劉源

（益陽市水利水電監理公司 益陽市 413000）

1 碧螺水庫的不安全因素及其成因

碧螺水庫位于資江中游北岸一級支流碧螺港上游，壩址控制集雨面積18.7km2，大壩壩頂高程117.90m，其校核洪水位、設計洪水位及正常蓄水位分別為113.75m、113.04m、112.41m。水庫正常庫容1326萬m3，設計灌溉面積0.13萬hm2（1.95萬畝），壩后電站裝機2臺共285 kW，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發電、養殖等綜合效益的中型水利工程。碧螺水庫大壩為均質土壩，按50年一遇洪水設計，1000年一遇洪水校核，壩頂高程117.90m，最大壩高30m，壩頂軸線長92m，壩頂寬8.5m，壩頂上游側設有防浪墻。經安全鑒定，該大壩定為三類病險壩。

（1）壩體滲漏嚴重，大壩下游無排水設施。

大壩始建于1958年，屬典型的“三邊”工程。由于大壩填土輾壓質量差，壩體密實度不夠，加上大壩下游無排水設施等原因，造成壩體滲漏嚴重，浸潤線高。經穩定復核，上下游壩坡穩定安全系數均不滿足規范要求。

（2）壩基及繞壩滲漏嚴重。

建壩時，壩基清基不徹底，基礎開挖深度平均1.5m，對強風化基巖未作處理，因此壩基上部基巖破碎，透水性很強，滲漏嚴重。其次大壩兩岸壩肩開挖僅0.5m左右，對風化層未作進一步處理；加上兩岸山體單薄，巖石節理、裂隙發育，巖體破碎；存在較嚴重的繞壩滲漏。

（3）泄洪隧洞及灌溉發電隧洞漏水嚴重。

大壩左岸山體內泄洪和發電兩條隧洞，洞周圍巖破碎，管壁裂縫，漏水嚴重。

泄洪洞經過的左岸山頭巖石性屬泥質板巖，風化嚴重，裂隙發育，強度低，且夾有破碎石英巖脈和泥質軟弱夾層，開挖時垮塌十分嚴重。該洞襯砌完成后，碧螺水庫正式投入運行。但隨著庫水位的上升，泄洪洞即發生滲漏，當水位超過進口頂部后，滲漏現象加劇，一部分滲水由隧洞內襯管壁漏入管內，有幾十個漏水孔穴，另一部分滲水沿隧洞內襯外側周圍，逐漸匯流向下游滲出，在出口形成多達80m2的溢水區，雖經多次加固處理，仍未徹底解決問題。

灌溉發電隧洞于1962年開挖后，即做了鋼筋混凝土襯砌。但由于隧洞周巖較破碎，襯砌混凝土已部分開裂破壞，且因工程年久失修，高水位時，隧洞出口附近時常有數股浸水涌出。另外，進口閘門及啟閉設備已使用了40余年，銹蝕老化嚴重，閘門啟閉不靈，難以正常運行。

2 除險加固措施

2.1 大壩壩體滲漏及壩坡加固

2.1.1 沖抓防滲墻工程

115.6m高程至壩基采用雙排沖抓套井回填粘土防滲墻處理，在上游側壩體內將原來松散的填土挖除，重新用粘土填筑一道防滲墻，以滿足壩身防滲要求。填筑防滲墻的土料選用素粘土，其粘粒含量要求在35%～50%，含水量控制在22%～24%，不滿足含水量要求的土料需采取灑水或曬干處理，設計干容重參考為1d>1.55t/m3（施工時根據土料壓實試驗，按壓實度96%確定），滲透系數小于1×10-4cm/s。防滲墻軸線布置于壩外肩線上游5.75m處。根據《碾壓式土石壩設計規范》第4.2.4條：防滲體頂部不應低于非常運用的靜水位，因此防滲墻頂高程采用水庫校核洪水位113.75m為基數，考慮風浪爬高及適當超高，設計墻頂高程為115.6m，相應最大墻高27.9m，總長80.84m，兩端嵌入岸坡全風化基巖，墻底直達原壩基開挖面，并與壩基帷幕灌漿銜接。當下游壩坡滲透出逸坡降為0.18，小于無粘性土的容許滲透坡降，大壩即滿足滲流穩定要求。

2.1.2 施工操作技術及其要求

（1）造孔。

造孔順序是：先主井，后套井，即1、3、2、5、4、7、6……。施工順序是：先上游，后下游，從左岸向右岸延伸。

造孔注意事項：造孔時，保持井孔垂直，是施工操作的關鍵。嚴格控制井孔最大偏斜值，對于單孔偏斜值不超過20cm為宜。以保證井與井之間能互相套接，不致產生漏縫。

（2）回填。

鉆孔達到設計孔深后，應立即回填。位于庫水位以下的井段，應加快施工速度。回填土料的物理指標必須符合設計要求，嚴格控制土料含水量是保證施工質量的重要環節。

（3）夯實。

夯錘用C20混凝土制成，上部為球冠狀，下部為圓柱形，直徑0.9m，高1m，重1240kg。對料場土進行現場夯實試驗，根據設計要求的干容重 （壓實度92%的試驗容重），確定土的最優含水率、夯實功、夯擊次數等。

