某泵站渗透破坏原因分析及处理措施
时间：2023-04-16 08:15:03 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
王 超
(安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司,合肥 230088)
国民经济的迅速崛起推动了水利事业的不断发展，泵站工程作为水利工程的重要组成部分，具有明显的经济效益、社会效益。泵站工程的地基防渗是一项重要内容，泵站因地基防渗问题而发生破坏时有发生，尤其是地基下面有透水砂基的泵站，因处理不当导致的渗透破坏更是屡见不鲜[1-2]：曾台孜泵站底板直接坐落在细砂层地基上且砂层与淮河主河槽相通，自建成以来多次发生渗透破坏[3]；
新河口泵站地基为典型的双层地基，表层粘性土覆盖层的透水性远小于下卧砂层，每年汛期前池底板都会发生管涌冒砂[4]；
养贤排涝站站基底部砂层上的覆盖层较薄，在承压水作用下被顶穿，导致前池发生渗透破坏[5]。可见地基防渗处理的好坏直接影响泵站的工程质量和寿命，影响着泵站效益的发挥。本文对某泵站渗透破坏产生的原因进行分析，同时给出相应的处理方案，可为以后类似工程的设计、施工及运行管理提供参考。
某泵站位于安徽省裕溪河流域，其主要任务为抽排圩区洪水，同时具有自排功能，设计抽排流量为14.2 m3/s，自排流量为13.9 m3/s。工程总体布置为：泵站轴线与堤防垂直，自圩内至外河依次布置排涝引水渠、拦污检修闸、前池、泵房、压力水箱、控制段及穿堤箱涵等。泵站平面及纵剖面示意见图1。
图1 泵站平面及纵剖面示意
拦污检修闸为排涝引水、拦污、泵站检修的控制建筑物，位于泵站前池进口端，共3孔，单孔净宽为3.0 m。进水闸底坎高程为4.0 m，检修平台高程为8.8 m，进水闸检修闸门正常情况下吊在最高排涝水位(7.5 m)以上，水泵机组检修期，闸门静水条件下关闭，排干前池，检修水泵。排涝开机前，平水启门。门体挡水高度考虑0.5 m超高，高度为3.0 m。设计检修水位为前池无水，圩内水位为设计排涝水位为6.5 m。前池共分为3段，第1段为水平段，底板顶高程为4.0 m，第2段为倾斜段，底板顶高程由4.0 m过渡到2.66 m；
第3段也为水平段，顶板高程为2.66 m。
2017年汛后检修时，在上游水位超过设计检修水位且前池排空时，发现前池4.0 m高程水平段与渐变段分缝处有多处冒水翻砂现象(见图2)。由于发现处理及时，渗透破坏没有进一步加剧，闸门、翼墙等也未发生倾斜或断裂险情。
图2 泵站前池渗透破坏示意
根据地质报告，泵站基础基本坐落于③层砂壤土中；
下卧层砂壤土、层淤泥质重粉质壤土、层砂壤土。③层砂壤土层厚度大，承载能力较高，是理想的地基持力层。但该层为中等透水地层，易发生渗透破坏。工程区典型地质剖面示意见图3，闸址处建基面以下地层地质参数见表1。
图3 泵站地质纵剖面示意
表1 闸址处建基面以下地层分布及主要参数
4.1 原因分析
经现场检查，初步分析渗透破坏产生的主要原因有以下几点：① 工程运行过程中，运行管理单位为抬高进水渠灌溉水位，擅自将拦污检修闸闸门加高约0.8 m，改变工程检修运用条件，导致进水闸上游水位超过设计检修水位1.3 m，上下游水位差超过设计要求；
② 原设计在前池两段水平段处均设置了反滤排水设施，现场实际检查发现，渗漏处反滤排水孔已经淤塞封堵；
③ 前池4.0 m高程水平段与倾斜段之间的分缝处未按照设计要求设置止水橡皮，闸基土体细颗粒在该分缝处被带出，形成渗漏通道。
4.2 计算复核
为进一步查明前池发生渗透破坏的原因，对闸门加高前后地基渗透稳定进行计算分析。
根据二维稳定渗流场有限单元法基本理论[6-7]，建立渗流计算有限元模型，计算工况见表2;渗流计算结果见图4～图6，结果统计见表3。
