多頭小直徑攪拌樁防滲墻在水庫大壩加固中的防滲效果

鮑海兵 周 巍 王 鑒

水庫運行中，因為自然因素、維修養護等的影響，容易出現比較嚴重的病害，這些病害的存在會影響水庫運行的穩定性和安全性。以某水庫為例，考慮其運行中存在的病害，當地水利部門對水庫進行安全鑒定后，決定采取相應的措施來實現水庫的除險加固。多頭小直徑攪拌樁防滲墻在水庫大壩加固中的應用，能夠取得理想的防滲加固效果，本文對其防滲效果進行分析和探討。

一、工程概況

某水庫周邊河流密布，總流域面積達到23.40km2。水庫所處區域降水充沛，無霜期較長。區域年均降水量為1110.6mm，最大值為2040.1mm，最小值為376.4mm，因為季風活動以及臺風、熱帶風暴等的影響，降雨量年際差異較大，年內分布不均勻，5—9月多年平均降雨量達到714.2mm，約占全年降水量的64.3%

水庫水位和庫容的特征參數如表1 所示。

表1 水庫水位和庫容特征參數表

二、水庫安全鑒定結果

（1）壩頂高程能夠滿足設計防洪需求，在抗滑和抗震能力方面優秀，不過主壩背水坡發生過相應的滑坡病害，在水位相對較高的情況下，部分壩坡會出現滲水的問題，背水坡的排水不夠通暢，東副壩背水坡坡比相對不足。

（2）溢洪閘整體安全性可以滿足要求，不過結構老化比較嚴重，尤其是混凝土結構更是出現了嚴重的碳化現象，底板結構的抗彎強度也無法很好地滿足相關規范的要求，上下游翼墻存在開裂問題，可以看到通長垂直裂縫，下游泄洪槽的勾縫出現了嚴重剝落，海漫部分坍塌，下游拐彎段防護缺失，影響了洪水下泄的安全性。

（3）主壩涵的封堵不夠徹底，存在一定的安全隱患，西涵進口位置的護砌相對不足。

（4）溢洪閘鋼閘門運行正常，1#電機和啟閉機無法很好地滿足運行要求，高涵鋼混閘門存在漏水問題，啟閉機出現了嚴重的銹蝕。

（5）大壩沒有配備完善的安全監測設施，測壓管失效。

針對這些問題，專家給出相應的運行管理和除險加固建議：

（1）針對壩體進行必要的除險加固工作，具體內容包括防滲、防護和排水。

（2）對非常規溢洪道運用的可行性進行分析論證，拆除不符合要求的溢洪閘，重新設計建設。

（3）主壩導流涵需要拆除回填，西涵進水口設置相應的防護措施。

（4）增加一些必要的管理設施。

（5）做好運行管理，拆除影響大壩運行安全的建筑物。

三、多頭小直徑攪拌樁防滲墻的應用

該工程本身屬于除險加固工程，因此總體布置基本維持現狀，針對西副壩非縣道段的溢洪道進行封堵，拆除現狀溢洪閘，通過擴建的方式來實現原有功能。原址拆建后，設置3 孔溢洪閘，每孔凈寬為3.5m。維持溢洪道軸線不變，可以將其分為上游連接段、控制段、一級緩坡段、一級陡坡段、一級消力池、二級陡坡段、二級消力池和下游出水渠，全長457m。主壩防滲采用了雙管法高壓旋噴樁。本文主要針對東副壩防滲中多頭小直徑攪拌樁防滲墻的應用進行分析和探討。

