綜合防滲技術在水庫除險加固工程中的應用

江攀毅

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綜合防滲技術在水庫除險加固工程中的應用

江攀毅

福建省漳州市水利水電勘測設計研究院

對于填筑質量較差，碾壓不實、土體疏松或老化失修，造成壩體內部某些土區抗滲坡降降低、壩體內部產生滲透破壞比較嚴重的大壩采用某單一的方法進行病險處理可能達不到理想的效果，分析土壩破壞機理和病險部位采用綜合防滲技術措施則是除險加固工程中的關鍵所在。福建省長泰活盤水庫就是分析了土壩存在的問題并且吸收了先進的施工經驗，采取了振動沉模板墻和高壓噴射灌漿相結合的綜合防滲技術進行的除險加固。

大壩 除險加固 振動沉模 高噴灌漿

1 活盤水庫的基本情況

1.1 工程概況

福建省長泰縣活盤水庫位于龍津溪支流上，地處長泰縣陳巷鄉上花村，距長泰城關10km，樞紐工程于1959年10月動工興建，1962年3月建成，是一座以灌溉為主，結合防洪、發電、漁業等綜合利用的多年調節的重要中型水利工程。水庫壩址以上集水面積30.5km2，壩址以下主河道長11km，坡降45.9‰。水庫總庫容1993萬m3。水庫樞紐工程主要包括大壩、溢洪道、進水口及輸水管道、壩后電站等組成。大壩壩頂高程65.24m，最大壩高28.15m，壩頂長度94m，壩頂寬度5m。

1.2 工程地質情況

大壩壩體為均質土壩，壩體表層0~0.65m填筑土成分比較復雜，以砂質粘土為主，下部壩體填筑土為褐紅色、淺灰色、灰黃色等雜色砂質粘土、粉質粘土，局部含有5~7cm的碎塊石，壩體中間局部還雜有少量草根。壩基接觸帶為強風化花崗閃長巖體，該巖體斷層節理發育，巖體完整性差，但壩基的整體強度能夠滿足土石壩的承載力要求，壩基穩定。

活盤水庫大壩加固前存在以下幾個方面的問題：

1.2.1經過地質勘探、地表測繪，發現迎水坡表部有局部沉陷，導致第一坡面與第二坡面接觸帶出現平行于壩軸線的長約40m、寬10~20cm的裂縫。

1.2.2大壩背水坡有漏水及濕坡現象，其中背水坡左側（高程49.9m）與山坡交接處有一處漏水，漏水量達12t/d，且隨庫水位的升高而增加；背水坡51~53m高程處有8~12m2的濕坡；右側高程41.3m處有兩處濕坡，該處滲漏量為60~80t/d。

1.2.3通過勘探孔現場注水試驗，測得壩體填筑土的滲透系數的最大值為8.55×10-4cm/s, 最小值為6.8×10-6cm/s，說明大壩壩體局部滲流量較大。

1.2.4經勘察揭露，壩基與填筑土接觸部位現場注水試驗的滲透系數為8.55×10-4cm/s~1.9×10-5cm/s，屬于弱透水~中等透水性，壩體填筑土與壩基存在接觸滲漏。

1.2.5溢洪道邊墩與壩體填筑土接觸部位存在接觸滲漏，滲漏量較大。

2 工程施工方案設計

針對活盤水庫大壩壩體及接觸帶存在的病險情況設計采用振動沉模防滲板墻及高噴灌漿的綜合防滲方案進行除險加固。

2.1 振動沉模防滲板墻解決壩體上部（壩頂至壩基處）滲透破壞的問題

振動沉模的設計要求：

2.1.1防滲墻體滲透系數≤×10-7cm/s(1≤≤10)，滲透坡降max>500。

2.1.2防滲墻28d抗壓強度≥4MPa，彈性模量采用4×103MPa。

2.1.3防滲墻墻體材料：水泥采用強度為32.5級的普通硅酸鹽水泥，其漿液配方應根據設計墻體的物理力學指標要求及地質地層情況，通過現場試驗得出。

2.1.4砂漿初凝時間不小于4h，終凝時間應不大于36h。

2.2 高噴灌漿解決大壩岸坡滲透問題和接觸帶的沖刷問題

單管高壓旋噴灌漿施工設計要求：

2.2.1按《水利水電工程高壓噴射灌漿技術規范》（DL/T 5200-2004）等國家相關規范進行。高壓旋噴樁采用單管法施工，樁徑600mm，樁端進入壩基開挖線以下深度不小于2m。

2.2.2高壓旋噴漿液的水灰比為0.8~1.5，其漿液配方應根據旋噴樁的物理力學指標要求及地質地層情況。

2.2.3樁身水泥采用強度32.5級以上的普通硅酸鹽水泥。單管法的高壓水泥漿壓力應大于20MPa。

2.2.4高壓旋噴樁施工規定按《水電水利工程高壓噴射灌漿技術規范》（DL/T5200-2004）、《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2002）、《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007-2002）及其它的有關規定執行。

