蒼村水庫大壩防滲灌漿加固工藝與質量檢測評價

鄧縣芳

(韶關市水利水電工程技術中心，廣東 韶關 512000)

1 項目簡介

韶關市曲江區蒼村水庫大壩防滲灌漿工程位于曲江區馬壩鎮轉溪村蒼村水庫北江一級支流馬壩河支流蒼村水中游，壩址位于樹家山上游約1km的沙羅灣河谷。年供水5450萬m3，解決下游1720hm2農田灌溉用水，下游城區的防洪標準可由10a一遇提高到50a一遇，并減輕京廣鐵路、京珠高速公路、106國道等交通主干道的洪水威脅，捍衛人口3.6萬人，捍衛耕地面積353余hm2；此外，蒼村水庫利用本身優越的自然地理條件，對本區環境具有積極的保護作用。是一宗以供水為主，兼有防洪、灌溉、環保等綜合利用的工程。

水庫壩址以上集雨面積93.9km2，河長25.5km，河床平均坡降17.4%，多年平均降雨量1609mm，年徑流深980mm，水庫總庫容7036萬m3，正常庫容6100萬m3，屬于中型水利樞紐工程，工程等別為Ⅲ等。設計正常高水位141.00m；設計洪水標準：50a一遇，設計泄洪流量170.6m3/s，設計洪水位143.42m；校核洪水標準：2000a一遇，校核泄洪流量713.8m3/s，校核洪水位144.34m；溢洪道消能設計洪水標準：30a一遇。樞紐工程主要包括：土壩、溢洪道、輸水隧洞(兼作施工導流洞)、馬壩供水隧洞及水庫附屬建筑物等。工程建設任務主要為壩體劈裂鉆孔、灌漿；壩基帷幕鉆孔、灌漿，工程總布置圖見圖1。

圖1 工程總體布置圖

項目完成后可實現年供水5450萬m3，解決下游1720hm2農田灌溉用水，下游城區的防洪標準可由10a一遇提高到50a一遇，并可減輕京廣鐵路、京珠高速公路、106國道等交通主干道的洪水威脅，捍衛人口3.6萬人，捍衛耕地面積353余hm2；此外，蒼村水庫利用本身優越的自然地理條件，對本區環境具有積極的保護作用。

2 防滲方案的確定

通過對汛期間水庫水位的觀測統計，蒼村水庫于2007年6月完成蓄水驗收，2008年8月上旬水庫水位為137.05m，壩后靠右側排水棱體以上1m坡面和右岸壩肩在第三排馬道上部約6m處排水溝附近兩個部位出現滲水點，其中壩后靠右側排水棱體以上1m坡面處滲水點由管理處自行采用土工布、片石、碎石和沙子分層覆蓋處理。至今蒼村水庫仍按第二期蓄水限制水位高程137.0m運行。為滿足水庫第三段蓄水運行階段的要求，盡早讓水庫投入正常運行，更好地發揮水庫防洪、供水等功能，本次設計方案為：

1)土壩劈裂灌漿工程：壩體劈裂鉆孔、灌漿；

2)壩基帷幕灌漿工程：壩基帷幕鉆孔、灌漿。

主要工程量見表1。

表1 工程量統計表

3 水庫大壩防滲灌漿具體工藝

水庫大壩加固要以安全加固解除病險為主，突出解決防洪標準不能達到規范標準的要求，基于蒼村水庫實際情況，擬采取以下灌漿措施[1-2]。

3.1 劈裂灌漿

3.1.1 設計方案

壩體劈裂灌漿孔沿壩頂軸線布置。總長 190m，共設一排孔，從壩基開始直至壩頂，采用水泥黏土漿自下而上灌注。岸坡段灌漿孔距 3.0m，不分序，河床段灌漿孔距5m，分兩序施工，劈裂灌漿平面布置圖見圖2。

圖2 劈裂灌漿平面布置圖

3.1.2 技術要求

灌漿正式施工前應進行先導孔的灌漿試驗，并將試驗結果及有關參數、灌漿效果等反饋設計方，用以調整灌漿深度及參數[3-5]。

1)鉆孔：①根據測量放樣就位，和設計位置誤差≤10cm，孔底偏斜率≤孔深的2%；②孔徑設計范圍為45-76mm，和注漿管匹配。若孔深≤30m，選取干法進行成孔；若孔深≥30m且壩體內含砂礫石時，鉆進時宜采用泥漿護壁；③鉆孔完成后，應及時下注漿管，其與孔壁應結合封閉，以防漿液冒出。