1.防滲設計

在對東副壩進行防滲設計的過程中，采用多頭小直徑深層攪拌樁技術，攪拌樁設置在東副壩壩軸線偏上游約1.0m 的位置，樁體直徑為0.4m，搭接長度為0.1m，樁中心距為0.3m，最小成墻厚度為0.265m。樁底深入到粉質黏土層，較背水坡壩腳位置的高度低至少1.5m。為了保證施工質量，為施工管理工作提供便利，分段拉平樁底，攪拌樁的數量一共是1127 根，總長度8050.90m，防滲面積可以達到2414.65m2。溢洪閘周邊使用10%水泥土進行回填，頂部高程為58.40m。多頭小直徑攪拌樁防滲墻需要延伸到溢洪閘周邊回填水泥土中，深度不低于5.3m，和溢洪閘形成相應的防滲封閉。

結合該工程的實際情況，多頭小直徑攪拌樁的相關技術指標為：（1）固化劑使用42.5 普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量為8%～15%；（2）相鄰墻體施工間隔不能超過24h，墻體厚度不能小于0.3m，成墻深度在4～8m 的范圍內；（3）防滲墻墻體的垂直度誤差不能超過H/300，H 表示設計墻深，墻頂中心線的允許誤差為±30mm；（4）墻身偏差不能超過200mm，墻體滲透系數為10-6cm/s。

2.技術應用

在對多頭小直徑攪拌樁防滲墻技術進行應用的過程中，需要對滲透系數、大壩荷載等參數進行計算，確定好具體的成墻工藝流程，并且明確施工技術要求。

（1）滲透系數分析

滲透系數分析需要考慮不同工況的不同要求，保證分析結果的真實性和準確性。具體分析成果如表2 所示。

表2 滲流穩定分析地質資料采用表

（2）壩體荷載計算

工程中，汽車荷載等級為公路-Ⅱ級，車輛荷載效應為公路-Ⅱ級汽車荷載，可以將汽車荷載折算為等效均布荷載，相應的計算公式為：

式中：B 表示計算寬度，取值為13m；l0表示計算長度，取值為2.4m。計算后得到q汽的值為12.34（kN/m）。

（3）成墻工藝流程

一是應該嚴格按照相應的設計圖紙，做好測量放線工作，確定好防滲墻的軸線；二是對將要進行防滲墻施工的區域，開挖相應的導流溝，導流溝的寬度和深度控制在0.8m 和1.0m，在對導流溝進行開挖的過程中，需要清理遇到的地下障礙物；三是確定好機械行走作業面的承載力，做好必要的加固工作；四是應該設置好相應的鉆孔標志，確定好每一鉆的位置，并且使用平面幾何方法，確定好每一次移動后樁機底盤所處的位置；五是將主機移動到設計鉆孔位置，將樁機調正，確保其能夠對準孔位；六是啟動攪拌機送漿，鉆頭觸底后啟動鉆機，在鉆進過程中，必須保證孔口始終可以看到翻滾的水泥漿；七是鉆頭抵達樁底高程所處位置后，應該提鉆攪拌，噴漿到孔口位置。重復上述步驟，最終完成全部的施工注漿作業。

（4）施工技術要求

①交通：進出場道路和橋梁必須能夠安全通過10t的卡車。

②施工場地：施工場地必須保持平整，壩頂寬度不能低于4.0m，場地內地下不能存在包括塊石、樹根和地下管線等在內的障礙物，空中建筑或者高壓線路如果需要跨越施工現場，則與地面距離不能低于25m。

③水灰比：水灰比可以依照土層性質、孔洞裂隙情況等，通過現場施工情況進行確定和修正，該工程中水灰比為0.45～0.50。

④接頭處理：對于要求搭接的樁孔，樁與樁的搭接間歇時間不能超過24h，如果因為特殊原因超出這個時間，需要對最后一根樁搭接位置進行空鉆，留出榫頭，等待下一批樁的搭接。

四、結語

經理論計算以及實際測量，本次防滲加固工程的效果良好，能夠滿足設計要求。對比防滲加固前，壩基滲透比下降明顯，滲流量有所減少，出逸點的數量也在減少。從施工單位和技術人員的角度，應該對多頭小直徑攪拌樁防滲墻技術的應用經驗進行總結分析，解決其中存在的問題，提升防滲加固的效果