黑河黃藏寺水庫大壩壩體與地基防滲施工工藝

常 斌

(黑河黃藏寺水利樞紐工程建設管理中心，甘肅 蘭州 730030)

0 前 言

黑河發源于祁連山中段，流域東起山丹縣境內的大黃山，與石羊河流域接壤，西以嘉峪關境內的黑山為界，與疏勒河流域毗鄰，北至中蒙邊界。黃藏寺水庫所在地的大地構造單元屬祁連地槽褶皺系，次級構造單元為北祁連優地槽褶皺帶，新構造運動以斷裂和斷塊活動為基本特征。黃藏寺樞紐庫區上游庫段為山間盆地地貌，地層以白堊系(K2)礫巖、含礫砂巖為主，盆地四周山體高大寬厚，河谷寬闊多沙灘，最寬達1 000 m以上；近壩庫段為陡峻岸坡、峽谷地形，河谷呈“V”字型，兩岸岸坡坡度平均40°～70°，地層以寒武系(∈2)綠泥石白云母石英片巖為主[1]。以下結合有關資料對黑河黃藏寺水庫大壩壩體與地基防滲問題做詳細分析。

1 黑河黃藏寺水庫大壩壩型與滲漏隱患

1.1 壩型選擇

黑河黃藏寺在初設階段比選了兩條壩線。上壩線(原可研壩線)位于H8堆積體下游約120 m處，壩軸線處兩岸岸坡陡峻，河水面寬15～25 m，水深約2.5 m，右岸岸坡坡度一般為45°～60°，左岸2 576 m以上，岸坡陡峻，坡度一般為60°～80°，地貌上為一基巖陡坎。下壩線位于上壩線下游約100 m處。河水面寬25 m左右，兩岸地形坡度總體45°～50°，左岸在高程2 570 m以下約67°。兩岸基巖裸露，僅兩岸岸坡頂部及右岸高程2 560～2 590 m處發育少量坡積物。從工程地質條件來看，上下壩址均具備建壩條件；就工程地質條件而言，上壩線的工程地質條件略優于下壩線。在設計時給出重力壩與面板堆石壩這兩種壩型，由于本工程位于高寒高海拔地區，生態修復功能較差，重力壩方案存在邊坡處理范圍較小，對環境的影響較小；防滲可靠性較優；施工交通、導流條件較優；抗震安全性較優；樞紐布置緊湊，運行管理方便、安全；投資較省等優點，因而推薦使用重力壩方案。進一步對碾壓混凝土重力壩與常態混凝土重力壩進行比較，碾壓混凝土重力壩在投資和工期方面均較優，因此選定碾壓混凝土重力壩方案作為推薦壩型[2]。

1.2 滲漏隱患

調查發現，黑河黃藏寺水庫混凝土重力壩的抗滑穩定主要由大壩與壩基巖體間的滑動控制，局部分布的綠泥石白云母片巖可能產生壩基不均勻變形。左岸壩頂高程以上岸坡陡峻，現狀岸坡穩定性較好，但邊坡存在不同規模崩塌、滑塌破壞的可能；右壩肩有F7、f1、f2近順河向斷層以及中陡傾角結構面發育，存在壩肩邊坡穩定問題。右岸發育F7斷層，斷層帶寬約0.5 m，需要單獨進行防滲處理。此外，兩岸壩肩山體寬厚，右壩基壩肩斷層、節理等結構面發育，存在繞壩滲漏的可能性，須進行防滲處理。

深入調查研究可知，導致壩體壩基出現滲漏問題的主要原因有：材料性能質量不過關，運用于水庫壩體工程的材料物理力學指標不達標，容易引起壩體失穩、壩基滲漏問題，其次是水庫工程在經過較長時間的使用后出現滲漏變形，壩體或壩基被淘空，大壩工程存有很大的安全隱患與質量隱患。在工程施工期間未對工程區內的地質問題做深入分析與有效處理，未能規范做好防滲工作，導致壩體與壩基出現滲漏問題[3]。

2 黑河黃藏寺水庫大壩壩體與地基防滲工藝

2.1 壩體防滲治理

對于水庫工程中的壩體部分，可采用高壓旋噴灌漿技術提高壩體防滲性，使壩體滲漏隱患得到有效預防與治理。在治理時采用沖擊水泥碎石樁，對樁與樁之間的連接使用高壓旋噴樁。研究與實踐證明，高壓噴射灌漿工藝技術在提升水庫大壩工程抗滲性、防漏性等方面也有著重要作用。高壓噴射灌漿工藝施工速度快、抗滲效果好、適用范圍也相對較廣。在將高壓噴射灌漿工藝運用于水庫大壩工程時，主要是通過砂礫卵石地基中的鉆孔向四周噴射高壓水泥漿，砂礫卵石顆粒與水泥漿充分混合且凝結硬化后形成具有抗滲作用的樁，將這些樁進行連接就會得到一個相對完整的地下防滲建筑物，從而使水庫大壩工程的防滲性能大大增強。在運用高壓噴射灌漿工藝對水庫大壩工程進行處理時，需合理控制樁徑與樁距，只有樁徑與樁距合理，高壓旋噴樁才能充分發揮作用。

