西梁水庫大壩防滲墻施工技術(shù)綜述

董曉兵

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 工程概況

西梁水庫位于翼城縣境內(nèi)，西梁水庫改造后在擔(dān)負(fù)原防洪、灌溉任務(wù)的同時(shí)，也是禹門口提水東擴(kuò)工程的調(diào)蓄水庫之一。西梁水庫屬小（一）型水庫，工程等級為Ⅳ等。主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別為5級。大壩為均質(zhì)土壩，壩頂長388 m，最大壩高29 m，壩頂寬 8 m，上游壩坡 1∶3，下游壩坡 1∶3。總庫容377萬m3，死庫容52萬m3，調(diào)節(jié)庫容 175萬m3，防洪庫容150萬m3。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇。水庫死水位545.5 m，正常蓄水位552.5 m，設(shè)計(jì)洪水位555.22 m，校核洪水位556.77 m。

大壩左壩肩地形平緩，與壩體接觸處較陡，發(fā)育地層為上更新統(tǒng)洪沖積低液限黏土、低液限粉土，淡黃色，厚1.5 m左右；其下為中更新統(tǒng)洪積低液限黏土，厚度大于40 m。壩基主要為全新統(tǒng)洪沖積低液限黏土，結(jié)構(gòu)松散，具有一定滲透性，底部為卵石混合土，為壩基滲漏層位，存在滲漏。作為工程的調(diào)蓄水庫，20世紀(jì)60年代大壩初建時(shí)，壩體沒有嚴(yán)格按照技術(shù)要求填筑、夯實(shí)，根據(jù)現(xiàn)場勘測鉆孔、豎井資料得知，壩體填筑主要為淡黃色、棕紅色低液限黏土，屬中高壓縮性土，其差異性較大。壩體土質(zhì)填筑質(zhì)量較差，現(xiàn)大壩下游壩坡種植數(shù)量較多，樹根深入壩體容易形成滲漏通道。鑒于壩體和地質(zhì)資料情況，壩基采用高噴防滲墻形式進(jìn)行防滲處理才能滿足使用要求。

2 施工參數(shù)的確定

西梁水庫防滲墻布置在距離新壩軸線上游68 m，全長100 m，防滲墻頂部高程536.7 m，底部深入黏土層不小于3 m，防滲墻底高程518.0 m，根據(jù)地質(zhì)資料，西梁水庫壩基以下16 m左右有砂礫層，由于壩基上下土質(zhì)不同，不能按照常規(guī)方法操作，這對高噴防滲施工操作有很高要求，為此我們根據(jù)設(shè)計(jì)要求，先做先導(dǎo)孔，然后觀察先導(dǎo)孔巖心，在施工現(xiàn)場確定試驗(yàn)方案，根據(jù)先導(dǎo)孔得知，卵石混合土層在底部16.5～20 m之間，因此確定出如下試驗(yàn)方案：

2.1 場地選擇及施工方法

試驗(yàn)場地選在21號—23號孔，即樁號壩0+050.0—壩0+053.0，墻高為設(shè)計(jì)高度22 m。試驗(yàn)孔共6孔。其中：防滲墻孔3孔，圍井3孔（采取分序施工，其中23號孔、21號孔、圍1號為Ⅰ序孔，22號孔、圍2號、圍3號為Ⅱ序孔）。

2.2 施工參數(shù)的確定

根據(jù)規(guī)范《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》，結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，初步確定出如下試驗(yàn)參數(shù)：孔距1.5 m，高壓水流量75 L/min，壓縮器流量1 m3/min，水泥漿流量60 L/min，水泥漿壓力0.3 MPa，提升速度8～12 cm/min，擺角 30°～40°。

參數(shù)確定后用240型地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，高壓噴射設(shè)備灌漿，先噴一序孔，再噴二序孔，孔偏差不大于2.0 cm，孔深應(yīng)超過設(shè)計(jì)深度0.3 m，孔徑不小于110 mm，下噴射管時(shí)，必須將系統(tǒng)調(diào)試正常，并在地面上做試噴檢查，沒有發(fā)現(xiàn)異常情況方可下放入孔。

2.3 噴射擺動提升

為滿足砂礫石層中防滲墻的成墻效果，當(dāng)?shù)竭_(dá)卵石混合土層及上下各0.5 m（即16.0～20.5 m）提速下降為8 cm/min，噴射角度調(diào)為40°；到達(dá)土層時(shí)提升速度變?yōu)?2 cm/min，噴射角度調(diào)為30°。這樣操作目的就是為了使土層結(jié)構(gòu)不一致的壩基能夠很好成墻。擺噴時(shí)應(yīng)一次成墻，不允許中途停噴。如遇故障停噴，應(yīng)抓緊時(shí)間處理，恢復(fù)噴射時(shí)，必須將噴管下降，插入漿液中0.3～0.5 m。噴射時(shí)，如發(fā)現(xiàn)孔口不冒漿，應(yīng)立即停止提升，經(jīng)處理，直至孔口冒漿方可繼續(xù)提升。擺噴達(dá)到設(shè)計(jì)高程時(shí)停止噴射，提出噴管，移開噴射機(jī)架，開始對孔內(nèi)進(jìn)行靜壓回灌封孔。回灌封孔應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，防止因漿液固結(jié)下沉而發(fā)生噴孔坍陷，直到孔口漿液飽滿，不再下沉為止。

