紫山灰坝排渗盲沟裂缝成因分析及处理

紫山灰坝排渗盲沟裂缝成因分析及处理

1渗流及裂缝群浦山煤矿紫山灰场位于河南省卧龙区浦山镇张场村西部，储灰100万hm。1998年10月底蒲山电厂运行后，向紫山灰场排放废弃的灰水，1998年12月通过灰场的排水斜槽向曝气池排水，很快曝气池蓄水距坝顶1.5～2.0m，因水质差无法再向下游排放，导致曝气池水位超高运行并浸泡坝体，坝体土呈可塑-流塑状态，坝体及坝基渗漏严重，险象环生；曝气池水位回水至上游灰坝背灰坡脚，并淹没排渗盲沟出口。同时，紫山灰坝不能再向曝气池放水，也迫使灰坝内积水较深并浸泡坝体。1999年5月15日降雨60mm，汇水导致曝气池土坝漫顶溃坝。曝气池库水位骤降，使灰坝的排渗盲沟和无砂混凝土面遭到局部破坏。1999年5月下旬，在桩号0+160-0+190迎灰坡无砂混凝土面出现裂缝3～4条，同时在土坝面202.0m戗台出现挤压反倾现象。1999年7月初，在右侧排渗盲沟出口大量渗水并漏灰，在其进口处灰面出现直径40～60m的漏水漏灰漏斗。1999年8月底，左侧排渗盲沟进口处灰面亦出现漏水漏灰漏斗，其出口渗水漏灰，但规模较小。2000年3月，在桩号0+050-0+242迎灰坡出现大规模裂缝群，尤其在桩号0+210-0+242段呈弧状延伸至灰（水）面下，具典型的滑坡弧形裂缝特征，且裂缝宽度有逐渐变宽的趋势。随即采取了临时抢险措施，并采用充填式灌浆方法对迎灰坡大规模裂缝灾害进行了防治处理。2水库材料的质量分析和灰梯度滑动特性2.1水库变形及渗透分析根据在坝顶和背灰坡所设的沉陷位移标点、浸润线观测资料，坝体变形已趋于稳定，坝体渗漏无异常。2.2长壁土填土填土在迎灰坡表面裂缝灾害最严重和一般位置处布置6个钻孔（图1），孔深10m以内（均在浸润线之上），采用静压法薄壁取土器连续压土，可见滑体和滑床填土颜色杂，以黄褐色为主。填土成份杂，主要为粉质粘土，夹部分弱膨胀土和少量岩石碎块，各碾压单层接触面结合尚可，土体结构稍密，呈可塑—硬塑状态；填土的物理力学指标为含水率19.1%，干重度16.5kN/m2.3水库边坡稳定性分析根据《碾压式土石坝设计规范》（SDJ218-84）的要求（Ⅲ级建筑物坝坡安全系数正常运用时F2.4土坡面裂缝特征2000年3月，在桩号0+056-0+242、高程201.50～210.00m迎灰坡出现大规模裂缝群，长160～196m，大致以右侧无砂混凝土面为中心。不仅2个无砂混凝土面上有裂缝，而且土坡面上也有大量裂缝，裂缝3～5条，裂缝间距0.5～2.5m，缝宽1～20cm。裂缝两侧错距0～5cm，裂缝呈锯齿状，单个裂缝连续，在桩号0+210-0+242段呈弧状延伸至灰（水）面下，具典型的滑坡后缘裂缝特征（见图1）。坝体内有隐蔽裂缝：在迎灰坡表面裂缝最高处钻探，可见1～2条隐蔽裂缝，分布深度2.9～3.1m,4.2～4.7m，缝宽3.0～5.0mm；在坡面中部所见表面裂缝位置处钻探，有2条隐蔽裂缝，深度在3.0m左右和8.2～8.6m间，缝宽3.0～4.0mm。裂缝内无充填。灌浆试验时，灌D3裂缝在坝坡下的稳定性根据大坝质量和迎灰坡稳定性分析，坝坡应是稳定的，一般情况下不应在坝坡出现裂缝。但由于排渗盲沟等遭到破坏，长期集中渗水导致坝坡失稳，从而形成滑坡裂缝。3.1坝前淤灰盐的影响初期在排水斜槽附近集中进灰水，致使迎灰坡脚处未能淤积粉煤灰，积水多而浸泡坝脚。后改在灰场左岸距大坝85m处设进灰水口，长期在此向灰坝内放灰水，水携带粉煤灰主要流向排水斜槽附近，就逐渐形成了近厚远薄（尤其坝前）的扇形淤积带，在坝前淤灰很薄，尤其大坝右侧甚至无淤积，但积水较深。出现漏斗险情后，在大坝迎灰坡又设3处进灰水口，拟增大坝前的淤灰量，但时断时续因而淤灰很少。正常情况下，应在迎灰坡设置多个进灰（水）口，以便使坝前能够均匀淤积粉煤灰并依靠其自重压住坝脚。3.2主河槽内河槽相对高差在桩号0+180、0+250(0+196-0+290为主河槽）附近，建坝前为2个老河槽，河槽间为垄岗，相对高差8～15m。