2)灌漿：①先灌河床段再灌岸坡段，河床段分兩序進行，岸坡段不分序；②灌漿采用純壓式灌漿方式進行，注漿管下到孔底以上0.5-1.0m處，自下而上分段進行灌漿。孔底段灌注3次，當灌漿量滿足要求時，向上將注漿管提高0.5m；孔底段以上每段灌注1-2次，當灌漿量滿足要求時，將注漿管提高5m。當灌漿管出漿口距壩頂10m結束提升；③本工程灌漿期間，庫水位較高，為縮短復灌間隔，加快漿液固結，在黏土漿中摻入干土重15%的水泥。每次開灌采用1.2-1.4t/m3稀漿經過3-5min的灌漿，壩體劈裂后(灌漿壓力突然下降)，改為1.4-1.5 t/m3稠漿；④采用少灌多復，每孔每次平均灌注量宜控制在每米孔深0.5-1.0 m3；河床段每孔灌漿次數在10次以上，岸坡段根據實際孔深每孔灌漿次數控制在10次以內;地下水位以下復灌間隔≥5d，地下水位以上復灌間隔≥3d。

3)灌漿綜合控制：①灌漿壓力控制：注漿管深度60m，灌漿控制壓力設置為360kPa，注漿管深度每下降5m，灌漿控制壓力減小30kPa，正式施工前應通過灌漿試驗孔確定；②裂縫控制：應盡量推遲和限制壩頂出現裂縫，裂縫限制寬度控制在3cm以內，停灌后能基本閉合；③橫向水平位移控制：壩頂上下游橫向水平位移控制在3cm以內，停灌后能基本復原；④注漿量控制：每米孔深每次吸漿量控制在0.5-1.0m3為宜。

4)終灌標準及封孔：當漿液升至孔口，灌漿孔的灌漿量或灌漿孔口壓力滿足要求即可終止灌漿。封孔要先拔出注漿管，注滿容重> 1.5t/m3的稠漿，直至漿面升至壩頂不再下降為止。

5)灌漿材料：本項灌漿工作所需的灌漿材料有土料、水泥。水泥采用425#普通硅酸鹽水泥；土料需滿足黏粒含量20-45%，粉粒30-70%，砂粒0-30%，塑性指數10-25，有機質含量<2%，可溶鹽<3%。制漿時在黏土漿中摻入干土重15%的水泥，加快漿液凝固。

6)特殊情況處理：①冒漿處理：壩頂冒漿即刻停灌，并將冒漿出口開挖，并夯實回填黏土；鉆孔冒漿進行壓砂處理；壩坡冒漿使用稠漿間歇灌注；②裂縫處理：若壩面有縱向裂縫，若為濕陷縫則可以灌漿。若為劈裂縫，到控制寬度時，應停灌；壩面有橫向裂縫時，應停灌檢查。對于淺縫，可進行開挖，以黏土回填夯實；對于深縫，用稠漿灌注裂縫；③竄漿處理：加強檢測，若鄰孔竄漿對壩體無影響，采取竄漿與灌漿孔同時灌注；④其它：塌坑可挖出泥漿用黏土回填夯實，壩坡隆起，應停灌分析，如確認壩坡穩定，待停灌5-10d繼續灌漿[6]。

7)灌漿監測：①壩身變形監測：利用大壩已有的監測標點，對壩身的橫向水平位移和豎向位移進行觀測。在非灌漿期間，每5d觀測一次，在灌漿期間，每天觀測一次；②滲流監測：對臨近灌漿孔的測壓管間隔一刀兩小時監測一次，結束灌漿的30d后可正常監測；③裂縫和冒漿監測：安排專人時常對壩坡、壩頂進行裂縫和冒漿監測。

8)灌漿效果檢查：灌漿效果檢查孔應視具體灌漿情況布置，對于吸漿量大的地段，應重點檢查。計劃在壩體兩側和中間各布置一個檢查孔。檢查孔主要是在以下4個方面對灌漿效果進行檢查分析：①鉆進取芯檢查；②取原狀土樣試驗檢查；③灌注量檢查；④注水試驗滲透系數檢查[7]。

劈裂灌漿效果檢查增加試坑(探坑)檢查，查看泥墻(漿脈)厚度、形成情況，在河床段和右壩段各布置一個試坑。

3.2 帷幕灌漿

3.2.1 設計方案

右壩肩帷幕灌漿軸線從原防滲帷幕轉折點開始至右壩肩附近(轉折點1)然后轉向氣象觀測裝置下游側(轉折點2)再轉向溢洪道閘室左側邊墻(轉折點3)，最后平行溢洪道邊墻往上游直至與原灌漿帷幕形成封閉。總長128.1m，共設一排孔，采用水泥漿液自上而下灌注，從正常蓄水位141m高程至相對不透水層以下5m。灌漿孔距2.5m，分三序施工，平面布置圖見圖3。