2.1.3 施工中出現的問題及其處理

（1）沖抓套井技術在高水位情況下，因壩體受滲水影響而使造孔和回填夯壓困難，施工期應采取空庫和降低庫水位條件下實施，采取施工期當年提前放空水庫等措施，以免沖抓坑內進水影響上料夯填質量。

（2）由于原筑壩土料中夾有石塊，會使鉆頭偏斜，影響井孔垂直度，采用“勤檢查，多清理”的辦法，控制井壁偏斜。對偏斜值過大的個別井孔，采取“兩次造孔法”及時回填，分層夯壓。

（3）于庫水位以下的井段，井內常發生積水、冒水、塌孔等現象，采用“連續作業，快速施工”的辦法。對于冒水、塌孔，則一般采用“打副孔”和“兩次造孔法”處理，使造孔達到設計高程。

2.2 壩基及繞壩滲漏加固工程

2.2.1 大壩壩基帷幕灌漿設計

根據碧螺水庫地質鉆探，該大壩壩基為巖基，但巖石節理裂隙發育，風化層較厚，滲漏嚴重，確定對其進行帷幕灌漿。

灌漿帷幕的布置：大壩壩基帷幕灌漿沿沖抓防滲墻軸線布置。因兩岸山體巖石裂隙、破碎帶發育，存在繞壩滲漏，以及泄洪、發電兩隧洞嚴重滲漏等緣故，設計將壩基帷幕灌漿向左岸延伸至發電隧洞以上位置，右岸帷幕灌漿需延伸至溢洪道右側；保證壩體防滲與山體防滲連續，以形成整體的連續防滲體。

壩基帷幕灌漿孔設一排，帷幕灌漿孔中心線位于上游兩排沖抓套井孔中線處。帷幕灌漿施工平臺利用沖抓套井施工平臺，壩基設計帷幕平面總長度89m，共鉆孔60個。灌漿采用自下而上分段鉆灌的方式，分三序孔施灌，第一序孔間距6m，第二序孔間距3m，第三序孔間距1.5m。

帷幕深度設計根據《碾壓式土石壩設計規范》第5.2.8條規定，帷幕深入相對隔水層（q≤5Lu）內（3～5）m，由于本工程基巖破碎嚴重，隔水層埋藏深，鉆進深度達到30m時，吸水率仍超過規范要求，達10Lu以上，因此帷幕設計孔深按最大壩高的0.7倍考慮，取（15～20）m，帷幕灌漿頂部與防滲沖抓體緊密結合。灌漿方法采用自下而上分段灌漿法，帷幕灌漿段長5m，分四段灌注。

2.2.2 灌漿工藝流程

灌漿工藝流程為：按鉆孔、沖洗、壓水實驗、施灌的程序進行，待凝一定時間后再灌下一段，每段灌漿重復上述工藝直到結束封孔。

灌漿帷幕與壩體內沖抓防滲墻緊密接合。灌漿時，同一排內嚴格先鉆灌第一序孔，再鉆灌二、三序孔。后序排上的第一序孔在前序排上最后次序孔均灌完15m后再開始鉆進。

帷幕灌漿鉆孔位置與設計位置的偏差沒有大于10 cm，灌漿孔宜選用較小的孔徑，孔口宜埋設孔口管，孔深符合設計規定。垂直的帷幕灌漿孔，其孔底的偏差值，孔深20m，最大允許偏差不得大于0.25m，孔深30m，不得大于0.5m。

灌漿段灌漿前應進行循環式鉆孔沖洗，沖洗壓力為灌漿壓力的80%，沖洗要求直至回水潔凈延續10min才結束。

各次序灌漿孔的各灌漿段在灌漿前進行簡易壓水試驗。灌漿采取自下而上的分段灌漿，灌漿段每段長5m，灌漿開灌水灰比（重量比）根據《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范3.5.4條確定在5∶1左右，灌注漿液由稀到稠，逐級變換，帷幕灌漿水灰比采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1等7個比級，逐級定量灌注（每級初定為300L）。當到某一水灰比，且灌漿壓力不變的情況下，漿液注入率持續減少時，或當注入率不變而壓力持續升高時，即保持該水灰比繼續灌漿壓力和注入率改變不顯著時，應改變一級濃度；當注入率大于30L/min時，可根據具體情況越級變濃，直至注入率不大于0.4L/min時，再注漿60min，即可結束灌漿。

