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一、存在的地质问题
1.1主坝
1)主坝背水坡普遍散浸、坝脚多处集中渗水
主坝坝体填筑是按上土、摊铺、碾压等一定程序进行的,但大坝断面巨大,坝体分区填筑、机械人工混合上坝、碾压设备有限等各种人为及客观因数,造成坝体坝面各种纵横施工缝、接头、卡口遍布,往往在这“三不管”的位置,土料架空,碾压不密实,留有众多小孔洞,可称其为多孔状填土,以后又被白蚁等昆虫所寄生,进一步扩大空洞,造成库水外渗。
主坝坝体分多期填筑面成,不仅存在同期填土间层间结合问题,而且更存在新、老坝之间接合问题。
在这些接触面上,由于早期填土干燥,上部填土难已与之结合紧密,形成层面这一中等透水性夹层,引起库水外渗。
另外,坝体合龙口处,填筑场地混乱,坝体是在水中填筑,在与洪水抢时间时填筑起来的,不免存在各种隐患。
主坝0+350~0+300及1+150~1+400两段坝体散浸严重。
2)坝肩绕坝渗漏问题
右坝肩肩基岩强风化层未清除,未做防渗齿槽,未进行防渗处理。
另外,在74~85m高程处,还下卧有晚更新统砂卵石层,右坝肩存在浅层裂隙性渗漏和深层砂卵石层孔隙型渗漏等两种绕坝渗漏通道。
左坝肩强风化基岩未彻底清除,基岩表面又未进行抽槽截渗处理;同时,左坝肩被f1等一系列陡倾角平推断层(或节理密集带)切割,岩体完整性较差,岩体透水性不均匀,局部(断层带)透水性较大,造成基岩表层及断层破碎带绕坝渗漏。
3)清基不完全
主坝右坝肩由洈水Ⅱ、Ⅲ级阶地、志留系中统页岩组成,填筑前阶地未挖除,下部砂卵石层下卧于坝基下,构成右坝肩一中等透水性夹层。
右坝肩砂页岩虽经过抽槽,但槽深仅0.5m,强风化层未彻底清除,存在裂隙性渗漏问题。
主坝河床段砂卵石层明显清基不彻底,主河床段坝下普遍下卧一层砂卵石层,坝基存在地下水渗流。
左坝段原为洈水现代河床左岸(北岸)高漫滩或I级阶地,上部粉质粘土已被水冲走或人为破坏,只剩下薄层砂卵石层,大坝回填之前,由于各种原因未完全清除。
左坝肩由中志留统粉砂质页岩构成,存在基础表层强风化层渗漏问题,地下水长期渗流。
另外,左坝肩在一组走向185°左右的平推断层切割下,岩体破碎,渗透性较大,左坝肩存在深层坝基或绕坝渗漏问题。
4)填筑质量差
对主坝取样做击实试验,评定标准采用《碾压式土石坝设计规范》SL20××—247第4.2.3,粘性土的填筑密度以压实干容重为设计依据,并按压实度确定,对于主坝(相当于II级坝)要求粘性土的压实度为0.98~1.0,具体评定时,采用下限指标,即主坝压实度采用0.98。
试验显示主坝实际平均压实度为0.88,土样合格率10.3%,最优含水量合格率21.0%。
坝体碾压不密实。
5)抗渗性差
对主坝进行注水试验及室内试验,分别评定其渗透系数情况,依据《碾压式土石坝设计规范》SL20××—247第4.1.5,防渗土料应满足下列要求:
渗透系数均质不大于1×10-4cm/s,心墙和斜墙不大于1×10-5cm/s。
试验得到主坝填土注水试验渗透系数合格率10.2%,室内试验渗透系数合格率84.5%。
渗透性超标。
6)老河槽段曾翻砂鼓水、目前老河槽部位渗流观测资料异常
坝体填筑时,匆忙填筑,填筑前未砌底清除河床及河漫滩上冲洪积砂卵石层,本次钻探普遍反映坝下均布砂卵石层,砂卵石层厚0.5~3.5m。
根据本次大坝下游河床段探坑取样的土工试验成果,土样颗粒直径较小,均在4cm以下。
1.2副坝
1)坝体散浸、渗水
南1#副坝中部坝后散浸,南2#副坝坝基接触带集中渗水。