因地形复杂，建坝时清基0.5m，这样在老河槽、两岸山坡等地形陡变处，大坝小主应力值锐减，不利于大坝稳定3.3抗剪土抗裂缝强度指数急剧下降，水库失稳因所进灰水呈强碱性（PH值=9.5～10.5），与坝坡土发生阳离子交换等反应3.4土壤渗透压力和间隙水压的增加形成梯度裂缝(1）曝气池坝回水水位下降1998年10月底紫山灰坝开始接受灰水，1998年12月通过排水斜槽由灰场向曝气池放水，曝气池水位很快升到坝顶附近（坝顶高程192.5m）。因水质差，曝气池水无法排入下游河道。至1999年5月15日长达140余天，曝气池坝被迫高水位运行蓄水，曝气池回水水位淹没灰坝背灰坡脚，排渗盲沟出口处水深约2.5m。溃坝前紫山灰坝被迫蓄水（发电厂不能停工），灰坝内水位不断上升，这样背灰坡脚、排渗盲沟和迎灰坡面就长期浸泡在强碱性废水中，造成土的抗剪强度降低，抗滑力减少。1999年5月15日降雨60mm，短时间内地表径流汇入曝气池，使本已蓄满水的曝气池土坝漫顶溃坝，不足2h库水泻干，造成排渗盲沟出口处水位骤降2.5m，可能破坏了排渗盲沟内的反滤体(2）排渗盲沟漏灰的治理曝气池溃坝后不久，即1999年5月下旬，在桩号0+160-0+190无砂混凝土面（刚性体）出现3～4条裂缝，缝宽5～20mm，且上部戗台挤压反倾，于是紧急放净灰坝内库水，用混凝土填塞无砂混凝土面上的裂缝。1999年7月初，在右侧排渗盲沟出口处大量渗水并漏灰，1～2d后漏灰现象消失；数日后又大量渗水漏灰，并且在右侧排渗盲沟进口处灰面形成直径40～60m的旋涡状漏斗，于是再次紧急放净灰坝内库水，对漏斗采取抽水降水措施，向漏斗中塞填麦秸数吨，边抛石块及砂袋坠压，漏灰量减少但排水稍浑浊；扒开并处理排渗盲沟出口处的反滤体，再铺上土工布并堆压块石保护，排水变清，但排水量未减。1999年8月底，左侧排渗盲沟进口处灰面亦见漏水漏灰漏斗，其出口亦渗水漏灰，但规模较小，于是又第3次紧急放净灰坝内库水，采用前述方法进行处理。至2000年3月，在迎灰坡土坝面（柔性体）出现大规模裂缝群灾害，直接危及灰坝安全，被迫第4次放净灰坝库水直至灌浆结束。曝气池溃坝及4次紧急放净灰坝内库水，水位骤降3.5填土或无砂混凝土(1)将裂缝挖深0.3～0.5m，重新回填满足原设计要求的填土或无砂混凝土，防止雨水渗入裂缝，减轻滑坡破坏程度。(2)在坝前特别是右侧加紧进灰水，使粉煤灰连片，增加在坝坡上的附加重量或水平压力，提高坝坡的抗滑力。(3)重修排渗盲沟出口处的反滤体等。(2）预防和控制计划的比较与选择防治土坝和灰坝裂缝的方法较多，如放缓坝坡4填充液试验4.1试验位置的选择根据裂缝特征，在灾害严重和较严重处，顺裂缝走向布置试验孔（图1）。4.2孔壁和孔深通过对D4.3试验段的确定因裂缝内无充填，上下连续，故采用全孔灌注法。4.4材料和溶液的制备灌浆材料选择与筑坝相同的粉质粘土，制浆时外掺10%的32.5MPa普通硅酸盐水泥，浆液重度13.0～14.0kN/m4.5拉伸压力试验通过对D4.6缝合测试灌D4.7所有泥浆试验均为在保证滑坡及其裂缝不会发展、对裂缝灌饱灌实前提下，一次灌浆量1.8～3.6m5设计及施工5.1裂缝走向灌浆灌浆试验表明可以采用充填式全孔灌浆法，灌浆范围为迎灰坡土坝面所有裂缝，考虑灌浆深度为6.0m,10.0m（进入滑床2.0m）。顺各个裂缝走向布置灌浆孔，孔间距3.0m。上下裂缝间布孔呈梅花形错开，先灌下排裂缝再逐渐延至最上排，分两序施工。5.2主流道灌浆孔共186个，总延米1276.8m，灌浆量2581m5.3地基承载力及降雨(1）灌浆后，开挖探坑检查，可见裂缝已被灌饱灌实，与缝壁连接很好。(2）灌浆期间，坝坡沉降量1.0～5.0mm，位移量4.5～12.5mm。1年后沉降量0.5～3.0mm，位移量0～2.5mm。均在要求范围之内。(3)2个排渗盲沟渗水量减至正常。(4)2000年6月25日灌浆结束，同年6月25日～7月6日，南阳市普降特大暴雨，其中3日降雨量达410mm，迎灰坡安然无恙。(5)2001年1月1日，灰场内排水斜槽处粉煤灰塌陷(6）迎灰坡土坝面灌浆后，至今紫山灰坝运行正常。6抗滑力应力(1）曝气池溃坝使紫山灰坝排渗盲沟和无砂混凝土面遭受局部破坏，加上进灰口位置不当，浸泡后土的抗剪强度下降，渗透压力和孔隙水压力增