高噴灌漿技術在郭堡水庫防滲施工中的應用

杜寶禮

（太谷縣郭堡水庫管理處，山西 太谷 030800）

1 工程概況

郭堡水庫位于太谷縣城東北35 km處，汾河支流的小西溝、佛峪溝與象峪河匯合處，地處范村鎮王公村，屬黃河流域汾河水系。水庫于1958年動工興建，經兩次加固改造擴建，現設計標準為50年一遇洪水設計，1 000年一遇洪水校核，總庫容3 110.7萬m3，是一座以防洪、灌溉為主的中型水庫。

樞紐工程包括大壩、溢洪道、泄洪洞、輸水洞四部分。大壩為碾壓式均質土壩，最大壩高40 m，壩頂長730 m，壩頂寬4 m，現壩頂為混凝土路面。在壩頂和岸坡不同高程，布設13孔壩體壩基浸潤線測壓管和22個位移觀測樁。溢洪道位于大壩左端，系開敝式，凈寬21 m，泄槽長126.3 m，出口采用挑流消能，最大泄量1 313 m3/s。泄洪洞位于大壩左側的山體巖石中，包括引渠、壓力洞、豎井、無壓洞、明渠及挑流段，內設4 m×4 m的工作閘門和檢修閘門各一個，閘室前為圓形混凝土有壓隧洞，內徑3.5 m，全長409 m，最大泄量151.6 m3/s。新建輸水洞位于泄洪洞左側，全長262.9 m，包括引渠段、進口段、控制段、洞身段和出口控制閘室。進口段為鋼筋混凝土方洞，斷面1.5 m×1.5 m；控制段為進水塔，設平板檢修閘門；洞身段為直徑2 m的有壓圓洞內襯1 m的鋼管，管外回填混凝土；出口控制閘室設DN 1 000手電兩用工作閘閥，設計流量8.2 m3/s。

2 問題處理與現狀

1985年對溢洪道右側墻（大壩樁號0＋000—0＋120段），進行了充填和劈裂灌漿；1987年6月對大壩右側黃土臺地（0＋376—0＋734）段，對砂礫石層進行了高壓定噴灌漿防滲處理。1988—1989年對溢洪道進口前沿及右側墻進行了高噴防滲處理，并向壩體延伸了120 m，與左壩段防滲墻形成連續防滲體。并對右側墻扶臂底板以上進行了充填灌漿。1991—1992年對左壩端0＋042—0＋216.2段，進行了壩基高噴防處理，大壩0＋216.2—0＋376段壩基未作處理。2009年郭堡水庫進行了除險加固工程，對大壩壩基松散覆蓋層和部分基巖，進行了高噴灌漿防滲處理，灌漿范圍為樁號0＋360—0＋650段，灌漿軸線位于壩軸線上游100 cm處。

根據上述情況可知，歷次防滲墻軸線不一，壩基沒有形成一道完整的防滲墻，其中在樁號0＋216.2—0＋261之間壩基未進行過防滲處理，大壩樁號0＋376左右迎水坡和背水坡各有一道平行于壩軸線的防滲墻，兩道防滲墻間隔20m左右，也不連續。整個防滲墻存在很大的滲漏通道，不能有效地起到防滲的作用。右壩肩存在繞壩滲漏，且滲漏量較大。

3 應急專項除險加固工程高噴灌漿設計

根據上述情況，本次設計高噴防滲墻共三部分：

一是將建壩時的截水墻與1987年及1990年的兩道壩基防滲墻中未連續的兩段松散層進行高噴灌漿處理，使之形成一道完整的防滲墻。

二是對2009年水庫除險加固時右壩段0+360—0＋650 m高噴灌漿防滲墻向右延伸，將右肩松散層全部進行高噴灌漿處理。

三是在0＋000以左，溢洪道附近有一小段松散層未進行過高噴灌漿，為保證截水墻的連續性，此次設計也進行灌漿處理。

圖1 高壓噴射灌漿設計方案示意圖

灌漿底線深入基巖1 m，灌漿頂伸入壩體2 m，但不高于947 m，參考已建的類似工程，高噴單排布孔，分三序，呈折線型連接，要求形成的防滲體厚度不小于0.2 m（見圖1）。灌漿材料P.042.5普通硅酸鹽水泥。