2.4 漿液成墻

在噴灌管擺動與提升過程中，灌入孔內(nèi)的水泥漿液一部分與噴射脫落的土料和砂礫石攪和成墻。試驗(yàn)段成墻過程中，預(yù)定圍井的5個(gè)孔噴至地面，其后噴灌成圍井，并在中間鉆成試驗(yàn)孔。

3 施工參數(shù)檢驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容

3.1 檢驗(yàn)?zāi)康?/h3>

主要是為了在土層和卵石混合土層中確定合理的高噴工藝參數(shù)，以滿足高壓噴射灌漿防滲墻在結(jié)構(gòu)型式、尺寸、滲透性和強(qiáng)度指標(biāo)等方面的設(shè)計(jì)要求。

3.2 檢驗(yàn)內(nèi)容

本工程對高噴防滲墻的成墻質(zhì)量和防滲效果分別采用開挖法和圍井試驗(yàn)的方法進(jìn)行檢查，檢查的內(nèi)容主要有：通過開挖，實(shí)際觀察擺噴凝結(jié)體的有效長度、板墻的連接情況；通過圍井注水試驗(yàn)，求得凝結(jié)體的滲透系數(shù)。

3.3 檢驗(yàn)要點(diǎn)

沿防滲墻軸線指定的部位布置檢查圍井（0+050.0—0+053.0），在圍井內(nèi)用注水試驗(yàn)的方法進(jìn)行檢查，最后計(jì)算得出墻體的滲透系數(shù)K值。該試驗(yàn)檢查應(yīng)在墻體噴灌結(jié)束7 d后進(jìn)行，各個(gè)試驗(yàn)環(huán)節(jié)要正確記錄觀測數(shù)值。鉆孔過程中必須詳細(xì)觀測記錄地層變化情況；噴射管下至孔底時(shí)，應(yīng)觀測記錄孔深；開噴后，應(yīng)觀測記錄回漿量、回漿比重及時(shí)間；達(dá)到技術(shù)要求時(shí)，方能提升噴射管；在提升擺噴過程中，應(yīng)經(jīng)常觀測水壓、水量、氣壓、氣流量、漿壓、漿流量、漿液比重、提升速度。要按選定的工藝參數(shù)控制，每隔10 min應(yīng)同時(shí)觀測記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

4 檢驗(yàn)方法

4.1 開挖檢查

本工程防滲墻上部采用人工開挖后目測方法對防滲墻進(jìn)行了檢查，主要檢驗(yàn)防滲凝結(jié)體的有效長度、密實(shí)情況、墻體的連接情況、墻面平直及厚薄均勻程度。防滲墻噴射完7 d后進(jìn)行開挖檢查。為了防止開挖時(shí)破壞墻體，距墻0.5 m以內(nèi)采用人工開挖，0.5 m以外采用機(jī)械開挖。

4.2 圍井注水試驗(yàn)

防滲墻下部無法開挖到的地方采用圍井注水試驗(yàn)的辦法，主要是檢查防滲墻的滲透情況是否符合設(shè)計(jì)要求。

圍井完成后在井中間鉆一注水孔，孔深至圍井底上部0.5 m左右，然后把PVC管下入井內(nèi)，7 d以后向PVC管里注水，進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)參數(shù)K的計(jì)算方法：

K=2Qt/L（H+h0）（H-h0）.

其中：K——滲透系數(shù)，m/d；

Q——穩(wěn)定流量，m3/d；

t——高噴墻平均厚度，m；

L——圍井周邊高噴墻軸線長度，m；

H——圍井內(nèi)試驗(yàn)水位至井底的深度，m；

h0——地下水位至井底的深度，m.

設(shè)計(jì)滲透系數(shù) K設(shè)計(jì)=i×10-6cm/s（i=1，2，3，……9）

5 檢驗(yàn)結(jié)論

第一，經(jīng)過緊張的施工試驗(yàn)，在高噴結(jié)束后第7天我們按照試驗(yàn)辦法進(jìn)行了檢查。首先用開挖的辦法目測土層以下2 m范圍內(nèi)防滲墻體的外觀質(zhì)量，結(jié)果表明防滲凝結(jié)體的有效長度合格，密實(shí)情況良好，墻體的連接情況合理，墻面平直且厚薄均勻，滿足設(shè)計(jì)要求。

第二，在圍井注水試驗(yàn)中，穩(wěn)定流量為0.406 m3/d，墻體厚度為0.25 m，軸線長度為6 m，試驗(yàn)水位到井底的深度為22 m，地下水位到井底的深度為18 m。可計(jì)算出滲透系數(shù)K為2.4×10-7cm/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)滲透系數(shù)，證明試驗(yàn)參數(shù)的選定是完全合理的。

通過參數(shù)的確定我們制定了合理的施工方案，在短期內(nèi)完成了西梁水庫防滲墻的施工，經(jīng)過現(xiàn)場圍井檢驗(yàn),防滲效果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，為水庫正常蓄水奠定了基礎(chǔ)。