表3 加固前后出逸渗透坡降、渗流量计算结果
图6 工况3进水闸及前池地基渗流位势等值线示意(单位：m)
表2 地基渗透稳定计算工况 m
图4 工况1进水闸及前池地基渗流位势等值线示意(单位：m)
图5 工况2进水闸及前池地基渗流位势等值线示意(单位：m)
由图4～图6及表3可知，原设计检修工况下，逸出点水头等值线变化较慢，渗透坡降较小，未超过原土层的允许渗透坡降；
实际检修水位+排水孔正常工况下，逸出点水头等直线变化加快，单宽渗流量有所增加，2处出逸点渗透坡降均有所增加，但尚未超过设有反滤层后的土层允许坡降[8]；
在实际检修水位+排水孔堵塞工况下，可以看出逸出点水头等值线变化进一步加快，渗流量因排水孔堵塞而减小，2处出逸点处的渗透坡降均已超过设有反滤层后的允许渗透坡降。
渗透破坏发生在前池4.0 m高程水平段与倾斜段之间的分缝处，此处未设置反滤排水体，也未按照设计要求设置橡胶止水带，该处发生渗透破坏与渗流计算结果相吻合。
5.1 处理方案
根据渗透破坏产生的原因，首先应拆除拦污检修闸闸门上擅自加高的挡水钢板，恢复闸门原设计结构，泵站检修水位维持原设计水位。按照“上堵下疏”的基本原则[9]对进水闸及前池进行加固处理，加固处理的主要内容有：渗漏点封堵、上下游段压密注浆、上游侧高压摆喷防渗墙以及上下游铺盖和护坦拆除重建、排水孔清淤。
渗漏点封堵：闸前入渗点处土体挖除再回填粘土，回填深度不小于1 m；
闸后出逸点挖除再回填砂砾反滤料，具体范围及深度视现场情况确定。
压密注浆：对闸前铺盖及闸底板下的渗漏通道进行压密注浆处理，主要在渗漏通道位置分别集中注浆，注浆量以填实渗漏通道为标准。压密注浆采用纯压式全孔1次灌注，各排按钻孔顺序分序进行压注。压密注浆前应进行现场试验，确定注浆压力等参数，注浆时避免影响建筑物结构安全。
高压摆喷防渗墙：防渗墙轴线垂直于水流方向沿护坦前沿布置，墙体顶部与护坦紧密结合，底部深入相对不透水层淤泥质重粉质壤土不小于2.0 m。为防止侧向绕渗，墙体向两岸各延伸不小于5.0 m。根据类似工程经验，拟定高压摆喷防渗墙采用三管法分两序施工，高压喷射灌浆正式施工前，选择有代表性的地层进行高压喷射灌浆现场试验。试验宜采用单孔和不同孔距的群孔进行，以确定高压喷射灌浆的方法及其适用性，确定喷射范围、施工参数、浆液性能要求、孔距、墙体防渗性能等[10]。
5.2 处理效果分析
为分析处理方案的加固效果，对加固后的地基渗透稳定进行有限元计算。本处理方案垂直防渗采用高压摆喷防渗墙，根据文献[11-12]试验结果，在相近的浆液配比、压力参数等条件下，墙体渗透系数基本为(1.0～6.0)×10-9m/s，结合本地区类似工程经验[13]，本次计算高压摆喷防渗墙渗透系数取2.0×10-9m/s，其余土层渗透系数见表1,渗流计算结果见图7，计算结果统计见表3。
图7 工况4进水闸及前池地基渗流位势等值线示意(单位：m)
根据图7及表3可知：高压摆喷防渗墙基本能够阻断圩内引水渠与前池的水力联系，能够有效延长渗透路径，使得前池逸出点的渗透坡降大幅度降低，有效控制闸基渗流。
该泵站防渗加固处理后，经过多年运行考验，状态良好，防渗处理达到了预期效果。
由于该泵站渗透破坏发现及时，处理得当，未再出现过类似险情。通过分析此泵站产生渗透破坏的原因及处理效果可知：① 泵站尤其是存在渗流安全隐患的泵站，在实际运行中，运行管理单位应严格按照设计要求运行管理，不能随意改变设计水位运用条件，以保证泵站的安全运行；
② 泵站施工时应严格把控施工质量，严格按照设计要求设置止水及反滤措施；
在出现缺项、漏项不满足设计要求时，应及时采取补救措施；
③ 泵站日常运行维护应重视对前池排水孔的清淤，防止排水孔堵塞导致渗水无法排出，引起渗透破坏；
④ 高压摆喷防渗墙在透水砂基泵站防渗处理中效果显著，作为站基渗流控制措施安全可靠。
