峪塔水庫漿砌石拱壩防滲加固設計

馬小平 李雙生

（中國水電顧問集團中南勘測設計研究院 長沙市 410014）

余軍明

（湖南水利水電職業技術學院 長沙市 410131）

1 工程概況

峪塔水庫位于湖南省慈利縣三官寺鄉澧水水系溇水支流上，壩址距慈利縣城80 km。水庫控制集雨面積66.8 km2，壩址以上干流長度12.5 km，干流平均坡降26.6‰。工程于1963年10月動工興建，1970年5月主體工程竣工。是一座以灌溉為主，兼顧防洪等綜合利用的小（Ⅰ）型水利工程。

峪塔水庫總庫容570萬m3，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2000），工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別為5級。大壩為漿砌石單曲拱壩，設水洪水標準按50年一遇，校核洪水標準按500年一遇，消能防沖工程設計標準按20年一遇。

樞紐工程由大壩、輸水涵洞等永久性建筑物組成。

大壩為漿砌石單曲拱壩，上游面垂直，下游面傾斜，坡度為 1∶0.22；壩頂寬 2.7 m，最大壩高 28.5 m，壩頂高程234.5 m。溢流壩段為開敞式實用堰，堰頂高程230.0 m，堰長59 m，分兩孔，每孔凈寬7.25 m，總凈寬14.5 m。消能方式采用鼻坎挑流，鼻坎高程385.2 m，挑射角25°。溢流壩壩頂布置工作橋，橋面寬2.0 m，高程397.0 m，共設2跨。

輸水涵洞位于大壩壩體內，為鋼筋混凝土圓涵，長35 m，斷面尺寸為Φ1.4 m，進口底板高程218.5 m，設計流量5.5 m3/s，進口設啟閉閘門一扇，閘門尺寸0.6 m×0.6 m，采用5 t手搖絞車啟閉。

2 工程地質

壩基巖石節理裂隙較發育，結構面多張開，順層面和節理裂隙巖溶比較發育。層面溶蝕與溶隙相互溝通，導致壩基滲漏增強。加上壩址附近出露11處滲漏點，尤其是右岸一處溶洞貫通庫區，通向下游，流量達到20 L/s。大壩清基不徹底，基礎未做防滲、帷幕灌漿施工，導致大壩壩基接觸面存在著較為嚴重的滲漏。鉆孔壓水試驗成果顯示，壩基上部（10～13.9）m范圍內巖體透水率一般大于10 Lu，最大的可達39.9 Lu，屬中等透水帶，蓄水后，大壩外坡左、右壩肩地帶出現漏水，且滲漏量逐年增大，大壩外坡兩岸壩肩地帶出現浸潤面積達125 m2。因拱壩壩基（肩）存在較嚴重滲漏問題，需進行防滲處理。

3 大壩滲漏情況及原因分析

3.1 大壩滲漏情況

峪塔水庫于1970年5月建成蓄水運行至今，由于水庫存在很多安全隱患，嚴重影響了工程效益的正常發揮。2007年4月，對本工程大壩進行安全鑒定，評定本工程水庫大壩為三類壩。大壩存在主要問題：

（1）大壩壩體長期存在滲漏現象，且滲漏量隨庫水位的升高而加大。

（2）兩岸壩肩存在溶蝕裂隙，漏水量較大，其右壩肩一處溶洞貫通庫區，滲漏流量達到20 L/s。

3.2 原因分析

3.2.1 壩體滲水的主要原因

由于大壩施工質量較差，壩體砌筑塊石不密實，存在較多縫隙，施工時砂漿過稀，干縮后形成裂縫，使壩體防滲體冷縫出現了自上而下貫穿性滲水通道，導致滲水。

3.2.2 壩基滲水的主要原因

（1）大壩清基不徹底，基礎未做防滲、帷幕灌漿施工，導致壩基接觸面存在著較為嚴重的滲漏。

（2）壩基巖石節理裂隙較發育，結構面多張開，順層面和節理裂隙巖溶比較發育。層面溶蝕與溶隙相互溝通，導致壩基滲漏增強。

（3）壩址右岸一處溶洞貫通庫區，通向下游。

4 大壩壩體、壩基防滲加固設計

為解決大壩目前存在的滲漏問題，對拱壩壩體采取充填灌漿的方法，壩基采取帷幕灌漿的措施進行防滲處理。大壩防滲加固縱剖面見附圖。

4.1 壩體充填灌漿

4.1.1 灌漿孔布置

壩體采用單孔灌漿，為了節約工程投資，充填灌漿鉆孔利用帷幕灌漿的鉆孔，其孔距與帷幕灌漿孔孔距一致，均為2.5 m。壩頂全長約78 m，共32孔，充填灌漿共進尺730 m。

附圖 漿砌石拱壩防滲加固縱剖面

4.1.2 灌漿參數

充填灌漿是利用較少的灌漿壓力或漿液自重，將漿液灌入壩體隱患處，以堵塞洞穴和裂縫，且不對其產生辟裂破壞的目的。

（1）灌漿方法。

充填灌漿孔從壩頂鉆孔，充填灌漿應一次鉆孔，分段灌水泥漿，每段長4 m，灌漿時采用下套管“自下而上，分段灌注”的方法，在灌漿中應先對第一序孔輪灌，采用“少灌多復”的方法，待第一序孔終灌后再時行第二序孔，第二序孔結束后再進行第三序孔。每孔灌漿次數一般為5～10次。

