壩安全運(yùn)行。(5）為確保水庫水位驟降時(shí)左右土壩上游壩面混凝土斜墻穩(wěn)定，在土壩斜墻后側(cè)砂石墊層下方，鋪蓋與斜墻接觸面附近，沿壩軸線方向布置無砂排水管，(其中0+25～0+49段布置于土體中)，排水管直徑ue78825，滲漏水在混凝土重力壩鋪蓋廊道的左右端分別流出，并入鋪蓋廊道。監(jiān)測資料表明：(1)左右無砂管的排水量均不大，相對(duì)而言，右無砂管排水量略大，年均排水量穩(wěn)定值為0.1206L/s;(2)左右無砂管排水均為清水，但右無砂管出口有微量攜帶出的紅土沉積物。2006年冬季對(duì)所有伸縮縫灌注LW水溶性聚氨脂并嵌填SR止水，特別是對(duì)右土壩斜墻和右裹頭伸縮縫和裂縫處理后，滲漏量明顯減少，現(xiàn)滲漏量為0.05L/s。鑒于右無砂管0+25～0+49管段埋于風(fēng)化坡積土中，無砂管孔隙與軟化后的粉質(zhì)粘土顆粒不滿足反濾要求。但經(jīng)檢查，30年來，右無砂管排出的水一直是清水，滲水?dāng)y帶微量紅土，經(jīng)處理，排水量己有所減少，在水庫水位驟降情況下，混凝土斜墻未發(fā)生塌陷和失穩(wěn)破壞現(xiàn)象，在確保下游排水棱體正常反濾作用的條件下，在右無砂管出口或0+25～0+49管段，增加反濾保護(hù)措施，右無砂管出口攜帶出少量紅土現(xiàn)象，可以得到控制?？傊?，經(jīng)30年加固處理，特別是1983～1985年永久加固處理并經(jīng)完善后，紀(jì)村電站運(yùn)行正常。3重視紅層防滲，保證防滲效果(1）白堊系紫紅色粘土質(zhì)粉砂巖（紅層）本身滲透系數(shù)較低，但裂縫較發(fā)育，具有明顯遇水軟化、泥化和膨脹，失水干縮等特性，在滲透水流和膨脹力作用下可發(fā)生滲流破壞和不均勻變形，并可能威脅混凝土建筑物抗浮、抗滑穩(wěn)定，對(duì)紅層上修筑混凝土壩應(yīng)持慎重態(tài)度。(2）由于對(duì)紅層力學(xué)特性及裂隙特性認(rèn)識(shí)不足，缺乏紅層上筑壩經(jīng)驗(yàn)，紀(jì)村電站壩基處理粗糙，施工后欠挖及灌漿壓力失控，再加上基礎(chǔ)面長期暴露，風(fēng)吹、雨淋、水泡，壩基面開裂嚴(yán)重，未經(jīng)認(rèn)真處理即澆筑大壩，蓄水后壩基大面積軟化、壩基面力學(xué)參數(shù)降低、并發(fā)生滲透破壞現(xiàn)象，影響工程安全。(3）經(jīng)過不斷處理，增加了防滲墻，完善了防滲鋪蓋，封閉了混凝土重力壩壩基，延長了滲徑，減緩了滲流坡降，形成了完整防滲排水系統(tǒng)，提高了壩基防滲效果，降低了紅層軟化、泥化、膨脹變形可能，該措施是適合紅層特性的，是