鳳陽小型水庫除險(xiǎn)加固工程防滲方案研究

丁 珺

安徽省鳳陽縣屬淮河流域，建有小型水庫134座，均為土壩，受建庫時(shí)資金和技術(shù)條件限制，土壩填筑時(shí)施工質(zhì)量差，碾壓不密實(shí)，且筑壩時(shí)清基不徹底，基礎(chǔ)含有雜質(zhì)，壩體與基礎(chǔ)及兩側(cè)山體之間沒有采取防滲措施，且結(jié)合處理不好，其接觸面易成為滲漏通道，水庫土壩均存在不同程度的滲漏，存在諸多安全隱患。

根據(jù)鳳陽縣小型水庫分布特點(diǎn)，小型水庫除險(xiǎn)加固工程防滲方案主要選擇以下三種：一是粘土斜墻方案，主要解決壩身斷面不足及壩身滲漏問題。二是多頭小直徑深層攪拌樁、錐探灌漿方案，主要解決壩身滲漏問題。三是帷幕灌漿方案，主要解決壩身和壩基結(jié)合部以及大壩與基巖接觸面滲漏問題。

三種方案根據(jù)具體水庫特點(diǎn)、地質(zhì)情況、滲漏情況可單獨(dú)使用，也可互相結(jié)合使用以達(dá)到最佳防滲效果。

一、粘土斜墻方案

粘土斜墻防滲是將粘性土防滲體筑在壩體上游側(cè)，斜臥在壩坡上，構(gòu)成斜墻，此方案不僅能解決土壩滲漏問題，同時(shí)解決壩身斷面不足問題。粘土斜墻防滲優(yōu)點(diǎn)是施工技術(shù)簡單，投資省，所用粘土材料可就地取材，價(jià)格低廉。根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（以下簡稱《導(dǎo)則》），關(guān)于土質(zhì)防滲體斷面設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求。

（1）基面處理：修整壩體，即將塌陷處予以填實(shí)，下部隆起超過粘土斜墻下游設(shè)計(jì)壩坡線的部分予以挖除。塌陷處的填筑土料需滿足壩身對(duì)土料的要求；填筑時(shí)須按要求分層碾壓、夯實(shí)，壓實(shí)度須達(dá)到0.96。

（2）防滲體尺寸：土質(zhì)防滲體的尺寸應(yīng)滿足控制滲透坡降和滲流量的要求，且要便于采用機(jī)械化施工，斜墻頂部厚度應(yīng)不小于1.5m，斜墻在壩底部的厚度須根據(jù)土料的容許水力坡降來決定，粘性土的容許水力坡降為5～7，且厚度不得小于3m。

（3）防滲體超高：防滲體頂部高程應(yīng)高出正常運(yùn)用的靜水位0.3m 以上，非常運(yùn)用情況應(yīng)不低于非常運(yùn)用的靜水位。由于是對(duì)原壩進(jìn)行除險(xiǎn)加固，綜合考慮施工的方便性及大壩整體的美觀性，通常設(shè)計(jì)斜墻頂高程同壩頂設(shè)計(jì)高程一致。

（4）防滲體保護(hù)層：因鳳陽凍土層厚度只有10～15cm，不屬于凍土區(qū)，《導(dǎo)則》中規(guī)定上游保護(hù)層厚度包括面層和墊層，保護(hù)層的設(shè)計(jì)可結(jié)合上游壩面護(hù)坡方案并滿足凍土厚度要求。

（5）齒墻：參考《小型水庫配套工程》（安徽省人民出版社）中“齒墻深入弱透水層或不透水層深度≥1m”的說法，并結(jié)合地質(zhì)報(bào)告，一般齒墻需深入壩基以下2.0m。

二、壩身錐探灌漿結(jié)合壩基帷幕灌漿方案

對(duì)于大壩和基巖接觸面存在接觸滲漏現(xiàn)象，有必要對(duì)大壩壩基進(jìn)行防滲加固設(shè)計(jì)，以防止大壩產(chǎn)生滲透破壞，并降低壩體浸潤線，提高大壩穩(wěn)定性。采用壩身錐探灌漿結(jié)合壩基帷幕灌漿防滲處理，一并解決壩身、壩基滲漏問題。

錐探灌漿加固原理是通過充填密實(shí)大壩內(nèi)部各種洞穴、裂縫等隱患，以達(dá)到消除堤身隱患，提高大壩防洪能力的作用。該方案對(duì)壩身填筑不密實(shí)、壩身存在孔穴引起的滲漏問題處理效果較好。施工設(shè)備簡單、操作容易、造價(jià)低、施工方法成熟。

壩身防滲采用錐探灌漿，壩基采用帷幕灌漿，在上游壩肩距大壩邊線0.5m 處布置錐探及帷幕灌漿軸線，帷幕灌漿與錐探灌漿采用同一灌漿孔，采用3 序孔布置方式，灌漿孔頂高程為壩頂高程，壩身灌漿孔底部至基巖面。

（一）錐探灌漿技術(shù)要求

1.材料。選擇強(qiáng)度等級(jí)為P.O42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥。

2.灌漿壓力及孔深。灌漿孔上端孔口壓力應(yīng)小于50kPa，具體應(yīng)根據(jù)各段試灌確定。造孔深度應(yīng)深入壩基土層2.0m 或至基巖面。