圖3 帷幕灌漿平面布置圖

3.2.2 技術要求

灌漿正式施工前應進行先導孔的灌漿試驗，并將試驗結果及有關參數、灌漿效果等反饋設計方，用以調整灌漿深度及參數。

1)鉆孔：①宜采用回轉式鉆機和金剛石或硬質合金鉆頭鉆進；②根據測量放樣就位，與設計位置偏差≤10cm，孔深≥設計孔深，實際孔位、孔深應有記錄，孔底偏斜率≤孔深的2%；③灌漿孔以較小直徑為宜，但終孔孔徑≥中56mm；④灌漿孔或灌漿段及其他各類鉆孔(段)鉆進結束后，應及時進行鉆孔沖洗，鉆孔沖洗一般采用大流量水流沖洗。沖洗后，孔(段)底殘留物厚度≤20cm。遇頁巖、黏土巖等遇水易軟化的巖石時，可視情況采用壓縮宿空氣或泥漿進行鉆孔沖洗。

2)裂隙沖洗和壓水試驗：①首先使用不超過1MPa的壓力水沖洗裂隙，沖洗壓力是灌漿壓力的4/5，時間≤20min；②在灌漿前各灌漿段采取結合裂隙沖洗的方式進行壓水試驗。

3)灌漿方式：①帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿，孔口封閉，孔底射漿，孔內循環的灌漿方式，射漿管孔徑宜為中56-76mm，應下至距孔底≤50cm，灌漿段長為5m；②孔口管下至帷幕灌漿設計起始深度，孔口管底部下灌漿塞隔離。

4)灌漿壓力：孔深100m，灌漿控制壓力為1500kPa，孔深每下降10m，灌漿控制壓力降低150kPa。正式施工前應結合地質條件、壩高并通過灌漿試驗孔等確定。

5)灌漿漿液的濃度：采用水泥漿液灌漿，其濃度分為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.7∶1、0.5∶1共6個級比，起灌水灰比5∶1，某一級比注入量達到300L或灌注時間至半小時，注入率和灌漿壓力不發生變化，加濃一級；若注入率超過30L/min，可越級變濃。

6)終灌標準及封孔：①在最大設計灌漿壓力下，注入率≤1L/min時，灌注半小時結束該段灌漿，每段灌漿完成后待凝24h；②全孔灌漿結束后，用0.5∶1的新鮮普通水泥漿液置換掉孔內積水。

7)灌漿材料：本項灌漿工作所需的灌漿材料有水泥及速凝劑，水泥采用 425#普通硅酸鹽水泥。

8)灌漿效果檢查：灌漿效果檢查孔應視具體灌漿情況布置，對于吸漿量大的地段，應重點檢查。檢查孔的數量為灌漿孔數的10%。檢查孔主要是在以下幾個方面對灌漿效果進行檢查分析：①鉆進取芯檢查；②壓水試驗透水率檢查；③灌漿耗灰量檢查。

4 施工質量檢測與評價

蒼山水庫大壩灌漿加固質量檢測與評定任務，旨在檢驗大壩灌漿防滲處理的應用效果，決定著大壩的質量和安全問題，是人民財產安全的重要保障[8]。

4.1 工程質量檢測情況

各單元工程的評定情況及工程材料、中間產品試驗質量檢驗情況如下：

4.1.1 原材料質量檢測

1)自檢：

本單位共檢測：水泥4組，砂1組，碎石1組，土工檢測(黏土)1組，C20混凝土配合比1組，C25混凝土配合比1組，檢測結果均合格。

2)對比檢測：

本單位共檢測：水泥2組，砂1組，碎石1組，檢測結果均合格。

4.1.2 中間產品檢測

土壩劈裂灌漿分部工程：

1)自檢：

本分部工程無中間產品質量檢測。

2)對比檢測：

第三方檢測單位對該分部工程劈裂檢查孔進行注水試驗，檢測結果合格。

壩基帷幕灌漿分部工程無中間產品質量檢測。

4.2 質量評定情況

采用滲透系數對大壩防滲體及基巖風化層的滲透性進行分析評價[9]。結合鉆孔取芯資料、灌漿記錄、測試成果等綜合評定其質量。通過進行不同段的注水實驗，防滲體及基巖風化層實測滲透系數的變化范圍在1.3×10-6-7.3×10-6cm/s之間，即防滲體及基巖風化層的滲透性極小，微乎其微，這也說明此次蒼村水庫土壩充填劈裂灌漿與壩基帷幕灌漿質量效果良好，基本形成了連續完整的充填防滲體，壩體的防滲性有明顯的改善。

5 結 論

大壩防滲灌漿技術的施工水準決定了整個土壩基底的穩定與完整程度。此外，灌漿防滲加固工藝流程較為繁瑣，任何一個流程都要滿足其工藝條件，達到質量評價合格標準。通過對蒼山水庫大壩與壩基的防滲加固工藝設計，對土壩進行了劈裂灌漿防滲加固，壩基進行帷幕灌漿防滲加固，灌漿處理效果達到質量評定標準，為相關工程施工提供了寶貴經驗，也對大壩防滲體質量的控制，確保大壩使用的長久性與效率性提供了借鑒。