石門水庫砌石拱壩壩體防滲處理方案的探討

周 娟

(福建省建甌市水利水電技術推廣中心，福建 建甌 353100)

0 引 言

水庫滲漏是常見的病險問題，對工程安全產(chǎn)生的威脅較大，同時也將造成水庫效益下降[1-2]。我國早期修建的水庫受限于當時的經(jīng)濟、技術水平，水庫質(zhì)量較為低下，在長期使用過程中出現(xiàn)了不同程度的滲漏現(xiàn)象，對這一部分水庫進行除險加固工程設計是十分必要的[3-5]。

1 工程概況

石門水庫位于建甌市水源鄉(xiāng)王厝村境內(nèi)，是一座以灌溉、發(fā)電為主的綜合利用的小(2)型水庫。大壩為砌石單曲拱壩，壩頂高程444.10m，最大壩高18.00m，壩頂弧長為30.00m，其中左側非溢流壩段長度為6.5m，右側非溢流壩段長度為6.5m，中間溢流壩段長17.0m。

石門水庫大壩自1990年建成蓄水，壩面就開始發(fā)生明顯滲漏，且隨運行時間的延續(xù)，滲漏愈加嚴重，同時壩基也存在著滲漏問題。對大壩壩體進行補強灌漿，結合壩體的補強灌漿壩基進行帷幕灌漿，解決大壩及壩基滲漏嚴重問題。

2 石門水庫壩基防滲處理方案

2.1 壩基滲漏原因

由于石門水庫在早年修建，限于當時的工程技術條件，砌筑時C10細骨料混凝土振搗密實度達不到要求，塊石間縫隙沒填筑密實。從鉆孔巖芯發(fā)現(xiàn)局部壩體砌石質(zhì)量較差，存在空洞或蜂窩現(xiàn)象。根據(jù)表1中壩體段鉆孔壓水試驗數(shù)據(jù)，壩體透水率35 Lu≥q≥15 Lu，均>10Lu。與大壩下游壩面庫水滲漏現(xiàn)象相吻合。壩體不同高程上出現(xiàn)的漏水現(xiàn)象說明壩體存在滲漏問題。壩體鉆孔壓水試驗成果表，見表1。

表1 壩體鉆孔壓水試驗成果表

2.2 防滲處理方案

根據(jù)滲漏原因分析，大壩的防滲加固采用壩體單排補強灌漿+壩基帷幕灌漿。該方案是在壩頂灌漿沿大壩中軸線布置單排灌漿孔，灌漿范圍為整個大壩壩段，以及向大壩右岸外側延伸8m，向大壩左岸外側延伸4m，灌漿樁號為0-008-0+034，補強灌漿鉆孔至壩基以下8m(相對隔水層位于壩基以下5m)位置，補強灌漿兼做壩基帷幕，以增強壩基的防滲和壩體與壩基接觸面的防滲。方案造價相對較低，施工方法成熟，施工工藝較簡單，可以較徹底、可靠的處理好壩身因為施工質(zhì)量不足引起的滲漏問題，減少臨時工程的投入。