3.灌漿實(shí)驗(yàn)。灌漿施工前應(yīng)做灌漿試驗(yàn)，選擇有代表性堤段，按灌漿設(shè)計(jì)進(jìn)行布孔、造孔、制漿、灌漿，觀測灌漿壓力、吃漿量及泥漿容重、大堤位移和裂縫等。試驗(yàn)孔不少于3 孔，試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)分析資料，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，修改參數(shù)，完善和熟練灌漿工藝，然后方可全面施工。

4.造孔。按設(shè)計(jì)要求布孔、造孔。造孔必須按2 序進(jìn)行，保持垂直，孔傾斜率不大于2%。應(yīng)用干法造孔，不得用清水循環(huán)鉆進(jìn)。作好造孔記錄和描述，如發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)詳細(xì)記錄并分析處理。

5.灌漿順序。先灌上游側(cè)第一排，再灌下游側(cè)。灌漿開始先用稀漿，經(jīng)過3～5min 后再加大泥漿稠度。若孔口壓力下降和注漿管出現(xiàn)負(fù)壓，應(yīng)再加大漿液稠度，漿液的容重應(yīng)按技術(shù)要求控制。每次最大灌漿量應(yīng)按設(shè)計(jì)要求控制，每孔灌漿次數(shù)應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定，一般為5～10 次。當(dāng)漿液升至孔口，連續(xù)復(fù)灌3 次不再吃漿時(shí)，可終止灌漿。

6.灌漿觀測。為保證堤防灌漿質(zhì)量和堤防安全，灌漿過程應(yīng)有專門人員負(fù)責(zé)觀測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題。

（二）帷幕灌漿技術(shù)要求

1.帷幕邊界。結(jié)合勘探孔資料，灌漿深度巖基以下不小于2.0m，上部與錐探灌漿相接。

2.帷幕線布置。在上游壩肩距大壩邊線0.5m 處布置帷幕灌漿軸線；設(shè)計(jì)灌漿孔布置2 排，排距1.0m，孔距1.5m，梅花形布置，分3 序施工，施工按照分序加密原則進(jìn)行，鉆孔為鉛直孔，鉆孔直徑不小于56mm。

3.灌漿壓力。設(shè)計(jì)灌漿壓力巖基為0.6MPa，進(jìn)入土基部分壓力不大于0.05MPa。

4.漿液變換。按自稀變濃原則，漿液配比采用重量法配制，即：5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1。

三、壩身多頭小直徑深層攪拌樁結(jié)合壩基帷幕灌漿方案

對(duì)于大壩壩身和壩基結(jié)合部以及大壩與基巖接觸面滲漏情況，根據(jù)本地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)和投資情況，采用多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻結(jié)合帷幕灌漿方案，主要是解決大壩壩基結(jié)合面清基不徹底、填筑土料不合格引起的滲漏問題。該方案成墻耐久性好、成熟可靠。

多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻技術(shù)是運(yùn)用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機(jī)把水泥漿噴入土體，同時(shí)鉆頭旋轉(zhuǎn)攪拌，使噴入土層的水泥漿液與原土充分拌和在一起，形成抗壓強(qiáng)度比天然土強(qiáng)度高，滲透系數(shù)較小，并具有整體性、穩(wěn)定性的樁柱體。將樁柱體互相搭接成一列，形成連續(xù)墻體起到截滲作用。

（1）防滲墻布置。多頭小直徑防滲墻布置于壩頂距上游壩肩1.5m，帷幕灌漿軸線緊貼多頭小直徑防滲墻中心線上游側(cè)，帷幕灌漿設(shè)計(jì)單排孔，孔距1.0m，分3 序施工，施工按照分序加密原則進(jìn)行，鉆孔為鉛直孔，鉆孔直徑不小于56mm。

（2）防滲墻頂高程。防滲墻頂高程按不低于校核洪水位。

（3）防滲墻深度。多頭小直徑防滲墻底至基巖面，結(jié)合勘探資料，灌漿深度巖基頂面以下不小于2.0m，土層延深灌漿2m 與多頭小直徑防滲墻重疊。帷幕灌漿軸線緊貼多頭小直徑防滲墻中心線上游側(cè)。

（4）多頭小直徑防滲墻厚度。設(shè)計(jì)選用3 個(gè)鉆頭深層攪拌樁機(jī)，一個(gè)工藝流程可形成一個(gè)單元防滲墻，鉆桿間距為320mm。根據(jù)所選機(jī)型特點(diǎn)，采用一次成墻搭接施工方式（見圖1）。

圖1 一次成墻搭接方式圖

施工時(shí)先完成1、2、3 為一個(gè)單元墻，然后再施工1'、2'、3'為下個(gè)單元墻，L 為樁間距，L1為單元間樁間距，δ 為單元間搭接長度，d 為鉆頭直徑，可根據(jù)需要選取。防滲墻厚度按公式T=ΔH/[J]計(jì)算，式中：△H—防滲墻承受的上下游最大水位差；J—防滲墻允許水力坡降。

（5）防滲墻主要施工參數(shù)見表1。

四、結(jié)語

通過對(duì)小型水庫進(jìn)行防滲治理，消除了安全隱患，保證了水庫下游群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全，減輕了汛期防汛壓力，防洪保安能力顯著提高；同時(shí)，加固后的小型水庫面貌煥然一新，改善了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，成為城鄉(xiāng)人民群眾休閑娛樂的好場所■