初步擬定灌漿指標：孔距1.4 m，擺角30°，水壓35～40 MPa，水量75 L/min，氣壓大于0.6 MPa，氣量6～80 L/min，漿壓0.2～1.0 MPa，漿液比重1.5～1.6 scm3，提升速度5～10 cm/min，旋轉速度6°/s。具體指標通過施工前的試驗確定，施工質量采用圍井方式進行檢驗。

4 高噴灌漿施工

高噴灌漿為單排布置，孔距1.4 m，采用先疏后密、中間插補的三序孔施工，按照圖2所示的施工流程進行施工。施工采用150型地質鉆機鉆機造孔，HB 80/10型泥漿泵制漿，灌漿采用高噴臺車，配YV 6/8型37 kW空壓機和3 XB型75 kW水泵，用WJTG-80型攪漿機進行攪制漿液，灌漿材料按配比由進料斗送入攪漿筒內，由灌漿泵將攪制好的漿液灌入地層。當噴射管下到設計深度，定位噴射方向，送入合乎要求的水、氣、漿，待注入漿液冒出后，按預定好的提升擺動速度，自下而上邊噴射邊擺動邊提升，直到設計高度。高噴灌漿按三序施工，相鄰兩孔施工間隔不得低于3 d。灌漿結束后，要進行必要的檢驗。施工質量采用圍井方式進行檢驗，圍井設2處。

圖2 高噴灌漿施工流程

5 施工質量檢驗

對防滲墻施工過程中的施工工序和施工參數，要按照設計要求嚴格檢查記錄，施工結束后30 d，還要進行圍井注水試驗、鉆芯檢測等。對灌漿壩段進行分段檢測，圍井的布置根據監理方要求進行，共分為5個部分，圍井布置形式如圖3所示，新灌漿孔漿液凝固不少于28 d。

圖3 圍井的布置形式

在圍井中心鉆質檢孔，采用清水鉆探，孔口設置護孔管，鉆孔完成后進行注水試驗測定圍井的滲透性，試驗結果如表1所示，可見防滲墻施工后滲透系數大幅減小，達到了防滲墻的設計滲透系數的要求，高壓噴射灌漿效果符合預期，灌漿效果良好。

對于防滲墻的連續性和厚度，在防滲墻中心線方向布置了3條測線，垂直測線方向布置了12條測線，進行地質雷達檢測。結果表明防滲墻的連續性較好，在垂直深度范圍內較連續，防墻形態為雙向齒形，防滲墻最厚處達0.73 m，最薄處為0.17 m，平均厚度0.39 m。

對于防滲墻體的強度，在第二部分和第三部分防滲墻交叉部位，鉆取了墻體樣品，進行室內抗壓強度、變形模量、飽和抗剪強度和塊體密度等試驗，結果如表2所示。

防滲墻體強度的試驗結果在不同地層中符合設計要求。綜上高噴灌漿防滲墻體的質量較好，滿足設計要求。

表1 圍井注水試驗結果

6 結論

通過對郭堡水庫存在問題和歷次處理情況的調查，對應急專項除險加固高噴灌漿進行了設計，采用單排布置，孔距1.4 m，采用先疏后密、中間插補的三序孔高噴灌漿設計方案，并進行了施工，施工結束后對高噴灌漿形成的防滲墻體進行了注水試驗、地質雷達檢測和取芯檢測，達到了防滲墻的設計滲透系數要求，防滲墻的連續性較好，在垂直深度范圍內較連續，平均厚度0.39 m，防滲墻體的質量較好，高壓噴射灌漿效果符合預期，灌漿效果良好。

表2 防滲墻體鉆孔取芯試驗結果