（2）灌漿壓力。

壩體灌漿中，孔口壓力應控制在按設計時的最大允許灌漿壓力范圍內。灌漿壓力控制在（0.1～0.2）MPa，并應加強觀測。

（3）漿液材料。

充填灌漿主要材料是土料，加入少量的水泥，漿液為粘土漿。

4.2 壩肩壩基帷幕灌漿

4.2.1 灌漿孔布置

大壩壩基及壩肩存在比較嚴重的滲漏，本次加固設計采用帷幕灌漿作防滲加固處理。帷幕灌漿孔布置于壩軸線上。灌漿范圍為正常蓄水位線與基巖5 Lu線下5 m范圍線所包涵部分，孔距2.5 m。

右岸壩肩的帷幕灌漿結合考慮右岸滲漏通道的處理，帷幕灌漿范圍延伸至滲漏通道處，右岸壩肩帷幕灌漿考慮在右岸壩肩設置灌漿平洞，灌漿平洞尺寸設為2 m×2.5 m，城門洞形。

根據地勘成果及相關規范要求，灌后基巖透水率應不大于5 Lu，并要求帷幕孔深入相對不透水層5 m。按此原則布置，設計大壩基礎帷幕灌漿孔為77孔，總進尺2 210 m。檢查孔按帷幕孔的10%計，共7孔，進尺為220 m，布置在帷幕軸線上，一般地段均勻布置，在吸漿量大的部位稍作變更。灌漿深度的確定，一序孔為先導孔，鉆入基巖層作壓水試驗，當吸水率小于或等于5 Lu時，再施工下一段。

4.2.2 灌漿參數

本設計所提供的灌漿基本參數孔深、灌漿壓力等根據現場試驗可作調整。

（1）灌漿段長度。

灌漿段的長度是根據巖石裂隙的發育情況、破碎情況、滲透性以及設備條件決定的，本次灌漿參照類似工程經驗，確定灌漿段長度為5.0 m，實施中發現問題及時修改。射漿管距孔底不得大于50 cm，灌漿塞應塞在前一灌漿段底以上50 cm處，防止漏灌。灌漿前對灌漿段處進行沖洗?？變瘸练e厚度不超過20 cm，沖洗壓力為0.7 MPa，至回清水為止。

（2）灌漿壓力。

灌漿壓力是影響灌漿質量的重要因素，以回漿壓力為準，本次灌漿壓力要求現場通過壓水試驗確定。

壩體與巖基接觸面的灌漿壓力應以不使壩體底部劈開或上抬為原則。

當灌漿孔離岸坡面較近，為防壓力過大擠動岸坡，按情況降低最大壓力值，但不小于最小壓力值。在接觸面處的第一灌漿段應從最小壓力開始，視吸漿情況逐步加大或不變。

（3）漿液稠度。

灌漿壓力是影響灌漿質量的重要因素，本次灌漿壓力一般要求現場通過灌漿試驗確定。漿液稠度一般應隨基巖的單位吸水量而變，起始水灰比采用5∶1，以后依次采用 3∶1、2∶1、1:1、0.8∶1、0.6∶1，個別灌漿段可視情況采用0.5∶1。漿液稠度的變換原則是：當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時，或注入率不變而壓力持續升高時，不得改變水灰比；當某一比級漿液的灌入量已達300 L以上或灌注時間已達30 min，而灌漿壓力和注入和注入率均無改變或改變不顯著時，應改濃一級；當注入率大于30 L/min時，可根據具體情況越級變濃。

（4）結束灌漿標準。

符合下列條件者，即可結束灌漿：采用自下而上分段灌漿時，灌漿段在設計壓力下，注入率不大于1 L/min后，繼續灌注60 min后，可結束灌漿。

（5）灌漿材料。

灌漿材料必須是新鮮的普通硅酸鹽水泥，強度等級不低于42.5，對因受潮而結塊的水泥一定要清除，以免影響施工質量。

（6）灌漿次序。

帷幕灌漿布設單排孔。分兩序施灌，同序孔距為4 m（異序孔距為2 m）。

（7）施工要求。

帷幕灌漿的鉆孔、沖洗、壓水試驗的各種要求必須符合 《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》DL/T 5148-2001和技施設計要求。全孔灌漿完畢后，采用自下而上分段封孔，每段（15～20）m，灌入水灰比為0.5的濃漿封孔。

4.2.3 檢查標準

質量檢查應以檢查孔壓水試驗成果為主，檢查孔數為灌漿總孔數的10%，檢查孔應布置在帷幕中心線上或巖石破碎、斷層、大孔隙等地質條件復雜的部位，檢查孔壓水試驗應在該部位灌漿結束14 d后進行，自上而下分段卡塞進行壓水試驗，采用單點法或五點法。壓力為1H0（H0為正常蓄水位至試驗段處高差），且不大于該處灌漿壓力的80%。檢查孔各段壓水試驗測得的q值應≤5 Lu，如出現大于5 Lu的試驗段，則應進行補灌。

5 結語

（1）由于峪塔水庫漿砌石單曲拱壩施工質量較差，壩體砌筑塊石不密實，形成裂縫，造成壩體嚴重漏水，對在大壩安全運行帶嚴重隱患。在除險加固工程實踐中，采用壩體充填灌漿方案解決滲漏問題，該方案不僅工期短，工藝簡單，而且防滲效果較好。

（2）峪塔水庫建成運行40多年，限于當時的施工條件，基礎大多未進行徹底處理，大壩蓄水后，出現壩基滲漏、壩肩繞壩滲流等現象十分普遍。根據地形地質條件，結合實際情況采用帷幕灌漿基礎處理措施，有效地解決壩肩及壩基滲漏問題。