兩種防滲措施在瓦山水庫除險加固工程中的設計應用

二十世紀五六十年代我國掀起水庫建設熱潮，由于處于特定的歷史條件，無施工要求，未清基或清基不徹底，未分層填筑碾壓，后期加高培厚也未按碾壓式土壩技術要求施工，致使壩體土質雜亂，不密實，大壩滲漏比較嚴重。

一、工程概況

瓦山水庫地處滁州市全椒縣馬廠鎮，馬廠河的支流的上游，屬長江流域滁河水系。其正常蓄水位80.5m，設計洪水位82.01m，校核洪水位82.67m，集水面積5.3km2，總庫容383萬m3，是一座以灌溉為主，兼有防洪、養殖等綜合利用功能的小（1）型水庫。大壩壩頂高程83.0m，最大壩高15.3m，壩頂長度230m，水庫下游有援朝壩、馬廠鎮、合寧高速公路、寧西鐵路及312 國道，地理位置十分重要。

二、工程地質情況

根據地質勘探資料，在加固范圍0+000～0+230整個壩段內從壩頂至壩基為：0 層壩身人工填土，以重粉質壤土夾碎石為主，壩身填土厚度為9.1～14.6m，相應高程為68.65～74.50m。現場鉆進時漏水嚴重，鉆孔中經常發現較大漏水通道。鉆孔注水試驗成果表明，試驗深度0～4.0m時，壩身滲透性較小，為1.0×10-5cm/s，試驗深度4.0～8.0m，滲透系數較大，為1.0×10-3cm/s，屬中等透水性。壩身填土平均滲透系數為5.0×10-3cm/s，不滿足《設計導則》中對均質土壩防滲體壓實后的滲透系數不大于1.0×10-4cm/s的要求。根據現場調查，壩基（樁號0+060-0+110、0+140-0+180）長期滲漏，導濾砂溝淤堵失效，二級平臺上樁號0+050-0+090、0+170-0+190 兩段長年呈沼澤狀，1991年和2003年兩次大洪水期間，局部壩段滲流出逸點高達79.8m，僅比正常蓄水位80.5m 低0.7m。以上情況說明，壩身土質結構較松散，抗滲能力較差，給大壩安全運行帶來一定隱患。

勘察范圍內主要揭露壩基地層為絹云石英千枚巖強風化、絹云石英千枚巖中等風化及絹云石英千枚巖微風化。現自上而下分述如下：①1絹云石英千枚巖強風化：灰白色，中粗砂狀，濕，含石英、云母等礦物質，呈稍密～中密狀，層厚0.4～1.6m，層底高程在67.05～73.50m。①2絹云石英千枚巖中等風化：灰白、青灰色，較破碎，裂面粗糙，含云母、石英，呈硬～堅，層厚1.1～2.0m，層底高程65.35～72.40m。①3絹云石英千枚巖微風化：青灰，破碎，裂面粗糙，呈堅，該層未揭穿。已揭露最大厚度3.7m，最深層底高程61.65m。

三、大壩防滲加固

1.防滲加固范圍

從壩身質量檢查資料表明，筑壩填土無質量標準。故在運行期間，壩身普遍存在滲漏，壩基壩身結合部處理較差或未做處理，通過滲流計算分析并結合大壩運行情況，瓦山水庫大壩的壩體浸潤線甚高，下游壩坡出逸點高程基本在76.0～77.4m左右，最高高出地面6.8m，且無任何防護措施，對下游壩坡的滲透穩定和抗滑穩定均有嚴重威脅，危及大壩安全運行。因此需對大壩全壩段進行防滲加固處理，即從樁號0+000～0+230，全長230m。

2.壩體、壩基防滲加固措施

由于該壩壩體存在嚴重的滲漏問題，根據瓦山水庫的工程現狀，結合目前土石壩防滲加固技術，以及已建工程經驗，防滲處理采用垂直防滲技術，本次防滲加固方案經過多種方案經濟技術比較，最終選定多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻。考慮到右壩肩繞滲的問題，采用帷幕灌漿處理。

（1）多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻

多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻技術，是運用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機把水泥漿噴入土體，同時鉆頭旋轉攪拌，使噴入土層的水泥漿液與原土粒充分拌和在一起，形成抗壓強度比天然土強度高得多，滲透系數較小，并具有整體性、水穩定性的樁柱體。將樁柱體互相搭接連成一列，形成連續墻體起到截滲作用。

多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻，該技術成墻價低，取材方便，施工速度快，施工工序少，工效高，成墻耐久性好，且不受庫水位的影響。該技術在長江大堤和淮河大堤上得到廣泛應用，有較成熟的經驗，取得了較好的經濟效益和社會效益。

