深層水泥攪拌樁在長林塢水庫大壩防滲加固中的應用

2020-07-03 01:16:16郭艷惠蘇交科華東浙江工程設計有限公司

珠江水運 2020年12期

郭艷惠蘇交科華東（浙江）工程設計有限公司

1.前言

水泥攪拌樁是通過特制的深層攪拌機，將軟土和水泥強制攪拌，并利用水泥和軟土之間所產生的一系列物理、化學反應，使土體固結，形成具有整體性、水穩定性和一定強度的水泥土樁。在土石壩工程中，通過多排水泥攪拌樁搭接布置，形成連續的防滲墻體，起到垂直防滲作用。深層水泥攪拌樁防滲墻具有可靠性好、施工場地適中，環境影響小、投資較少等優點在土石壩防滲加固方案中具有突出應用優勢。

目前，安徽、河南、新疆等地均有使用此方法進行土石壩防滲加固的工程實例，在浙江省目前還未有應用實例，本文以該工程為例，為浙江省內土石壩防滲加固設計提供參考。

2.工程概況

長林塢水庫位于德清縣莫干山麓莫干山鎮燎原村，喬莫線(09省道)北側庾村至南路的交界處，屬阜溪流域治理工程之一，是以灌溉為主的小（2）型水庫。水庫于1968年建成，主要建筑物由大壩、溢洪道、放水設施等組成。洪水標準按20年一遇洪水設計，200年一遇洪水校核。設計洪水位71.74m，校核洪水位72.11m，相應總庫容22.1萬m3。大壩為均質壩，壩頂高程為73.25m，壩高13.5m，壩頂長度115.0m。

大壩于1985年、2005年進行了2次除險加固。通過現場查看，在右壩段壩后發現面積18m×10m的滲水區域，右壩段壩基層存在含碎石粉質黏土，滲透系數較大，壩基及壩肩表層砂巖透水性較大，存在滲漏問題。后經水庫大壩安全認定專家組鑒定，水庫為二類壩，需要對水庫大壩等建筑物進行除險加固。

3.設計方案比選

目前國內對病險土石壩進行防滲加固處理常用方法有6種：套井黏土回填、高壓噴射灌漿防滲、上游坡面粘土防滲斜墻、壩體劈裂灌漿、混凝土防滲墻。水庫前2次加固均采用套井回填，并未徹底解決滲漏問題。本次加固在主汛期間施工，為防汛搶險工程，故粘土防滲斜墻方案不適合本工程，壩體劈裂灌漿可靠性不足，混凝土防滲墻投資太大。根據本工程特點深層水泥攪拌樁防滲墻與高壓噴射灌漿均是可行方案。本次設計對此兩種方案進行經濟技術比較。

3.1 深層水泥攪拌樁+壩基帷幕灌漿

3.1.1 深層水泥攪拌樁方案設計

（1）平面布置。根據地質勘查報告，大壩原套井土與壩殼土差異不大，為均質壩。Ⅰ層壩殼土為含礫粉質粘土，現場注水試驗滲透系數K=2.86×10-4cm/s～5.18×10-4cm/s，屬中等透水；Ⅱ層粉質粘土（套井土），現場注水試驗滲透系數K=1.69×10-4cm/s～7.37×10-4cm/s，屬中等透水。

根據壩體地質特征，深層水泥攪拌樁沿壩軸線布置兩排，樁中心距0.4m，搭接寬度0.2m，單樁直徑0.6m，防滲墻有效厚度0.80m。

（2）防滲墻有效厚度驗算。防滲墻最小厚度：

式中：S－最小防滲墻厚度

△H－防滲墻兩側水位差（m），根據滲流計算，ΔH=5.5m；

[J]－容許水力坡降，取50

防滲墻最小厚度S=5.5/50=0.11m，深層水泥攪拌樁防滲墻有效厚度0.80m＞0.11m，滿足要求。

（3）防滲墻深度。根據地質勘察報告，大壩壩基由Ⅳ層凝灰質砂巖及Ⅲ層含碎石粉質粘土組成。Ⅲ層含碎石粉質粘土，現場注水試驗滲透系數K=1.36×10-3cm/s～5.57×10-3cm/s，屬中等透水；弱風化基巖上部與強風化基巖接觸段現場注水試驗滲透系數K=8.04×10-4cm/s，屬中等透水，下部現場壓水試驗呂榮值q=6.99 Lu～8.17Lu，屬弱透水。強風化凝灰質砂巖及Ⅲ層含碎石粉質粘土均為中等透水，需處理。深層水泥攪拌樁防滲墻處理深度能穿透Ⅲ層含碎石粉質粘土，直達基巖，本工程實際處理最大深度為16m。

（4）壩體防滲布置。Ⅲ層含碎石粉質粘土由于含碎石較多，采用充填灌漿處理，灌漿壓力0.05MPa。

中間壩體樁號0+004～0+111m為深層水泥攪拌樁防滲墻，兩壩肩壩0+000.00～壩0+004.00m、壩0+111～0+115 m為明挖段，要求開挖至基巖，開挖邊坡1:1，設0.8m寬C20混凝土截水墻，截水墻兩側回填粘土壓實。截水墻下面亦進行帷幕灌漿。截水墻墻頭嵌入水泥攪拌樁中，形成防滲整體。

3.1.2 壩基帷幕灌漿

根據地質勘察報告結論：壩體與壩基接觸段，Ⅱ層套井土未回填至相對不透水層，ZK3號和ZK4號鉆孔顯示套井未坐落至基巖，ZK4號鉆孔顯示套井土坐落在殘坡積含碎石粉質粘土上部。根據注水試驗，Ⅱ層套井土與壩基接觸段以及Ⅰ層壩體土與壩基接觸段均為中等透水，防滲質量不滿足要求。因此大壩全軸線基巖進行帷幕灌漿以截斷滲漏通道。帷幕底部深入相對不透水層（≤8Lu）5m。

設單排帷幕灌漿孔，沿壩軸線布置，其中心線與水泥攪拌樁中心線重合。終孔距2m，總共布置灌漿孔65孔。