这与与坝体填土施工质量有关,也是层间松散层、粒间架空等现象较多的地段。
汛期,北10#副坝(陷马池)85m平台以上坝面普遍散浸、浸水,表层填土泥化、软化,是由于填土碾压不密实,有松散夹层及空隙存在的原因,造成坝体渗流引起的。
北6#副坝(肖家岭)坝后91m以下普遍散浸,散浸长50~60m,分布面积100~200m2,长期渗流造成坝下游侧边坡脱坡,脱坡呈一簸箕状。
是由于坝体填筑质量较差引起的,坝体存在透水通道,长期渗漏,引起下游坡饱水软化,最终滑移。
2)坝顶纵向裂缝
北5#、4#副坝(肖家祠、花园坡)存在坝顶纵向裂缝,主要是由外加荷载引起的。
1.3孙家溪溢洪道
1)岸坡潜在不稳
出口段左岸岩体在卸荷作用下,早期构造节理上部张开,相互切割,形成许多巨大块体。
左岸岩体在J1、J2、J3及层面切割下,形成巨大块体,在上游侧形成临空面以后,有斜向上游滑移的可能,岸坡潜在不稳。
右岸边坡同样基岸裸露,岩体呈弱风化状,岩层规模大、延伸长节理裂隙发育,同样将岩体切割呈巨大块状。
J1、J2层面将岩体切割成倾向消力池冲坑的巨大块体,在一定外力作用,如水冲、浪蚀等作用,块体有失稳可能。
2)冲刷坑坡度过大
消力池段岩体呈弱风化状,岩体完整性较差,岩层产状190°∠22°,发育两组节理裂隙。
岩体在高速水流作用,逐减脱落、冲走,形成冲坑,冲坑深已近7~8m,给左、右两岸及下游河床段岩体稳定带来极大隐患。
1.4木匠湾溢洪道
无明显地质问题。
1.5输水管
无明显地质问题。
二、解决问题的措施
2.1主坝
1)混凝土防渗墙处理
采用混凝土防渗墙截断坝体、坝基强透水层渗漏通道。
混凝土防渗墙的成墙材料采用普通混凝土,防渗墙墙厚0.6m,沿坝轴线布置,墙体底部穿过砂卵石层后,伸入基岩内0.5~1.0m;防渗墙强度等级:
28天抗压强度大于10MPa;抗渗标号:
W4~W6;弹性模量:
1.7×104~2.2×104MPa。
防渗墙造孔采用WMZ-100型回转冲击钻机连续套打成槽,槽孔长度定为:
Ⅰ序槽孔5.2~6.8m,Ⅱ序槽孔4.8~6.0m。
两序槽孔的接头采用钻孔法施工,即Ⅰ序槽孔砼浇筑完毕16~24h后,在其两端主孔位置用冲击钻套打一套钻,打掉等于钻头直径范围内自孔口至孔底的砼,而形成与Ⅱ序槽孔相连接的接头孔。
混凝土防渗墙范围:
主坝桩号0+038~1+450段。
2)帷幕灌浆处理
对主坝左坝肩帷幕灌浆进行防渗帷幕灌浆,以截断其渗漏通道。
灌浆范围为桩号1+450~1+640,并向左岸山体延伸100m,以彻底截断沿平推断层。
帷幕
灌浆布置单排,帷幕轴线与高压旋喷孔位第一排轴线位置同,帷幕底线深入基岩ω=5Lu分布线1~0.5m,左岸山体段以深入平推断层5m控制。
孔距1.5m。
主坝右坝肩未进行处理(实际工程中有涉及处理,详见实际完成情况及质量评价)。
2.2副坝
1)水泥土深层搅拌桩成墙防渗处理
水泥土深层搅拌桩防渗墙是由水泥土搅拌桩多桩搭接而形成连续密实的墙体。
搅拌桩轴线位于大坝坝顶,距上游侧边线1m处。
初步拟定水泥土防渗墙的墙体最小厚度0.30m,墙体的渗透系数i<10×10-6cm/s,水泥土防渗墙墙体的设计90天抗压强度不低于1.0MPa。
根据险情分布情况,处理范围包括:
北6#副坝(肖家岭)全程共273m;南1#副坝桩号0+000~0+470共470m;南2#副坝桩号0+650~1+300共650m(来自变更设计,原设计为1+200~1+300);北10#副坝(陷马池)北输水闸两侧各50m范围。
累计1493m。
