抽水试验在防渗墙防渗效果中的应用

2010-07-17康国强王英豪

水科学与工程技术 2010年5期

关键词：出水量防渗墙水头

康国强，王英豪

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

抽水试验在防渗墙防渗效果中的应用

康国强，王英豪

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

通过对防渗墙竣工前后抽水试验的流量、渗透系数和水头差等成果试验对比分析，得出采用抽水试验方法，防渗效果明显，故抽水试验可以作为评价防渗墙防渗效果的一种有效的检验方法。

黄壁庄水库；混凝土防渗墙；抽水试验

1 工程概况

黄壁庄水库位于海河流域子牙河水系两大支流之一滹沱河干流上，距河北省会石家庄约30km，总库容12．1亿m3，加固前防洪标准2000a一遇，是滹沱河中下游重要的控制性的大（I）型水利枢纽工程。副坝是黄壁庄水库枢纽中防洪地位中最重要，同时也是存在问题最多、最严重、危险性最大的一座建筑物。副坝全长6970．3m，坝顶高程129．2m，最大坝高19．2m，坝顶宽6m，上游坝坡采用干砌石护坡，下游采用碎石护坡。坝体为均质土坝，其中桩号0＋320～0＋740为红土碎石夯实坝段，填筑高程129m；桩号1＋157．3～2＋841为碾压坝段，填筑高程121．5m；其余部分均为水中填土坝段。因副坝坝基砂层、卵石层厚度大，渗漏严重，形成极大安全隐患。水库经历“96．8”洪水险情后，该库被列为河北省重大病险库之一，并将混凝土垂直防渗墙作为副坝除险加固的主要方案。

2 地质概况

根据主孔勘探结果，抽水孔钻探深度范围内地层主要为元古界滹沱群（Pt）及新生界第四系地层（Q），地层岩性由新到老依次为：

2．1 新生界第四系（Q）

0～21．16m为壤土层，其中0～14．68m人工填土以粉质壤土为主；21．16～34．89m为砂与砂壤土互层，其中29．69～30．19m含夹薄层粘土；30．19～33．39m为粗砂含砾，33．39～34．89m为砾砂，砾砂含量20%～40%，粒径一般为2～3cm，最大6cm，成分为砂岩、硅质灰岩等，呈浑圆状。该段中夹0．5m厚的灰黄色粉质壤土；34．89～41．0m为卵石层，成分为硅质灰岩、石英砂岩、花岗片麻岩等。卵石含量60%～70%，粒径一般为3～5cm，最大25cm，磨圆度较好。

2．2 元古界滹沱群（Pt）

为大理岩，灰白～灰色，等粒变晶结构，条纹状构造，局部有溶蚀及裂隙，下部岩体完整。

观测孔与主孔第四系地层岩性基本一致，仅在深度和夹层厚度上略有差别。元古界滹沱群地层岩性为大理岩，局部发育有溶洞与溶隙，多在基岩顶部1m以内，具一定的连通性。特别是在主孔（深度42．06m）和副2#孔（深度41．34～41．84m）溶隙、溶洞较发育。

抽水试验钻探深度范围内卵石层为主要地下水含水层，具孔隙微承压性，富水性强；基岩表面存在溶蚀裂隙水。孔隙水和基岩裂隙水均为低矿化度淡水，化学类型为重碳酸硫酸钙型水，对混凝土无腐蚀作用。

3 抽水试验成果分析及防渗墙防渗效果

本工程选择在副坝桩号A5＋217下游坝坡作为抽水试验场地。因该处在防渗墙施工过程中曾发生严重漏浆现象，主孔布置在桩号A5＋217下游坝坡，距坝轴线14m。沿渗流方向和垂直方向在主孔下游各布置1条观测线，每条观测线上设3个观测孔。试验孔平面布置见图1。

图1 抽水试验孔平面布置图

3．1 第1次抽水试验

抽水试验分3个落程进行。水位波动值在2h内变幅不大于1cm，且无连续上升或下降趋势时视为稳定，并延续4～6h时转向下一落程。抽水试验成果见表1～2。由表1试验观测数据计算得平行渗流方向k值252．55m/d，垂直渗流方向k值113．7m/d，第1次抽水试验建议渗透系数综合值为148．48m/d，如表2。

表1 第1次抽水试验观测数据统计表

表2 第1次抽水试验渗透系数计算汇总表

3．2 第2次抽水试验

第2次抽水试验在第1次抽水试验孔进行，试验方法相同。抽水试验成果见表3～4。

表3 第2次抽水试验观测数据统计表

表4 第2次抽水试验渗透系数计算汇总表

根据试验观测数据计算平行渗漏方向k值为68．08m/d，垂直渗漏方向k值为190．46m/d，第2次抽水试验建议渗透系数综合值为149．66m/d。

3．3 抽水试验成果评价防渗效果分析

主要从第1次、第2次抽水试验出水量、渗透系数和水头差3个参数的变化，评价防渗墙的防渗效果。

（1）由表2、表4观测数据可知：第2次抽水试验与第1次抽水试验相比出水量明显偏小。第2次抽水主孔降深2．863m，出水量为21．6m3/h，单位涌水量为7．54m3/h·m；第1次抽水试验降深2．914m，出水量为150．32m3/h，单位涌水量为51．58m3/h·m，降深2．201m时出水量为119．3m3/h，单位涌水量为54．20m3/h·m。可见降深相近时第2次抽水出水量比第1次抽水出水量小5．6～7倍，说明防渗墙截断了上游水源补给，缩小了地下水汇流面积，防渗效果明显。

（2）由表2和表4渗透系数k平均值可以看出：第2次抽水试验平行渗流方向k值与第1次抽水试验相比明显偏小，而垂直渗流方向k值明显偏大。说明由于防渗墙的阻隔，抽水场地水文地质条件发生了较大变化，流场不再是上游水库为主要补给，而主要由下游和左右两侧卵石含水层水源补给。

（3）从静水位分析，第1次抽水试验时，库水位高程114m，抽水主孔静水位111．328m，水头差2．672m；第2次抽水试验时库水位高程111m，抽水主孔水位104．191m，水头差为6．809m。由此可见当库水位高程相差仅3m时，防渗墙竣工后上下游水头差竟增至防渗墙竣工前的2．5倍。防渗墙上下游水头差的增大也说明防渗墙防渗效果明显。

综上所述，混凝土防渗墙建成后，下游地下水渗流状况和汇流环境发生了明显变化，抽水出水量大大减少，上下游水头差明显加大，说明防渗墙防渗效果明显。