3 壩體補強灌漿的施工

3.1 壩體補強灌漿布置

為了減小鉆孔對壩體拱、梁的影響，灌漿孔布置應采用減少壩體背水坡鉆孔，充分利用灌漿有效范圍原則。結合壩體體形及壩體砌筑特點，壩體灌漿采用壩頂灌漿方案。壩頂灌漿沿大壩中軸線布置單排灌漿孔，灌漿范圍為整個大壩壩段，以及向大壩右岸外側延伸8m，向大壩左岸外側延伸4m，灌漿樁號為0-008-0+034，補強灌漿鉆孔至壩基以下8m(相對隔水層位于壩基以下5m)位置，將補強灌漿和壩基帷幕有效地結合，以增強壩基的防滲和壩體與壩基接觸面的防滲。灌漿孔距2.0m，最大孔深26m。壩體補強灌漿共布孔22個，總進尺436m。灌漿工序采用先檢查后灌漿的方式對壩體進行補強灌漿，分3序?qū)误w進行鉆孔、壓水試驗。第1序孔每隔8m鉆1孔，進行壓水試驗，若透水率<5Lu，對該孔進行封堵，不進行后序孔的操作；若透水率>5Lu則對該孔進行補強灌漿，并進行第2序孔的工作。第2序孔是在透水率>5Lu的第1序孔左右兩側4m處進行鉆孔及壓水試驗，若透水率<5Lu，對該孔進行封堵，不進行后序孔的操作；若試驗結果透水率>5Lu，則對該孔進行補強灌漿，并進行第3序孔的施工。第3序孔是在透水率>5Lu的第2序孔左右兩側2m處進行鉆孔及壓水試驗，若試驗結果透水率>5Lu，則對該孔進行補強灌漿；若透水率<5Lu，則對該孔進行封堵。

3.2 灌漿施工流程

施工順序是鉆孔——沖洗——壓水試驗——灌漿——質(zhì)檢。

1)鉆孔:本工程中灌漿采用150型鉆機，鉆孔施工要確保孔深、孔向、孔位符合設計要求，力求孔徑上下均一、孔壁平順。鉆孔開位位置與設計要求位置的偏差應控制在10cm以內(nèi)，孔深的允許偏差在25cm以內(nèi)。補強灌漿分3序?qū)误w進行鉆孔、壓水試驗。第1序孔每隔8m鉆1孔，進行壓水試驗，若透水率<5Lu，對該孔進行封堵，不進行后序孔的操作；若透水率>5Lu則對該孔進行補強灌漿，并進行第2序孔的工作。第2序孔是在透水率>5Lu的第1序孔左右兩側4m處進行鉆孔及壓水試驗，若透水率<5Lu，對該孔進行封堵，不進行后序孔的操作；若試驗結果透水率>5Lu，則對該孔進行補強灌漿，并進行第3序孔的施工。第3序孔是在透水率>5Lu的第2序孔左右兩側2m處進行鉆孔及壓水試驗，若試驗結果透水率>5Lu，則對該孔進行補強灌漿；若透水率<5Lu，則對該孔進行封堵。對鉆孔中發(fā)現(xiàn)的各種情況如混凝土厚度、失水、卡鉆、塌孔、斷裂結構等做詳細記錄，作為分析灌漿質(zhì)量的基本資料。

2)沖洗：鉆孔完成后必須將孔內(nèi)巖粉沖洗干凈，通過沖洗管用壓力水進行鉆孔沖洗。鉆孔沖洗可在鉆孔結束后，將鉆桿下到孔底，從鉆桿通入壓力水進行沖洗，沖洗待回水澄清10min后結束。沖洗水壓力可采用同段灌漿壓力的70%-80%，高壓壓水沖洗結束的標準可通過沖洗試驗確定。

3)壓水試驗：為進一步確定大壩的滲透特性，提供灌漿必要的技術參數(shù)，鉆孔時進行壓注水試驗。使用壓力為同段灌漿壓力的70%-80%，在預定壓力下，每隔一定時間記錄一次流量讀數(shù)，流量穩(wěn)定30-60min后，停止試驗，并計算單位吸水量。壓水試驗應自下而上分段進行，每段長度為5m。

4)灌漿：壩頂垂直灌漿分三序孔逐漸加密施工，第一序孔距8m, 第二序孔距4m, 第三序孔距2m，采用循環(huán)式灌漿方法進行分段灌漿。

灌漿材料主要以水泥為主，本工程采用的是42.5普通硅酸鹽水泥，水泥的細度為通過80μm方孔篩的篩余量不>5%。漿液起始水灰比采用5∶1，以后采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1。結束灌漿標準：在現(xiàn)場確定的灌漿壓力下，灌漿段已停止吸漿或吸漿量<0.4L/min，并持續(xù)30min以上時；在規(guī)定的壓力下，吸漿量徘徊在1.0L/min的時間達1h以上。

