充填灌漿在仰義水庫應急工程中的應用

袁 慧，羅兆鵬，夏 瓊

（1.溫州市水利電力勘測設計院有限公司,浙江 溫州 325000；2. 四川科津工程咨詢有限公司溫州分公司,浙江 溫州 325000；3.鹿城區農業農村局,浙江 溫州 325000）

1 工程概況

仰義水庫位于溫州市鹿城區仰義街道,距市區14 km,壩址以上集雨面積11.5 km2,主河道長5.1 Km,河道平均坡降2.18%。水庫正常蓄水位72.20 m,正常庫容913.3 萬m3,校核水位75.59 m,總庫容1158.3 萬m3。水庫是一座以防洪、供水為主,兼顧灌溉等綜合利用的中型水庫,工程等別為Ⅲ等,主要建筑物級別為3 級。水庫主要建筑物由主壩、副壩、溢洪道、輸水隧洞等組成。

水庫主壩為粘土斜墻壩,最大壩高40 m,壩頂高程為77.5 m,壩頂長106 m,寬4.5 m,防浪墻頂高程為78.5 m。

水庫副壩為粘土斜墻壩,最大壩高12.3 m,壩頂高程77.52 m,壩頂長度54 m,寬4.0 m。

溢洪道為開敞式溢洪道+1 孔控制閘,總凈寬25.2 m,其中開敞式溢洪道堰頂高程72.2 m,寬23 m。控制閘寬2.2 m,閘底高程70.2 m,閘門高2 m。

輸水隧洞位于主壩右岸,由進水口、洞身、出口等部分組成。隧洞進水口為斜坡式,進水口設有4 孔,其中2 個孔口尺寸為φ900,中心高程49.4 m,其后接洞身。另兩孔進口高程57.9 m,孔口尺寸0.5 m×0.5 m,兩孔進口進入洞后均接入同一根φ500鑄鐵管,鑄鐵管埋于隧洞底部。

2 水庫大壩安全鑒定結論

仰義水庫主壩左壩肩在59.0 m~68.0 m高程處的滲透系數為1.0×10-2cm/s,填土屬強透水帶,大壩填土滲透系數不滿足規范要求。2019 年大壩安全鑒定時大壩滲流安全評定為“B級”,大壩綜合安全評價為“二類壩”,要求仰義水庫水位控制在68.0 m以下運行,并建議對大壩防滲體進行相應的加固處理,保證大壩的結構安全。

3 事件發生的相關經過

由于連續長時間的降雨,2021 年5 月19 日仰義水庫現場巡查人員于水庫大壩上游左壩肩的第一級馬道上方,高程約68.0 m處,發現干砌塊護坡的砌石出現松動現象,巡查人員用腳踩踏后塊石下沉出現一個較大的塌坑,塌坑呈亞圓形,塌坑頂約為長2.5 m、寬約2.5 m,塌坑底部長約4.0 m、寬約5.0 m,塌坑深約4.5 m,見圖1。

圖1 水庫上游塌坑現場照片

水庫上游壩坡出現塌坑后,水庫管理單位組織對水庫的塌坑進行回填處理并進行應急充填灌漿以保證水庫大壩的安全度汛并為水庫后續的除險加固的設計工作贏得寶貴時間。

4 充填灌漿設計

水庫應急充填灌漿工程共布置三排灌漿孔,第一排布置在上游壩坡第一級馬道上,高程約67.3 m；第二排布置在距第一級馬道下游側12 m,高程約71.8 m,第三排布置在距第二排灌漿中心線下游7 m處。第一排布置灌漿孔65 個,第二排布置灌漿孔13 個,第三排布置灌漿孔15 個,三排共布置灌漿孔83 個。灌漿分三序進行,孔距為1.0 m,第一序孔距4.0 m,第二序孔距4.0,第三序孔距2.0 m,灌漿孔底高程約且以基巖面進行控制,灌漿壓力（表孔壓力）不大于0.08 MPa,對每孔進行分段灌漿,每段長9 m~10 m,每段的灌漿壓力可通過試驗進一步確定。