副坝坝顶水泥土深层搅拌桩防渗墙高程自坝顶至坝基粘土层以下1m,北6#副坝(肖家岭)最大深度8.6m,南1#副坝最大深度8.8m,南2#副坝最大深度8.0m。
2)充填式水泥灌浆
北5#、4#副坝(肖家祠、花园坡)坝顶开裂处理措施。
肖家祠副坝最大坝高3.44m,花园坡副坝最大坝高4.47m,坝高较小。
分析坝顶形成纵面裂缝是由于坝顶车辆的动力荷载导致,裂缝宽2~3mm。
拟采用充填式水泥灌浆充实坝体,填充裂缝。
2.3孙家溪溢洪道
1)喷锚保护措施
对两岸各50m长、16m高的陡坡段采用喷锚的措施加以保护。
喷射混凝土厚5cm,强度等级C20。
同时,两岸岩面布设系统锚杆,间距2m,单根长6m,
布置范围同喷射混凝土。
喷射混凝土后,岩体内部潜水不能及时通畅的排泄,为解决潜水的排泄通道,喷锚岩石表面需布设排水孔,排水孔孔距2m,孔径3cm,孔深5m。
2)拆除修补破损护坦
溢洪道下游混凝土护坦长12m,混凝土标号150#,厚1m,经过数十年的运行,下泄水流的巨大能量将下游基岩冲出了深达9m的冲坑,最深处高程为60m左右,距鼻坎下游距离35m。
影响到溢流堰鼻坎的稳定。
而混凝土护坦下游侧已破裂、损坏,设计将破损的部分拆除修补,然后在原护坦上再新浇1m厚混凝土,防止水流淘刷溢流堰鼻坎,混凝土强度等级C20。
三、实际完成情况及质量评价
3.1主坝
1)主坝混凝土防渗墙工程
混凝土防渗墙工程,实施范围0+038~1+450,混凝土防渗墙防渗体下部设计伸入皋基岩0.5~1.0m。
施工完成后,进行了探坑开挖检查,项门法人、施工、监理等单位参加了检查,荆州市水利水电工程质量监督站派员列席。
0+340~1+250开挖了2个5.0×l.O×3.0m(长×宽×深)探坑,开挖位置分别为0+844.5~0+849.5、l+138.5~l+143.5。
检查结果:
墙体外观质量好,材料均匀,整体性好,无蜂窝、孔洞现象,一二期槽段搭接紧密无夹泥,墙体厚度满足设计要求,无断墙和大量混泥现象。
0+038~0+340、1+250~l+450开挖2个5.0×l.O×3.0m(长×宽×深)探坑,开挖位置分别为O+199、1+299。
检查结果:
经现场察看,探坑开挖尺寸符合设计要求,防渗墙混凝土浇筑密室,无蜂窝现象,墙体整体,无夹泥现象,接头部位有渗水痕迹。
现场布置8个检查孔进行注水试验,0+340~l+250段共4孔,渗透系数实测范围值为(7.57~1.15)×10-8cm/s(设计抗渗标号S4~S6),透水率实测范围值为(0.703~6.86)×10-3Lu;0+038~0+340、l+250~1+450段共4孔,渗透系
数实测范围值为3.59×10-7~2.54×10-6cm/s(设计抗渗标号S4~S6),透水率实测范围值为(1.52~8.7)×102Lu。
同时,中国水电基础局有限公司进行了室内试验,结果显示混凝土防渗墙芯样抗压强度为15.0~17.4MPa(设计≥10.0MPa),满足要求;抗渗等级>W6(设计W4~W6),满足要求;弹性模量(2.22~2.33)×104MPa(设计1.7~2.2)×104MPa),满足要求。
分部工程检验合格。
2)帷幕灌浆工程
主坝帷幕灌浆工程,初步设计批复实施范围l+450~1+640,并向左岸山体延伸100.0m,全长290.0m。
实际实施为l+444~l+640并向左延伸329.9m(其中l+640~0-100.6为合同内项目、0-102.1~0-329.9为新增加项目)、新增加0-004.5~0+042.5,实施灌浆孔分别为314个、42个,布置检查孔分别为31个、2个,进行压水试验检测。
