單管高壓旋噴防滲墻在布坑水庫除險加固中的應用

朱平火

(薌城區水利工程建設管理站，福建薌城 363000)

1 工程概況

布坑水庫位于漳州市薌城區浦南鎮布坑村西北方向約1km處，水庫所在流域為九龍江北溪流域。壩址以上集雨面積0.75km2，庫外引水面積3.80km2，河道全長1.18km，河道平均坡降34.80‰。水庫總庫容154萬m3，是一座以灌溉為主、兼有供水、防洪等綜合效益的小(一)型水庫。

水庫設計洪水標準為30年一遇。設計洪水位51.04m，相應庫容150.2萬m3，校核洪水標準300年一遇，校核洪水位51.24m，相應庫容154萬m3，正常蓄水位48.2m，相應庫容110萬m3，死水位36.71m，相應庫容8萬m3。大壩為碾壓式均質土壩，壩頂高程52.5m，壩頂長度134m，壩頂寬度4m，最大壩高25.5m。

2 工程存在的主要問題及原因分析

2.1 主要問題

布坑水庫于1964年10月動工，1969年8月竣工投入運行，1977年組織壩身、壩肩紅土灌漿及紅土—水泥灌漿，壩后坡增設人字形砌石反濾排滲，至今已運行40多年，存在一些安全隱患，如:壩頂不均勻沉陷，最大高差達0.72m;迎水坡在高程42.8～47.0m之間干砌塊石護坡部分塌陷，塌陷面積約150m2;背水坡貼坡反濾層以上在高程29.0～34.0m坡段大面積滲水。

2.2 原因分析

根據布坑水庫大壩工程地質勘察報告，現有大壩填土不均勻、壓實度不夠，大壩碾壓質量較差，壩體填筑土經現場標準貫入試驗及室內土工試驗，壩體填筑土的干密度ρd值為1.34～1.4g/cm3，平均值為1.39g/cm3，壩體填筑土的最大干密度ρdmax為1.62g/cm3，壩體填筑土的壓實度(ρd范圍值與 ρdmax比值)為 82.72% ～91.36%，ρd平均值與 ρdmax比值為85.80%，低于現行《碾壓式土石壩設計規范》(SL274—2001)規定。現場對壩體填筑土進行6段注水試驗，根據試驗成果，壩體填筑土平均滲透系數k=1.49×10－4cm/s，屬中等透水，壩體防滲性能差。

根據工程地質勘探，壩基主要為全風化花崗閃長巖，壩基上下游、迎水坡及背水坡填筑土層下部分布少量粉砂層，由于大壩填筑施工質量較差，水庫高水位運行時，易由該處薄弱帶與壩基上下游分布的粉砂形成滲漏通道，存在滲漏問題。壩基沿壩軸線設有黏土截水槽，為倒梯形結構，深3m，底寬3m，邊坡1∶1。壩基未進行帷幕灌漿，截水墻底部未按要求全部伸入相對不透水層內，未能有效地起到延長滲徑的作用。

3 大壩防滲加固設計

大壩防滲采取全壩段布置，防滲墻總長154m，樁號0-010～144，防滲墻頂部高程51.3m，底部深入到相對不透水層內。防滲墻設計指標:滲透系數k≤1×10－6cm/s，滲透破壞比降大于90，28d抗壓強度2.0MPa。

4 大壩防滲加固方案選擇

方案一 振動沉模防滲墻+單管高壓旋噴防滲墻

振動沉模混凝土防滲墻是利用強力振動原理，將空腹鋼板沉入土中，向空腹內灌注混凝土，邊振動邊提升模板，漿液留在孔中形成單塊板墻，將單板連接起來，從而形成連續的防滲板墻帷幕，有效地保證防滲墻體連續、完整、均勻、質量可靠，防滲效果較好。

由于兩岸壩端岸坡較陡，施工場地窄小，振動沉模防滲墻無法施工，且不能打入壩基，所以大壩部分采用振動沉模防滲墻，兩岸壩端及壩基采用單管高壓旋噴防滲墻。

方案二 單管高壓旋噴防滲墻

單管高壓旋噴防滲墻技術是利用鉆機造孔，并用高壓泵將預制好的水泥漿經過高壓軟管輸送到噴頭，從噴嘴中噴射出來，沖擊和切割土體，使水泥漿和土體混合，同時以一定的轉速提升鉆桿，從而形成防滲構筑物(旋噴呈圓柱狀)。當上述個體的構筑物相鄰連接膠合時即組成一道地下連續防滲墻。

兩個防滲方案均能滿足本工程防滲要求。方案一施工設備體積較大，施工工藝較復雜，現有的上壩道路寬度不能滿足設備進場要求，需要擴寬道路，且大壩壩頂寬度4m，不能滿足施工要求，須開挖壩頂0.5m，待防滲墻施工完后再回填;方案二施工方便，無需修筑施工平臺，無需擴寬上壩道路，施工工藝較簡單。因此，推薦方案二，即大壩采用單管高壓旋噴防滲墻。