壩體補強灌漿孔全孔灌漿結束以后立即進行封孔，大壩補強灌漿孔采用“全孔灌漿封孔法”封孔。封孔時,利用原灌漿管灌注水灰比為0.5∶1的新鮮濃漿，將孔內(nèi)余漿置換成濃漿，直至孔口返出0.5∶1的濃漿，上提灌漿管，并不斷灌入0.5∶1的濃漿。再將阻塞器阻塞在孔口，進行灌漿封孔，灌漿封孔壓力采用該孔的最大灌漿壓力，灌漿持續(xù)時間≥2h。

5)質(zhì)檢：詳細做好灌漿施工記錄，嚴格灌漿施工工藝控制，灌漿結束后進行專門的質(zhì)量檢查，在壩體軸線上隨機指定布置3個檢查孔，并對檢查孔進行壓水試驗，壩體透水率均≤5.0Lu；芯樣進行抗壓強度及滲透系數(shù)檢測，芯樣滲透系數(shù)檢測結果均滿足要求。

表3 壩體鉆孔壓水試驗成果表

表4 補強灌漿芯樣抗壓強度、滲透系數(shù)檢測

3.3 補強灌漿施工技術要求

1)鉆孔：鉆孔采用150型鉆孔。鉆孔沖洗：鉆孔達到設計深度后，應采用清水沖洗鉆孔，直至回水澄清無砂和巖粉為止。

2)灌漿壓力及漿液變換：灌漿壓力是影響灌漿質(zhì)量的重要因素，一般建議取0.2-0.4Mpa。漿液起始水灰比采用5：1，以后采用3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1。

3)稠度變換的原則是：當某一比級漿液的灌入量已達300L以上或灌注時間已達1h，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應改濃一級。

4)結束灌漿標準：在現(xiàn)場確定的灌漿壓力下，灌漿段已停止吸漿或吸漿量<0.4L/min，并持續(xù)30min以上時；在規(guī)定的壓力下，吸漿量徘徊在1.0L/min的時間達1h以上。

5)灌漿材料：灌漿材料主要以水泥為主，灌漿漿液的濃度應由稀到濃，逐級變換。

6)局部透水率高的部位根據(jù)需要加密灌漿孔。

3.4 特殊情況處理

灌漿過程中，發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿時，根據(jù)具體情況可采用嵌縫、表面封堵、限壓、濃漿、限流、限量灌注等方法處理。

鉆灌過程中發(fā)現(xiàn)串通時，先查明串通部位和串通量，如與混凝土構造分縫、混凝土孔隙等串通時，立即停灌并進行封堵。如與其它灌漿孔串通，具備條件時盡量將串通孔和被串通孔同時灌注，被串通孔不具備灌漿條件時，在其串通部位上方0.5m-1m處將串通孔阻塞住，灌漿孔灌漿結束并待凝24h后，再進行串通孔的掃孔、沖洗、鉆進及灌漿。

石門水庫壩體補強灌漿過程中背水坡存在多個點位冒漿現(xiàn)象，對冒漿不是很嚴重的壩段，采用的是表面封堵方案來處理。對漏冒嚴重、耗漿量較大的壩段，采用了降低灌漿壓力、增濃漿液、表面封堵、待凝、間歇灌漿等一整套綜合處理措施。

4結 論

石門水庫砌石拱壩壩體滲漏防滲處理于2020年 9月開始施工，11月施工結束，2021年4月蓄水， 經(jīng)過幾個月運行并觀測，水庫大壩漏水現(xiàn)象得到了有效控制。從現(xiàn)場看大壩背水坡在加固前存在大面積濕坡的現(xiàn)象，現(xiàn)已消失，由此可見，此方法防滲效果較好，而且施工方法較簡單、造價低，特別適合山區(qū)，偏遠地區(qū)，尤其是交通極不方便的小型水庫的防滲處理。