圖2 第一排充填灌漿孔布置縱剖面圖（馬道位置處）

圖3 第二排充填灌漿孔布置縱剖面圖（馬道上游12 m位置處）

4.1 灌漿工藝

（1）鉆孔

本次充填灌漿共布置83 個孔,共3 排,鉆孔孔底高程以基巖面進行控制,鉆機孔徑75 mm,終孔孔徑不小于50 mm,造孔按三序孔進行,造孔應保證垂直,灌漿孔位置偏差小于l0 cm,鉆孔應保持垂直,傾斜度不大于孔深的2%,當孔深小于30 m或孔深小于30 m,但壩體內有大量砂礫石時,可采用泥漿護壁鉆進,每孔宜下套管,套管下至最低灌漿段的頂部,灌漿孔的孔口處應做好保護,防止塌孔。

（2）灌漿材料與漿液

充填灌漿材料為粘土水泥漿,配合比按照重量設計要求為粘土80%,水泥20%,水泥為42.5#的普通硅酸鹽水泥,漿液密度為1.3 g/cm3~1.6 g/cm3。灌漿壓力一般控制在0.08 MPa以內。灌漿配比采用1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1四個等級,可通過灌漿對比試驗進行優化。

表1 漿液各種配比容重表

（3）土料要求

本工程土料采用粘土或者粉質粘土,其性能指標見表2。漿液性能指標見表3。

表2 灌漿土粘性能指標要求

表3 灌漿漿液物理力學性能要求

采用專用機械進行制漿,在攪拌過程中應先清除大顆料和相關雜物,保證土料的可靠性,在灌漿前利用濾篩進行過濾。

制漿過程中漿液密度、輸漿量應每小時檢測1 次,漿液的穩定性和自由析水率每10 d檢測1 次,如漿料發生變化,應隨時增加檢測頻率。

（4）灌漿壓力及方式控制

本次灌漿采用分段灌注方法,由下至上,本次孔深約29 m,每段長9 m~10 m,每孔宜下套管,套管下至最低灌漿段的的頂部。灌漿時,應先灌一序孔,后灌二序孔,再灌三序孔。初灌時,孔口壓力初定為0.08 MPa（可根據灌漿試驗調整）,泥漿密度選擇在1.3 g/cm3~1.4 g/cm3之間,應分段設置不同的灌漿壓力,灌漿前必須先做灌漿試驗。根據灌漿試驗以及吃漿量的大小改變灌漿壓力及泥漿密度。

在灌漿過程中如發現吸漿量比較大時,周圍可能存在孔洞區域,應及時跟設計人員溝通,采取相應的措施或者對周邊進行加強灌漿。

（5）復灌和終灌

灌漿后,由于泥漿原干縮,灌漿孔上段會進行收縮,為了灌滿,需進行復灌,復灌采用濃度較大的泥漿,復灌的時間在初灌后5 天,復灌次數為2 次,兩次灌漿的時間間隔不少于3天。

結束灌漿控制：①采用分段多次灌漿,漿液已經灌注至孔口,經過多次復灌,且孔口不再吃漿為準。②灌漿孔的表孔灌漿孔口壓力略大于設計壓力,且保持5 min壓力不下降。

（6）封孔

當灌漿結束后,采用濃漿進行封孔,封孔漿液密度應大于1.5 g/cm3,并進行多次灌注,直至灌滿為止。

4.2 灌漿質量檢查

應急充填灌工程于2021 年7月19日開始施工,2021 年10月4 日完成。根據施工過程記錄表、以及相關的第三方單位出具的檢查孔壓水試驗數據,本次大壩應急充填灌漿工程對大壩可能存在的滲漏通道起到了一定的補強作用,水庫主壩經灌漿處理后,成效顯著,有效充填了大壩可能的滲漏通道,在一定程度上消除了壩體隱患,提高了壩體的防滲能力和穩定性。

表4 應急充填灌漿檢查孔注水試驗統計表

續表4

5 結語

壩體充填灌漿具有應用廣泛,施工簡單、造價低等優點。仰義山水庫大壩經灌漿處理后,有一定的成效,有效的充填了壩體左壩肩的滲漏通道,消除了壩體隱患,提高了壩體的防滲能力,為保證水庫的安全度汛起到了重要作用,本工程可為其它工程滲漏通道體處理及加固提供參考。