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电磁流量计技术在郭堡水库防渗施工中的应用

郭堡水库位于太谷县城东北35 km处,于1958年动工兴建,经两次加固改造扩建,现设计标准为50 年一遇洪水设 计,1 000 年一遇洪水校核,总库容3 110.7万m3,是一座以防洪、灌溉为主的中型水库。文章以水库应急专项除险加固工程 为例,进行了电磁流量计方案的设计和施工,并对灌浆后的防渗墙体进行了质量检测,效果良好,可为类似水库除险加固防 渗施工提供参考。
 
    1 工程概况
    郭堡水库位于太谷县城东北35 km处,汾河支流 的小西沟、佛峪沟与象峪河汇合处,地处范村镇王公 村,属黄河流域汾河水系。水库于1958年动工兴建,经 两次加固改造扩建,现设计标准为50 年一遇洪水设计,1 000 年一遇洪水校核,总库容3 110.7万m3,是一座以防洪、灌溉为主的中型水库。
 
    枢纽工程包括大坝、溢洪道、泄洪洞、输水洞四部 分。大坝为碾压式均质土坝,最大坝高40 m,坝顶长730 m,坝顶宽4 m,现坝顶为混凝土路面。在坝顶和岸 坡不同高程,布设13孔坝体坝基浸润线测压管和22个 位移观测桩。溢洪道位于大坝左端,系开敝式,净宽21 m,泄槽长126.3 m,出口采用挑流消能,最大泄量1 313 m3/s。泄洪洞位于大坝左侧的山体岩石中,包括引渠、压力洞、竖井、无压洞、明渠及挑流段,内设4 m×4 m的工作闸门和检修闸门各一个,闸室前为圆形 混凝土有压隧洞,内径3.5 m,全长409 m,最大泄量151.6 m3/s。新建输水洞位于泄洪洞左侧,全长262.9 m,包括引渠段、进口段、控制段、洞身段和出口控制闸 室。进口段为钢筋混凝土方洞,断面1.5 m×1.5 m;控制 段为进水塔,设平板检修闸门;洞身段为直径2 m的有 压圆洞内衬1 m的钢管,管外回填混凝土;出口控制闸 室设DN 1 000手电两用工作闸阀,设计流量8.2 m3
/s。
    2 问题处理与现状
    1985年对溢洪道右侧墙 (大坝桩号0+000—0+120段),进行了充填和劈裂灌浆;1987年6月对大坝右 侧黄土台地(0+376—0+734)段,对砂砾石层进行了高 压定喷灌浆防渗处理。1988—1989年对溢洪道进口前沿及右侧墙进行了高喷防渗处理,并向坝体延伸了120 m,与左坝段防渗墙形成连续防渗体。并对右侧墙 扶臂底板以上进行了充填灌浆。1991—1992年对左 坝端0+042—0+216.2段,进行了坝基高喷防处理,大坝0+216.2—0+376段坝基未作处理。2009年郭堡水库进行了除险加固工程,对大坝坝基松散覆盖层和部分 基岩,进行了电磁流量计防渗处理,灌浆范围为桩号0+360—0+650段,灌浆轴线位于坝轴线上游100 cm处。
 
    根据上述情况可知,历次防渗墙轴线不一,坝基 没有形成一道完整的防渗墙,其中在桩号0+216.2— 0+261之间坝基未进行过防渗处理,大坝桩号0+376左 右迎水坡和背水坡各有一道平行于坝轴线的防渗墙, 两道防渗墙间隔20m左右,也不连续。整个防渗墙存在 很大的渗漏通道,不能有效地起到防渗的作用。右坝 肩存在绕坝渗漏,且渗漏量较大。
 
    3 应急专项除险加固工程电磁流量计设计
    根据上述情况,本次设计高喷防渗墙共三部分:
    一是将建坝时的截水墙与1987年及1990年的两 道坝基防渗墙中未连续的两段松散层进行电磁流量计 处理,使之形成一道完整的防渗墙。
 
