膠州市小型水庫滲透破壞處理技術應用淺析

周兆才 ，李 偉 ，李曉峰 ，黃宗章

（1.青島市膠州水利工程有限公司，山東 青島 266300；2.膠州市水利局，山東 膠州 266300）

1 概 述

膠州市共有小型水庫48座，這些水庫大部分建設于上世紀五、六十年代，受當時經濟、技術等條件限制，未按照標準進行建設，經過了40多年的運行，目前有23座水庫存在壩體、壩基滲漏問題。在汛期高水位的作用下，水流必然會沿著壩體、壩基滲向下游，滲流集中，水質混濁，此時滲流為非正常滲流，非正常滲流對大壩會造成管涌、流土、接觸沖刷、滑坡破壞等問題。從2006年起，膠州市共投資1420萬元采取水泥攪拌樁、帷幕灌漿、薄壁塑性混凝土防滲墻等措施對這23座水庫實施了防滲加固，共計完成帷幕灌漿6491m，水泥攪拌樁19203m3，混凝土防滲墻 5690m2。

2 滲透破壞類型及產生原因

2.1 壩體滲透破壞

由于壩體填筑時土層壓實不均勻形成松土帶，或壩體填筑時有砂土層，或雨后施工形成軟弱夾層，或在水庫水位以下的壩體有橫向裂縫和縱向裂縫等容易形成集中滲透破壞，壩體的集中滲透破壞對壩體安全威脅最大。如果水庫下游排水濾層級配達不到要求并且壩體土料分布不均勻就容易形成壩體散浸，在這種狀態下，壩坡土處于飽和狀態，空隙水壓力變大，壩體抗剪強度指標降低，在汛期高水位時候容易產生滑坡破壞。

2.2 壩基滲透破壞

由于受到經濟、技術條件限制，許多水庫開工建設前未作前期水文地質勘探、大壩安全鑒定，前期工作比較粗糙，因此土石壩沒有按照壩工理論和規范來設計建設實施，很多地基未進行清基或未做任何防滲處理。

2.3 壩后滲透破壞

通過地質勘探發現，當水庫壩體地層構造表層為弱透水的壤土，下面是強透水的砂礫石，水庫大壩下游排水濾層級配不符合要求，沒有采取有效的排水減壓措施或排水設施時，容易導致地層的滲流出逸坡降較大而產生砂沸、管涌等滲漏現象。

2.4 壩體與剛性建筑物接觸處滲透破壞

在壩體與壩基、齒墻或涵管等接觸部位，由于填土不實、滲徑短、滲透坡降大以及施工等多方面的原因容易成為滲漏捷徑而發生接觸沖刷，形成管涌通道甚至垮壩失事。

2.5 繞壩滲透破壞

有的水庫壩體的兩岸山體裂隙、節理發育或有斷層和巖溶或堆積層未妥善處理，當水庫蓄水以后水流便繞過土石壩兩岸滲向下游。這種情況對山體本身、壩體和壩基都有不利的影響。若兩岸山體單薄，有抗剪強度低的透水土料夾層，則容易導致滑坡或坍塌。

3 滲透破壞的加固措施

3.1 帷幕灌漿

膠州市病險水庫壩基灌漿防滲形式主要是帷幕灌漿。壩基帷幕灌漿是沿壩頂軸線布設單排灌漿孔，分兩序灌漿，第一序孔間距1.0m，第二序孔間距0.5m，灌漿孔孔底深度深入壩基基巖以下，灌漿漿材采用水泥漿，采用自上而下分段灌漿法。帷幕灌漿適宜用于壩基繞壩滲漏嚴重、集中滲漏嚴重、范圍比較大的壩基滲漏及繞壩滲漏處理。該技術施工簡便，每段灌漿結束后，不需待凝，即可開始下一段的鉆進，加快了施工進度，多次重復灌注，有利于保證灌漿質量等，缺點是灌漿管容易在孔內凝住,因此灌漿過程需要經常轉動和升降灌漿管，要求使用性能良好的孔口封閉器。

例如陡嶺前、東安家溝、付家溝等6座水庫由于大壩清基不徹底，底部存在強透水的粗礫砂層，大壩斷面興利工況單寬滲流量較大，因此對強透水的粗礫砂層采用帷幕灌漿處理方案，共完成工程量6491m。

3.2 水泥攪拌樁截滲墻

水泥攪拌樁防滲即利用水泥、石灰等材料作為固化劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基深處就地將地基土和固化劑（漿液或粉劑）強制攪拌，固化劑和地基土之間產生一系列物理化學反應后硬結成具有一定直徑、強度和抗滲性能的樁柱體。如圖1示沿壩頂軸線布設攪拌樁，樁徑為 400mm，圓心間距為 250mm，有效截滲厚度為312mm，滲透系數可達10-6cm/s數量級。固化劑主劑采用32.5R普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量為12%。水泥攪拌樁防滲適宜于粘土、砂土、淤泥和粒徑較小的砂礫層。該技術先進，工藝簡單，設備性能穩定，機械化程度高，便于操作，但在卵礫含量較高的土層中及比較堅硬的巖石不易施工。

圖1 攪拌樁截滲墻平面圖

例如三妹冢、鐵匠溝等水庫等16座水庫，由于大壩壩體存在強透水的砂層，且無直徑較大卵石、礫石，大壩斷面興利工況單寬滲流量較大，因此對透水的壩體采用水泥攪拌樁截滲墻處理方案，共完成工程量19203m3。

3.3 薄壁塑性混凝土防滲墻

薄壁塑性混凝土防滲墻，是利用泥漿固壁機械造槽澆注混凝土防滲墻工藝，在大壩上游壩肩做C20混凝土導墻，開槽采用抓斗開挖槽溝方法，防滲墻深入壩基粉質粘土層以下，具體為在槽溝頂部做好混凝土導向槽，采用兩期布孔開槽，利用旋轉、抓斗一體機造孔，利用泥漿固壁，經清孔驗收后澆注混凝土。如圖2示根據設備及地質條件確定Ⅰ、Ⅱ期槽段開挖長度同為8m，Ⅰ期、Ⅱ期槽段間采用弧形連接，即在澆筑Ⅰ期槽段時預埋圓形鋼管，Ⅰ期混凝土澆注后，拔出鋼管，形成接頭，然后澆筑Ⅱ期槽段混凝土，直至形成連續的混凝土防滲墻，成墻后滲透系數可達10-7cm/s數量級。該技術工藝先進，速度快，造價低，但在遇到大粒徑顆粒時需要鉆機配合。

圖2 槽段劃分及施工順序示意圖

例如大王邑水庫，由于壩體回填土料主要是粉質粘土，含大量直徑較大的卵石、碎石，結構松散，密實程度差，因此采取薄壁塑性混凝土防滲墻進行防滲處理，完成工程量5960m2。

3.4 排滲防滲方法

對滲流量不大的小水庫防滲方法可采用貼坡排水、棱體排水、褥墊排水及其組合，壩體內豎向排水層和水平排水層、排水溝、減壓井、透水蓋重等排水設備，排除上游滲水，降低浸潤線及下游壩基上的水頭。

4 結 語

水庫滲透破壞是多種因素共同作用的結果。因此要加強對滲流破壞跡象，裂縫的發生和發展等異常現象監測，對水庫滲透破壞加固方案選擇應是技術上合理、又能滿足施工要求。在膠州市，經過防滲處理的小型水庫在近幾年的強降雨過程中經受住了考驗，在防汛工作中發揮了重要的作用。