2.2.5施工時旋噴樁樁頂高程應高于振動沉模板墻底端1.0m。

振動沉模防滲板墻軸線設計在原壩軸線上, 高噴灌漿軸線設計在振動沉模防滲板墻軸線兩側，振板下部由單管高壓旋噴連接。布置如圖1所示：

圖1 振動沉模防滲墻與高壓旋噴樁搭接示意圖

3 工程施工

3.1 振動沉模防滲板墻的施工

3.1.1樁機、模板就位。樁機就位在施工軸線上將樁機調平，調整完畢后使A模板就位，利用振動體系自重將板刃壓入土中，檢測調整模板和立柱的垂直度達到設計要求。

3.1.2振動沉模。啟動振錘，將A模板沉入地層中，達到設計深度，然后將B模板沿施工軸線在A模板前側與A模板緊密并接，以A模為導向板，沉入地層設計深度。

3.1.3灌注提升A模板。向A模板內灌滿漿體，然后邊拔、邊灌注，直至拔出地面，漿體留在槽孔內。灌注提升結束后，要保持漿體在墻頂設計高程。

3.1.4再沉入A模板。A模板提拔出地面后，立即沿施工軸線移至B模板前側就位，以B模板為導向板，A模板沿B模板沉入地層達到設計深度。

a—A就位； b—A沉下、B就位； c—B沉下； d—A灌注提拔；e—A沉下； f—B灌注提拔； g—B沉下； h—A灌注提拔；

圖2

3.2 高壓噴射灌漿施工

3.2.1施工前的準備

⑴埋設各種觀測點樁標；

⑵根據施工軸線上工作面的高程測量值，確定各高噴孔的起噴、終噴高度；

⑶水泥經過檢驗合格后方可使用；

⑷在壩左選擇有代表性地層條件的場地進行3個孔的高噴灌漿試驗，根據試驗成果調整確定大壩灌漿工藝和工藝參數。

3.2.2鉆孔

⑴在已布設的孔位上進行造孔，孔位差不大于2cm ,孔斜率不大于1%；

⑵鉆孔直徑為φ110~φ130mm；

⑶孔深應大于設計孔深0.5m；

3.2.3 制漿

使用PO42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比0.8~1.5，純水泥漿液比重≥1.4cm3。

3.3.4灌漿

將高噴機移至已鉆好的孔口上，先進行噴管試噴以檢查噴射射流是否正常然后下管至設計深度開始噴射提升，直至終噴高程后停止噴射。高噴防滲墻布置形式如圖3所示：

圖3 高壓旋噴樁套接示意圖 單位:m

3.2.5返漿

要求返漿時帶出細土顆粒，水泥返回減少，回漿比重不小于1.3g/cm3，廢漿排到下游坡指定地段。

3.2.6回灌

已經噴灌結束的灌漿孔，因漿體的析水固結漿面會下落，應在下一個孔的噴射灌漿時，將其冒漿引入已灌的孔中進行回灌，以保證高噴墻體達到設計高度。

3.2.7封孔

已經噴灌、回灌完成的灌漿孔，經幾天后應用稠粘土水泥粘土漿充填孔中直至填滿為止。

4 綜合技術方案中各項施工技術的作用

4.1 通過振動沉模防滲板墻的施工解決壩體上部滲透破壞的問題

利用高頻振動的振錘（頻率1050次／分鐘），將空腹鋼模板沉入地層的過程中，使模板周圍的土體的得到擠密，擠密的范圍可達2~3.5倍的模板厚度。向空腹模板中自下而上灌漿能夠保證灌漿的質量，并且能夠通過振搗使漿液更加均勻密實。在連續施工的的情況下能夠保證墻體連續、平整、無接縫、無開叉的質量要求，從而形成一道連續的防滲帷幕。

4.2 通過高噴灌漿的施工解決大壩下部的滲漏和接觸帶沖刷的問題

高壓噴射灌漿就是借助高壓射流沖切攪拌地層，從而使漿液在高壓射流的范圍內與土體攪拌混合進行擴散、充填。射流束的末端還能夠對周圍的土體產生側向擠壓力，在漿液的重力作用下使射流沖切的范圍以外得到滲透，尤其是在接觸帶處形成一道防滲帷幕，并且通過漿液充填使其周圍一定的范圍內得到密實。從而解決壩基接觸帶的滲漏問題。高噴板墻上部與振板板墻底部采用旋噴搭接，旋噴直徑1.05m，能夠有效地與振板板墻進行連接并且起到一定的托付作用，保證了大壩自壩頂到壩基形成一道連續的防滲帷幕。

5 綜合技術的效果分析

5.1 振動沉模板墻成墻面積1202.38 m2，對板墻進行開挖檢查發現成墻質量優良，板墻連接緊密、平整、無開叉、無斷層、無裂縫并且厚度均勻能夠達到并超過設計板墻厚度。通過取樣送檢，測得滲透系數≤×10-7cm/s。

5.2 高噴灌漿灌漿3575.45m，工程結束后進行開挖檢查發現完全能夠達到設計要求，經過注水試驗得出滲透系數=×10-7~×10-8cm/s，完全滿足設計指標。

6　結語

通過對該水庫的除險加固施工及檢測成果分析，綜合防滲技術能夠解決病險水庫存在的問題，為以后水庫的除險加固積累了一定的施工經驗，可以予以推廣。