0-004.5~0+042.5(新增加)段检查孔数量不满足灌浆孔总数的1O%的要求。
压水试验显示帷幕灌浆检查孔的透水率范围在0.145~2.778Lu之间(设计标准要求为≤5.0Lu),能满足设计要求。
后续竣工验收质量抽样检测布置了5个检查孔进行压水试验,具体位置为1+475.85、1+516.35、1+561.15、1+621.35,没孔进行3~7段压水试验,主坝5孔26个试验段透水率范围值为0.53~4.08Lu,能满足设计要求。
分部工程检验合格。
3.2副坝
1)水泥土深层搅拌桩成墙防渗处理
水泥土深层搅拌桩成墙工程,实施范围:
南副坝0+000~l+300共1300m,最大深度8.8m;北6#副坝(肖家岭)3+315~3+494计179m,北10#岸副坝(陷马池)4+729~4+629,计100m,共279m。
南副坝施工完成后,进行了探坑开挖检查,项目法人、施工、监理单位参加了检查,荆州市水利水电工程质量监督站派员列席。
20××年5月14日,挖了2个探坑,开挖位置为南1#副坝0+200和南2#副坝0+650,开挖尺寸分别为
3.2×0.8×2.6m(长×宽×深)和3.7×0.8×2.9m(长×宽×深),经现场察看,探坑开挖尺寸符合设计要求,水泥土深搅防墙墙体连续、密实、完整,成墙厚度最小值为0.303m,验收人员认为泥土深搅防渗墙施工质量符合设计要求。
在业主及监理的组织下,20××年6月13日,北6#副坝(肖家岭)3+405处挖了1个探坑,尺寸为4.0×0.8×2.7m(长×宽×深),20××年6月9日,10#副坝(陷马池)4+680处挖了1个探坑,尺寸为3.5×0.8×3.0m(长×宽×深)。
经现场察看,探坑开挖尺寸符合设计要求,水泥土深搅防渗墙墙体连续、密实、完整,验收人员认为水泥土深搅防渗墙施工质量符合设计要求。
南副坝现场布置4个检查孔,取芯部位分别为l+141(新增)、0+925、0+345、0.202,现场进行了注水试验,渗透系数实测范围值为(0.12~1.9)×10-6cm/s(设计渗透系数i≤3×10-6cm/s),满足设计要求。
北副坝现场布置9个检查孔,取芯部位分别为6#副坝的3+320、3+350、3+380、3+410、3+444、,10#副坝的4+634、4+670、4+714。
现场进行了注水试验,渗透系数实测范围值为(6.99~9.91)×10-7cm/s(设计渗透系数i≤1.0×10-6cm/s),满足设计要求。
同时,湖北大禹水利水电建设有限责任公司委托湖北省水利水电工程质量检测中心进行了室内试验,试验显示,水泥土深搅防渗墙芯样的抗压强度在1.2~1.7MPa之间(设计要求为≥1.0MPa),满足要求;渗透系数在0.35~0.88)×10-6cm/s(设计渗透系数i≤1.0×10-6cm/s),满足设计要求。
分部工程检验合格。
2)充填式水泥灌浆
验收报告及单位工程完建工程中未见相应加固工程。
(可能未对此进行加固)
3.3孙家溪溢洪道
1)喷锚保护措施
验收报告及单位工程完建工程中未见相应加固工程。
(可能未对此进行加固)
2)拆除修补破损护坦
对孙家溪溢洪道下游护坦使用的C20混凝土和砂浆进行检测,取4组试样,检测得到平均强度23.4MPa,强度范围在23.4~23.7之间,满足强度需要,质量评定合格。
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