其次，為了保證灌漿質量，整個灌漿過程應在設計壓力下進行，但當遇大的孔洞或裂隙發育段，注入率大（大于30～40L/min）時，為了避免漿液串流浪費，則應采用低壓、濃漿、限流法分級升壓灌注。設計灌漿壓力表層孔段灌漿壓力0.5MPa，底部孔段1MPa，灌漿壓力從上至下逐漸增大，灌獎壓力表上的值上部孔段0.3MPa，下部孔段0.6MPa。以上述灌漿壓力做為依據，實際施工時灌漿壓力，在灌漿過程中根據實際鉆孔灌漿試驗對其進行校核、修正。施工時灌漿壓力不允許超過臨界破壞壓力，以免影響藻漿效果。

最后采用“分段壓力灌漿封孔法”自下而上灌注水灰比0.5∶1的濃漿封孔。封孔灌漿壓力同該段灌漿壓力，當注入率不大于1L/min，延續30min停止，灌注結束后閉漿24h。如采取孔口封閉灌漿法施工，按《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》3.7條規定的要求施工。

灌漿前后都應作壓水試驗，以此檢驗灌漿效果。帷幕灌漿結束后檢查孔數不少于灌漿孔總數的10%，即不少于5孔，檢查孔壓水試驗按《輾壓式土石壩設計規范》第5.2.8條透水率q＞5Lu（呂容單位）的孔段，應采取補灌措施，最后檢查孔應按技術要求進行灌漿和封孔。

2.3 泄洪洞除險加固工程

2.3.1 根據初設選定方案

泄洪隧洞除險加固工程采用如下措施，沿泄洪洞全長進行鋼筋混凝土內襯，內襯前先將隧洞進口段原內襯混凝土鑿除15cm原出口段原有內襯混凝土表面鑿毛（鑿毛深度5mm左右），再澆筑新的鋼筋混凝土內襯，以確保新老混凝土結合良好。隧洞圍巖采取固結灌漿加固，內襯與圍巖之間進行回填灌漿或灌注混凝土以增強內襯與圍巖間的整體性，改善受力條件。另外更換進口鋼閘門及全套啟閉設備，以保證泄洪閘門能正常進行。

鋼筋混凝土內襯采用C20混凝土澆筑，內襯沿整個洞長進行，總長119m。內襯混凝土內配單層鋼筋；伸縮縫按照原襯砌伸縮縫分縫，縫寬2cm，縫內嵌柏油杉板，采用寬22cm、厚1.2mm的紫銅片止水。

2.3.2 固結及回填灌漿施工

灌漿施工依據《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》要求，嚴格控制工程質量。

（1）灌漿孔的布置。灌漿孔排距3m，孔距2m，出口段每排布孔4個，進口段每排布孔3個，洞內造孔；灌漿深度2m，灌漿長度119m，回填灌漿1121.6m2。

（2）造孔。采用風鉆鉆孔，鉆孔孔徑不小于38mm，孔深為（1.25～1.4）m，深入基巖1.0m。

（3）埋管。灌漿埋管采用鋼管，鋼管尺寸由灌漿器械而定，初擬Φ=35m。埋管深度不少于30cm，埋管外露（10～15）cm，以便與注漿管連接。鋼管與內襯管壁之間的空隙，用水泥砂漿或環氧砂漿封堵，保證其承壓強度。

（4）沖洗和壓水試驗。用0.3MPa的壓力水進行裂隙沖洗，沖洗時間不少于30min，直至鉆孔回水變清。灌漿前每個孔都應作簡易壓水試驗，以了解吸水率和確定灌漿水灰比。

（5）灌漿次序。灌漿應按先回填灌漿（回填襯砌與圍巖之間的空隙）后固結灌獎的順序進行。環間鉆灌按Ⅰ序孔進行，Ⅰ序孔間距4m，ⅠⅠ序孔間距2m，同一排灌漿孔應在水泥初凝之前全部灌完，且1d內不得對鄰孔進行灌漿。灌漿由出口向進口推進。

（6）漿液配合比與漿液調換。

水泥灌漿應遵循先稀后深、逐級加濃的原則進行。漿液水灰比按6∶1、4∶1、2∶1、1∶1等4個配比進行。當水泥漿注入量大于400L，而吸漿量及灌漿壓力無明顯變化時，改變一級漿液，對吸漿量大于200L/min的孔位，一次轉入濃漿灌漿或采用灌注水泥砂漿，在設計壓力下，吸漿量不大于0.4L/min，持續半小時，即可停灌。

（7）封孔。灌漿結束后可能出現返漿，因此灌漿后應閉漿待凝。封孔用水泥、砂、膨脹劑，配合比為1∶1∶0.6的膨脹水泥砂漿封孔抹平管壁，封孔前必須將鋼管外露部分鋸掉。

（8）檢查標準。檢查孔數按灌漿孔數的10%考慮，在設計壓力下不吸漿或在10分鐘內注入水灰比4∶1～2∶1的漿液不超過10L即為合格。檢查孔可利用部分灌漿孔，專門設計的檢查孔必須按灌漿要求進行封孔。