     二是对2009年水库除险加固时右坝段0+360— 0+650 m电磁流量计防渗墙向右延伸,将右肩松散层全 部进行电磁流量计处理。 三是在0+000以左,溢洪道附近有一小段松散层 未进行过电磁流量计,为保证截水墙的连续性,此次设 计也进行灌浆处理。 灌浆底线深入基岩1 m,灌浆顶伸入坝体2 m,但 不高于947 m,参考已建的类似工程,高喷单排布孔,分三序,呈折线型连接,要求形成的防渗体厚度不小 于0.2 m(见图1)。灌浆材料P.042.5普通硅酸盐水泥。
 
 
    初步拟定灌浆指标:孔距1.4 m,摆角30°,水压35~40 MPa,水量75 L/min,气压大于0.6 MPa,气量6~80 L/min,浆压0.2~1.0 MPa,浆液比重1.5~1.6 scm3,提升速度5~10 cm/min,旋转速度6°/s。具体指标通过施工 前的试验确定,施工质量采用围井方式进行检验。
 
    4 电磁流量计施工
    电磁流量计为单排布置,孔距1.4 m,采用先疏后密、 中间插补的三序孔施工,按照图2所示的施工流程进行施工。施工采用150型地质钻机钻机造孔,HB 80/10型泥浆泵制浆,灌浆采用高喷台车,配YV 6/8型37 kW空压机和3 XB型75 kW水泵,用WJTG-80型搅浆机进 行搅制浆液,灌浆材料按配比由进料斗送入搅浆筒内,由灌浆泵将搅制好的浆液灌入地层。当喷射管下 到设计深度,定位喷射方向,送入合乎要求的水、气、 浆,待注入浆液冒出后,按预定好的提升摆动速度,自 下而上边喷射边摆动边提升,直到设计高度。高喷灌 浆按三序施工,相邻两孔施工间隔不得低于3 d。灌浆 结束后,要进行必要的检验。施工质量采用围井方式 进行检验,围井设2处。
 
 
    5 施工质量检验
    对防渗墙施工过程中的施工工序和施工参数,要按照设计要求严格检查记录,施工结束后30 d,还要进 行围井注水试验、钻芯检测等。对灌浆坝段进行分段检测,围井的布置根据监理方要求进行,共分为5个部 分,围井布置形式如图3所示,新灌浆孔浆液凝固不少 于28 d。
 
    在围井中心钻质检孔,采用清水钻探,孔口设置 护孔管,钻孔完成后进行注水试验测定围井的渗透性,试验结果如表1所示,可见防渗墙施工后渗透系数 大幅减小,达到了防渗墙的设计渗透系数的要求,高 压喷射灌浆效果符合预期,灌浆效果良好。
 
 
    对于防渗墙的连续性和厚度,在防渗墙中心线方 向布置了3条测线,垂直测线方向布置了12条测线,进 行地质雷达检测。结果表明防渗墙的连续性较好,在垂直深度范围内较连续,防墙形态为双向齿形,防渗 墙最厚处达0.73 m,最薄处为0.17 m,平均厚度0.39 m。
 
对于防渗墙体的强度,在第二部分和第三部分防
渗墙交叉部位,钻取了墙体样品,进行室内抗压强度、 变形模量、饱和抗剪强度和块体密度等试验,结果如 表2所示。
 
    防渗墙体强度的试验结果在不同地层中符合设 计要求。综上电磁流量计防渗墙体的质量较好,满足设 计要求。
 
    6 结论
    通过对郭堡水库存在问题和历次处理情况的调查,对应急专项除险加固电磁流量计进行了设计,采用单排布置,孔距1.4 m,采用先疏后密、中间插补的三序 孔电磁流量计设计方案,并进行了施工,施工结束后对电磁流量计形成的防渗墙体进行了注水试验、地质雷达 检测和取芯检测,达到了防渗墙的设计渗透系数要求,防渗墙的连续性较好,在垂直深度范围内较连续,平均厚度0.39 m,防渗墙体的质量较好,高压喷射灌浆 效果符合预期,灌浆效果良好。

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