帷幕灌漿結合高壓旋噴灌漿技術在茶根水庫主壩加固中的應用

陳 偉

（博白縣水利水電工程建設質量與安全工作站，廣西 博白 537600）

1 概述

茶根水庫位于博白縣博白鎮南流江支流茶根河中游，水庫壩址距縣城6.0 km，距玉博公路3.0 km。工程于1956 年2 月動工興建，1956 年7 月建成。壩址以上集雨面積23.8 km2，總容1544 萬m2，有效庫容1004 萬m2，死庫容40 萬m2，正常高水位82.78 m，死水位71.32 m。50 年一遇設計洪水位84.69 m，1000 年一遇校核洪水位85.61 m。水庫設計灌溉面積3.5萬畝，壩后電站裝機450 kW，防洪保護人口1.5 萬人，是一座以灌溉為主，兼顧發電、防洪的中型水利樞紐工程。主壩型為粘土心墻壩，壩頂高程88.40 m，最大壩高23.1 m，壩頂長365 m，壩頂寬5.0 m。據勘測部門鉆探試驗，主壩區壩基以含砂粘土和含礫石夾黏土質為主的全風化層以及膠結性較差的砂巖和破碎弱風化巖石為主的強風化層組成，厚度分別為3～21.5 m不等，透水性屬中等～弱。

2 滲漏現象與原因分析

2.1 滲漏觀象

茶根水庫已運行60 多年，2000 年對主壩進行過加固施工：對右壩段255 m 范圍內采用雙排充填灌漿，灌漿孔距3 m，排距1 m，灌漿總進尺3000 m，灌漿底部深入至壩基線。對86.00 m高程以上壩內坡護坡石進行局部翻修整理并以水泥砂漿勾縫護面，86.00 m 高程至70.08 m 高程在原壩坡干砌石面上采用C15混凝土護坡，厚100 mm。在右壩段棱體頂部75.00～78.00 m 高程設導滲溝，增設大壩壩體滲潤觀測設備。但由于當時的技術和資金等限制不能堵塞滲漏現象。主要表現為：下游壩坡中部至右壩端排水棱體以上69.80～75.00 m 高程發現有多處滲濕，滲濕面積達450 m2，滲濕面積隨著庫水位升高而加大；心墻頂部高程79.37～77.14 m，低于正常蓄水位，不滿足規范要求。壩腳排水棱體主要采用卵石砌筑，粒徑比較小，比較松散，砌石局部散亂、缺損，造成功能失效，排水不暢，棱體頂部坡面有水滲漏。舊放水管封堵及壓力隧洞灌漿處理不完善，也有漏水現象。

2.2 滲漏原因分析

主壩壩體由壩殼土及心墻土組成，填筑質量比較差，壩體心墻阻水性能差。經地質勘探、鉆孔取樣試驗，壩殼土填筑為黏土質礫，心墻填筑為含砂黏土。壩殼土平均壓實度為86.3%，心墻土平均壓實度為93.2%，低于規范要求的96.0%。壩殼和心墻填土平均滲透系分別為9.30×10－4cm/s、4.93×10－4cm/s，均大于1×10－4cm/s，兩者土體均為中等透水性，不滿足規范要求。分析認為大壩雖經過雙排充填灌漿處理，但效果不是很明顯，仍存在壩體滲漏，且導滲溝導滲效果較差。主要原因是壩體心墻填筑土含黏土滲透系數較大，局部壓實度較低，阻水性能差；心墻頂部高程79.37～77.14 m，低于正常蓄水位，防滲體發揮作用有限；壩腳反濾體上部為砂卵石，下部為塊石，鉆探巖心明顯可見夾較多泥質，有堵塞現象。壩體排水不暢導致浸潤線上升致使棱體頂部坡面有水滲出，引起壩體滲漏。

3 帷幕灌漿及高壓旋噴灌漿防滲施工

2021 年博白縣茶根水庫除險加固工程的防滲方案選擇中，對主壩進行防滲帷幕灌漿結合塑性混凝土防滲墻方案和帷幕灌漿結合高壓旋噴灌漿兩種方案進行了比較，從現場機械施工難易程度、防滲灌漿效果等方面進行分析對比，最后選取確定帷幕灌漿結合高壓旋噴灌漿為主壩防滲處理方案。

3.1 布孔設置

帷幕灌漿在原壩頂上灌漿，采用單排布孔，孔軸線位置距壩軸線上游側1.0 m，灌漿樁號為（壩右端至左端）0+048～0+336，中心線長共288.0 m，灌漿下限高程51.48（壩右端）～59.38 m（壩左端），帷幕灌漿孔距為2.0 m，共設置145孔。

壩基高壓旋噴灌漿孔軸線與帷幕灌漿灌漿同一軸線布置，灌漿（從壩右端起至壩左端止）樁號為0-25～0+367，中心線長共392.0 m，灌漿采用單排布置，孔距為1.0 m，利用帷幕灌漿孔加密布置，共設置393孔。高噴灌漿平臺設在原壩頂高程88.4 m位置上，灌漿頂高程86.11 m，灌漿底界取伸入至風化巖層以下0.5～1.0 m。施工順序為先帷幕灌漿后高壓旋噴灌漿。帷幕灌漿和高壓旋噴灌漿加固縱剖面圖和橫斷面圖分別見圖1、圖2。