①方案布置

截滲墻布置于壩頂中軸線上，由于墻體強度較大，考慮到壩頂要修建路面，為防止不均勻沉陷，截滲墻頂高程定為82.7m。墻體穿過壩身重粉質壤土，伸入壩基不透水或弱透水層2.0m，形成一道完整的防滲體系，以控制壩體滲流，降低壩體浸潤線，防止壩體產生滲透破壞，墻底高程在66.5～73.5m，最大成墻深度約16.2m。

②施工機械的選用

選用轉盤式ZCJ-25型多頭深層攪拌樁機。該機有3～5個頭，根據已完工程經驗，選用5個鉆頭，一個工藝流程可形成一個單元防滲墻。鉆桿間距為320 mm，鉆桿之間帶有連鎖裝置。

③截滲墻厚度及孔徑

截滲墻厚度按公式T=ΔH/[J]計算。

式中：

T—最小防滲墻厚度（m）；

ΔH—最大上、下游水頭差（m）；

[J]—截滲墻允許水力坡降，參考相關資料取60。

上、下游最大水位差取14.17m，經計算得T =0.24m，考慮到施工可能帶來的垂直偏差，選用樁徑為400mm，搭接處理論最小成墻厚度142mm，樁間最大搭接30mm，若施工造成的樁體傾斜度控制在0.4%以內，單元間樁最大搭接30mm+0.4%H（H—防滲墻深度）可滿足截滲墻厚度的要求。

④造孔方法及施工參數

根據所選機型特點，施工時先完成1 單元5 孔造墻，然后再進行下一單元5 孔造墻，以此類推實現全壩段防滲造墻，單元與單元之間搭接厚度要滿足施工造成的樁體傾斜度要求。根據工程實際情況初步選定施工參數見表1。具體實施時可通過現場試驗和室內試驗進一步認證參數的合理性，質量檢查時通過開挖檢查、取芯試驗、注水實驗、超聲波檢測等方法來檢驗防滲墻的防滲效果是否達到設計要求。

綜上所述，采用多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻，選用轉盤式ZCJ-25型多頭深層攪拌樁機。截滲墻底部深入壩基絹云石英千枚巖強風化2m，頂高程82.7m，最大成墻深度16.2m，成墻最小厚度24cm。

（2）帷幕灌漿

①防滲標準

a.深度：根據《碾壓式土石壩設計規范》的有關規定，基巖相對不透層透水率宜為5Lu。基巖防滲帷幕灌漿的目的是封堵基巖裂隙滲漏通道，降低壩后承壓水頭，防止產生滲透破壞，防滲灌漿帷幕下限依照勘探孔資料深入透水率q ≤5.0Lu以下5m弱透水層。

b.孔排距：設計帷幕為單排孔，孔距2.0m，分三序施工。鉆孔為鉛直孔，鉆孔直徑不小于56mm。

c.灌漿壓力：工程設計灌漿壓力為0.6MPa，閘基和基巖接觸段可適當降低灌漿壓力。

d.灌漿方式和方法：灌漿方式為循環式。灌漿方法為自下而上灌漿法和綜合灌漿法。

e.灌漿材料：結合工程的實際情況，灌漿采用P.0.32.5 普通硅酸鹽水泥。

f.漿液變換：按自稀變濃原則，漿液配比采用重量法配制，即：5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1。

g.封孔：全孔灌漿結束，采用“置換和壓力灌漿封孔法”或“壓力灌漿封孔法”，排除孔內稀漿，將全孔封填密實。

②防滲帷幕灌漿線路布置

防滲帷幕灌漿線路布置以滿足防滲要求、線路短、施工難度小、工程量小為原則，同時考慮與壩體防滲的可靠銜接。壩基防滲主要結合壩體防滲，防滲墻最大埋深22.5m，故采用沿多頭小直徑防滲墻軸線上游側鉆孔布置防滲灌漿帷幕方案，樁號范圍0+000～0+040。

表1 多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻施工參數表

③帷幕灌漿與多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻的連接

帷幕灌漿主要處理壩基與壩身結合部位，與多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻重疊1.0m，保證防滲的連貫性。大壩防滲縱剖面圖見圖1。

四、結語

圖1 大壩防滲縱剖面圖

（1）本次大壩防滲加固后，經過采用河海大學工程力學·南京水準科技有限公司開發的AutoBANK有限元計算軟件程序進行計算分析，防滲墻后壩體浸潤線降低很多，有利于壩體穩定，出逸滲透比降也較加固前有明顯下降。根據實地勘察，瓦山水庫正常蓄水位時大壩滲流出逸點高程71.2m，較防滲加固前出逸點高程76.0m 下降了4.8m，防滲效果明顯。

（2）多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻防滲技術是一門新的截滲技術，具有工效高、成本低、施工安全等特點，可以保證水庫正常蓄水的情況下施工，即使在汛期也不影響施工。

（3）多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻深度有所限制，且難以進入基巖，因此采用帷幕灌漿與之配合使用能起到更好防滲效果，確保了工程效益的正常發揮■