5 單管高壓旋噴防滲墻施工

大壩采用單管高壓旋噴樁防滲，防滲墻布設在壩軸線上游0.5m處，單排布孔，孔距0.45m，樁徑0.6m，墻頂高程51.3m，墻底深入相對隔水層1m，防滲墻從左岸樁號0－0.10至右岸0+0.144總長154m，共布設342孔，最大孔深28.32m，鉆孔總進尺5979m。

5.1 主要施工參數和設計要求

樁徑600mm，樁距450mm，最大樁長27.15m，鉆桿垂直度小于0.5%，鉆孔偏斜率小于1%，漿液比重1.4g/cm3，輸漿壓力25～30MPa，輸漿率75 ～85L/min，提升速度14～16cm/min。

5.2 主要施工機械配置

主要施工機械配置包括高壓泵、鉆機、鉆桿和水泥攪拌機等，主要施工機械配置見表1。

表1 高壓旋噴主要施工機械配置

5.3 施工程序與工藝

a.場地平整:將施工場地加以平整，確保鉆機正常行走，同時挖好排漿溝。

b.測量放樣:按設計要求放出各樁的中心位置，并用石灰標出樁位。

c.鉆機就位鉆孔:按照測放的樁位，將鉆機移至樁位上，鉆頭對準樁位，調平機臺，以線垂調整機身垂直度，垂直誤差小于0.5%。

d.接注漿管:鉆孔達到設計孔深后，檢查各部位密封圈是否封閉，各管安裝是否正常，確保正常施工。

e.噴射:噴射注漿參數達到規定值后，即可開始旋噴，噴射的水泥漿與樁端土充分攪拌后，邊噴漿邊反向勻速旋轉提升注漿管，直到距樁頂1m時，放慢攪拌速度和提升速度，保證樁頂密實均勻，同時做好旋噴時間、用漿量、冒漿情況、壓力變化等的記錄。

f.沖洗:噴射施工完成后，將卸下的注漿管等機具用清水沖洗干凈，防止凝固堵塞。管內、機內不得殘留水泥漿，把漿液換成清水在地面上噴射，以便泥漿泵和噴射管內的漿液全部排除。

g.移機:成樁后，關閉送漿泵，移機至下一樁位進行施工。

主要施工工藝流程見下圖。

旋噴施工工藝流程圖

6 大壩防滲加固效果

6.1 鉆孔取芯及壓水試驗

布坑水庫大壩防滲處理后，委托檢測中心對壩體進行鉆孔取芯及壓水試驗，現場壓水試驗共3孔，檢查12個試驗段，其滲透系數試驗值(3.09～6.66)×10－7cm/s，均滿足不大于1×10－6cm/s的設計要求。壓水試驗成果見表2。

表2 大壩高壓旋噴灌漿防滲墻墻體現場鉆孔壓水試驗成果

根據芯樣抗壓、抗滲試驗結果，高壓旋噴防滲墻第89～90號孔搭接處樁號0+39.8混凝土芯樣抗壓強度代表值 2.9MPa，滲透系數為 3.65×10－7cm/s;第162～163號孔搭接處樁號0+072.7混凝土芯樣抗壓強度代表值3.0MPa，滲透系數為5.44×10－7cm/s;第229～23號孔搭接處樁號0+102.8混凝土芯樣抗壓強度代表值2.9MPa，滲透系數為4.71×10－7cm/s，均滿足設計要求。

6.2 大壩滲流分析

高壓旋噴防滲墻滲透系數采用K=1.0×10－6cm/s，計算斷面采用最大斷面進行滲流計算。

計算工況:

Ⅰ上游庫水位為正常蓄水位48.2m，下游無水。

Ⅱ上游庫水位為設計洪水位51.04m，下游無水。

Ⅲ上游庫水位為校核洪水位51.24m，下游無水。

Ⅳ上游庫水位為校核洪水位51.24m，降至死水位36.71m，下游無水。

經計算，大壩各工況滲流計算成果見表3。

表3 大壩加固前后各工況滲流分析

根據鉆探提供的地質勘察資料，壩身壓實土的臨界水力坡降［J破］=0.88，允許水力坡降［J允］=0.586，加固后大壩理論單寬流量和水力坡降均滿足規范要求，且比加固前小，說明單管高壓旋噴防滲墻效果明顯，防滲質量較好。

7 結語

布坑水庫大壩高壓旋噴防滲墻總進尺5979m，防滲面積2912m2，經檢測大壩滲漏系數小于1×10－6cm/s。實踐證明:該技術有效解決了壩體、壩基滲漏問題，且具有施工簡易、防滲效果好等特點，是類似水庫大壩防滲加固有效的措施之一。■

［1］ DL/T 5200—2004水利水電工程高壓噴射灌漿技術規范［S］．

［2］ 袁光裕，胡志根．《水利工程施工》［M］．第5版．北京:中國水利水電出版社，2009．