圖1 主壩加固縱剖面圖

圖2 0+050橫剖面圖

3.2 選取灌漿材料及機械

在土壩灌漿中，選用合適的灌漿材料是保證灌漿質量和降低施工造價的重要因素之一。根據茶根水庫主壩壩基的地質情況和灌漿目的，帷幕灌漿采用純水泥漿液，使用材料為425＃普通硅酸鹽水泥，要求水泥細度通過80 um 方孔篩余量不大于5%，且制漿材料稱量誤差小于5%，灌漿漿液必須攪拌均勻并測定漿液密度，若使用普通攪拌機攪拌時應不小于3 min，高速攪拌機時應不小于30 s，漿液要在初凝前30 min 用完。高壓旋噴灌漿制漿重量和體積稱量誤差要求控制在5%內，普通硅酸鹽水泥，強度要求為42.5，且不能用受潮結塊或過期。漿液從自制備用至用完不能超過4 h，漿液要過篩后使用并且測定密度取值適為1.5～1.7 g/cm3，灌漿孔口回漿漿液不能回收利用。高壓旋噴設備適采用高速攪拌機，儲漿桶容量應滿足連續供漿要求，灌漿泵和高壓水泵的額定壓力不能小于設計規定壓力的1.2 倍。輸送管道及水泵壓力表應定期檢測，壓力宜在最大標準值的30%～60%之間。

3.3 灌漿方法、灌漿技術參數及形式

帷幕灌漿孔孔距為2.0 m，孔深為弱風化層以下1.0 m，采用回轉式鉆機和金剛鉆頭或硬質合金鉆頭鉆進，灌漿孔孔徑為90 mm，偏差小于10 cm，底孔偏差不得大于0.25 m；灌漿孔裂隙沖洗壓力為0.4～0.8 MPa 內，循環式灌漿射漿管距孔底小于50 cm，自上而下分段灌漿長度為5～10 m，灌漿試驗壓力：孔頂段為0.4～0.6 MPa，底段為0.8～1.1 MPa。灌漿液濃度由稀到濃變換，水灰比分別為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1及0.5∶1進行逐級變換。

高壓旋噴灌漿采用先灌Ⅰ序孔，后灌Ⅱ序孔進行施工作業。施工開始時，先鉆出第Ⅰ序孔，然后自后端孔向前處孔順次進行灌漿。當后處孔灌漿時，前處孔會自然排出氣體和積水，接著排出漿液，當排出漿液的濃度達到或接近注入漿液濃度時，則封閉后處孔，改在前處排漿孔繼續灌漿，依次類推，向前趕灌，直至最后一孔。第Ⅰ序孔完成后，按同樣的程序進行第Ⅱ序孔的鉆孔灌漿。高壓旋噴灌漿孔的孔距為1.0 m，Ⅰ、Ⅱ序孔的灌漿間隔時間應大于24 h。

茶根水庫主壩高壓旋噴灌漿，灌漿參數的采用以及根據本工程的地質條件，擬定灌漿參數如下表見表1。

表1 高壓旋噴灌漿參數表

在進行旋噴過程中，通過高壓灌漿漿液，使壩體土與防滲漿液攪拌相互混合凝固，共同形成防滲墻，起到防滲作用，要求其滲透系數K值小于n×10-6cm/s（1≤n≤9）。防滲墻成墻效果示意圖見圖3。

圖3 成墻效果示意圖

4 施工問題的分析與處理

由于主壩高噴灌漿孔深度較大，施工時應調整好相關灌漿技術參數。當下噴射管前，應當進行地面試噴，以檢查機械和管路是否正常，當噴頭下至規定深度時，應按規定參數進行原位噴射，待漿液返出孔口情況正常后方可開始提升噴射。高噴灌漿過程中，若出現壓力突降或驟增、孔口回漿濃度或回漿量異常，孔內嚴重漏漿等情況時，應查明原因及時處理。若發生串漿情況，應及時填堵被串漿孔，待串漿孔高噴灌漿結束時，應盡快對被串孔進行掃孔處理，再進行高噴灌漿或繼續鉆進。高噴灌漿結束后，應利用回漿或水泥漿及時回灌，直至孔口漿面不下降為止。

5 結語

茶根水庫主壩的灌漿于當年9 月結束，連續經歷了2022、2023年汛期的高水位運行。在主壩下游坡高程69.80～75.00 m處沒有發現水滲出，壩外坡腳棱體排水頂部坡面滲流量明顯減少，對壩體觀測滲漏量在灌漿前與灌漿后的成果見表2、表3。

表2 茶根水庫主壩滲漏量觀測成果

表3 茶根水庫主壩浸潤線觀測成果

從表2、3 中可以看出，茶根水庫主壩壩體的滲流量和浸潤線灌漿后比灌漿前有明顯下降，浸潤線在同一水庫水位通過測管水位觀測，其浸潤線與灌漿前相比，降低1.8 m 左右。實踐證明茶根水庫主壩通過帷幕灌漿結合高壓旋噴灌漿處理后，能夠解決水庫主壩壩體繞壩滲涌問題，灌漿形成的防滲墻達到預期效果。