進行高壓旋噴樁施工時要能按照有關文件以及工程設計圖紙做好高噴孔的布置工作，合理確定孔位與噴孔數量，為后續施工打好基礎。施工時嚴格按照鉆孔、下注漿管、旋噴提升以及成墻的標準順序進行。鉆孔時采用專門的回轉鉆機，并在鉆進過程中使用泥漿或孔壁進行防護。合理控制實際鉆孔孔位與設計孔位之間的偏差，確保兩者最大偏差不超過50 mm。鉆孔過程中先將鉆機放置平穩，然后操作鉆機控制鉆進速度，嚴格掌控孔深、孔徑等參數。鉆孔結束后開始制備水泥漿，水泥漿各原材料以及外加劑的添加比例要合理，水泥漿需攪拌均勻，并將制備好的水泥漿在4 h內使用完。旋噴灌漿需要用到噴頭、噴射管、送液器等，這些機械器具必須有良好的密封性能，噴射管的剛度要達到標準要求。在正式施工前對高壓水泵、灌漿泵的流量、壓力等參數進行檢查與調試，確保設備的額定壓力不小于設計規定壓力的1.2倍[4]。為確保最終的施工質量能達到標準要求，需在正式施工前先進行試噴，確保各項情況均正常后再正式施工。在施工時先將噴頭下至設計深度，然后按照規定參數進行原位噴射，等到漿液返出孔口后且無異常情況發生后開始提升噴射。在噴射過程中若出現孔口回漿、壓力驟降或回漿量異常等情況就需要及時查明原因并做出處理，防止問題影響擴大。在進行旋噴施工時，如果出現串漿問題需及時將串漿液封堵嚴密，并在灌漿結束后將串漿孔進行掃孔處理。

2.2 壩基防滲治理

在完成壩體防滲施工后，對壩基部分采用帷幕灌漿的方法進行處理，使壩基的防滲性得到提高。對壩基進行治理時重點要考慮基巖的透水率與工程投資問題。運用帷幕灌漿時，是從壩頂建造直達基巖的防滲墻，墻的兩端與岸邊基巖或防滲設施相連接，共同構成一個完整的防滲體系，從而使水庫大壩的抗滲功能大大增強。在正式施工時，在覆蓋層中利用專門的機具鉆出孔或槽，然后灌注水泥漿，使水泥漿與混凝土進行固結、連接，形成連續的混凝土墻，使水庫大壩工程的滲漏問題得到有效解決。在帷幕灌漿施工中需要注意的技術要點是：射流沖切過程中，要邊旋轉邊提升噴射管，使水泥漿均勻注入到孔或槽中，使水泥漿與復合漿充分融合固化形成凝結體，利用該技術具有高穩定性、抗滲性以及強度的凝結體提升水庫大壩工程的防滲性，延長水庫大壩使用年限。

在運用帷幕灌漿法對水庫大壩壩基的滲漏問題進行處理時還有以下要點需注意：首先是孔位需合理，孔位應與設計圖紙相符。鉆孔時嚴格控制孔位偏差，確保孔位偏差不超過12 cm；鉆孔結束后進行洗孔，使用壓力小于灌漿壓力的水壓對鉆孔進行清洗，清洗到孔返出清水為止；清孔結束后設置設漿管并進行水壓試驗，確保一切正常后開始灌漿。灌漿漿液采用42.5強度等級的普通硅酸鹽水泥然后運用高速攪拌機攪拌超過30 s。在灌漿時漿液超過300 L可以變濃一級[5]。

2.3 其他處理工藝

除上文中提到的兩種工藝外也可運用混凝土防滲墻技術來提升水庫大壩工程的抗滲性，目前，水庫大壩工程中的混凝土防滲墻通常有兩種布置形式，一種是在大壩斜墻腳下進行布置，以此解決壩基滲漏問題；另一種是在大壩壩軸線或壩軸線附近上游區域布置防滲墻，使壩基、壩體等部位的滲漏問題得到有效解決。適用于水庫大壩工程中的防滲墻材料也較多，如有剛性鋼筋混凝土、純混凝土以及柔性塑性混凝土等。這些材料有不同的優缺點與適用條件，在施工時可根據實際情況科學選擇、合理運用。

面板堆石壩防滲工藝也比較適用于黑河黃藏寺水庫大壩工程。在黃藏寺水庫大壩工程中運用防滲面板工藝時，主要是利用砂礫石分層或者堆石體碾壓填筑成為壩體，利用混凝土面板來達到防滲加固的目的。黑河黃藏寺水庫大壩周邊有許多料場，進行防滲面板施工時取料也十分方便。如塊石料K2料場位于黃藏寺壩址下游右岸0.8～1.0 km處，巖性為綠泥石化的石英片巖，飽和抗壓強度為20.4 MPa～98.3 MPa，平均49.6 MPa，軟化系數0.45～0.65，總體屬中硬巖類。K2塊石料場弱風化巖體可基本滿足填壩主堆區要求，但強度和軟化系數偏低，勘察儲量約790萬m3。料場內砂礫石料儲量豐富，質量滿足填筑料要求。

3 結 語

滲漏問題會縮短水庫大壩工程使用年限，影響水庫大壩工程灌溉、防洪、蓄水等多項功能，也會給工程周邊環境、建筑等帶來安全隱患。為此對于水庫大壩工程壩體、壩基滲漏問題，要能根據工程結構、周邊環境、灌溉防洪功能需求等合理選用高壓旋噴樁、帷幕灌漿等工藝技術進行有效處理，使水庫大壩工程滲漏問題得到有效解決。

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