大壩工程防滲灌漿技術及其防滲加固處理措施研究

李洪濤

（甘肅省臨澤縣梨園河水利管理處，甘肅 張掖 734200）

1 引言

我國地域遼闊，但水資源分布不均，且洪澇頻發，建設水庫大壩可以在豐水期儲存水資源，避免洪澇災害，在缺水期放出水資源以平衡水資源消耗，該措施對維護社會和國家經濟穩定發展具有促進作用。 基于此目的，我國廣泛分布著大大小小的水庫大壩，大部分建于河川上游，在我國大陸建設有水庫大壩超過8.7 萬座，總庫容4 987 億m3，其中，95%以上為小型水庫[1]。 除了避免洪澇災害，基于農業用水、工業用水、水上航運、水力發電等方面的目的， 選擇高效節約便于工程應用的地理位置也是重要的選址策略。 因大壩建設的目的較多，一旦產生滲漏問題，對當地經濟也會產生多方面的災難性影響。 為了避免因其滲漏乃至潰壩產生的危害，需要定期對大壩進行巡檢，及時填補滲漏處，加固大壩。 針對大壩所處地理環境，地勢高低，受哪種季風帶影響，以及大壩的建設的目的，進行有針對性的防滲漏處理是十分重要的防潰壩措施。

2 工程概況及質量評價

在進行大壩防滲灌漿工程處理前， 需要對水電站大壩項目及其缺漏破損進行系統性評價， 其主要評估內容涵蓋地理位置、地理環境、建設目的、設計標準、水系特征、常見災害類型、破損位置等。 研究以甘肅省張掖市黑河二龍山水電站工程為例，對其存在的問題及工程設計情況進行分析[2]。 該水電站工程采用引水式開發方式，其電站總裝機容量為50.5 MW，年發電量為1.739×108kW·h，屬中型Ⅲ等工程，主要構筑物由引水樞紐、引水系統和發電廠房3 部分組成。 建設地點位于甘肅省張掖市西南131 km 的黑河大峽谷中段，電站上游接3 道灣水電站，下接大孤山水電站，是《甘肅省張掖市黑河（黃藏寺—大孤山） 河段梯級開發方案優化報告》 中黑河水能規劃的第4座梯級電站。項目區為地下水環境質量功能區Ⅲ類區，能夠保證枯水期（11 月～次年3 月）2.83 m3/s，豐水期（4～10 月）6.34 m3/s 最小下泄流量的要求。 首部樞紐利用階地地形布置寬淺式梯形明渠，渠尾設進水節制閘、退水閘和壓力隧洞進水前池以及側堰等，主體工程均布置在開發河段的右岸。

工程區位于青藏高原的東北部祁連山地震帶， 屬新構造運動強烈活動區，地震活動強度大、頻度高。 根據GB 18306—2001《中國地震動峰值加速度區劃圖》，工程區50 年超越概率為10%時，地震動峰值加速度為0.2g，對應該區地震基本烈度為Ⅷ度，地震反應譜特征周期為0.40 s。 多年平均年降水量為393.0 mm；多年平均年蒸發量為1 527.4 mm；平均氣溫0.7 ℃，絕對最高氣溫30.5 ℃（1971 年7 月）， 絕對最低氣溫-31.1 ℃（1975 年12 月），日溫差較大；最大凍土深2.5 m。 本流域的降水分布，由南向北，自東向西逐步遞減，祁連山區為黑河的產流區， 北部戈壁沙漠為徑流消失區， 走廊地帶為二者的過渡區。工程地主要巖性為卵礫石和沙礫石等高含水介質層。該工程位于地震帶且其工程項目較容易受到極端天氣的影響，故對其工程建設質量要求較高。

對壩體破損的說明則主要基于壩體土料，結構，滲漏分布及大小，透水程度，滲漏原因及壩體排水系統的建設，其中，滲漏位置主要分為壩體、壩基、壩肩。 根據工程質量調查報告結果顯示，張掖市有73.08%的水庫大壩工程質量不合格，壩基處理不滿足規范要求的有13 座，壩肩岸坡處理不滿足規范要求的有9 座，壩體填筑質量不符合要求的有14 座。

3 大壩防滲灌漿技術

根據黑河二龍山水電站工程實際情況， 提出以下幾種防滲灌漿技術。

3.1 帷幕灌漿技術

如圖1 所示， 帷幕灌漿技術是將一定濃度的漿液注入間距適宜的鉆孔中壓至巖土體的縫隙或者孔洞內， 在大壩內形成結構和強度穩定，且有高抗滲性的幕墻。 從而達到防滲堵漏的目的[3]。 常選擇賓漢塑性流體作為漿液，因賓漢塑性流體流動時具有較大的阻力， 可以在降低其中的砂子等粗顆粒下沉和分離的速度的同時，保持長時間的可泵性。 灌漿工序上遵循縮小孔距和合理性兼顧的原則， 通過逐漸加密灌注鉆孔的方式，有序提高灌漿壓力，增大漿液擴散范圍和凝結密實度。 單一孔的工序需要在鉆孔后進行沖洗，再進行壓水試驗，根據壓水試驗結果進行終孔和封孔。 分段灌漿方法可分為3 種形式：自上而下、自下而上、綜合分段法。 需注意的是，在底層變化劇烈的地區因灌漿區域裂隙多樣，需要先關注黏度不高的稀漿，以填補細小縫隙。

圖1 帷幕灌漿技術灌漿工序示意圖

3.2 沖抓套井回填黏土防滲墻技術

沖抓井回填黏土墻技術示意圖如圖2 所示， 其是在土石壩的滲流區沿壩軸線或上游鉆洞，根據滲漏情況決定排孔。 鉆孔的直徑通常為110～120 cm。 孔中填入黏土，分層壓實，在壩體中形成黏土柱，這樣連續建造地下黏土墻，切斷壩體或壩基的滲流通道，達到防滲的目的。

圖2 沖抓套井回填黏土防滲墻技術示意圖

在處理水庫和大壩的滲流問題上， 沖孔套井回填黏土防滲墻的技術已經十分成熟。 該技術具有機械設備簡單、施工方便、工程量小、工效高、黏土投資少、防滲效果好等優點。 缺點是孔徑較大，回填土量也較大；適用于水上施工，在水下或滲透線以下施工難度較大；黏土回填量較大；該方法適用于無法灌漿處理的窄壁壩的滲漏處理，對心墻壩、均質壩的處理效果很好，但只能對壩高小于30 m 的壩面防滲加固。

3.3 水泥土攪拌樁防滲加固技術

水泥土攪拌樁防滲加固技術是一種在水利工程中廣泛應用的地基處理技術。 該技術通過運用特制攪拌機械，深入地基將水泥與土壤進行充分混合， 生成一種土-水泥復合材料，從而提高地基的承載能力和穩定性。 生成的土-水泥復合材料結合了土壤與水泥的優點，具備較高的強度和穩定性。 在土和水泥的混合過程中，水泥的水化反應會填充土壤孔隙，形成致密的防滲層，有效提升地基的抗滲性能。 此外，該技術還能根據工程需要調整水泥摻量和攪拌深度， 以滿足不同水利工程的防滲加固要求。 在水利工程中，水泥土攪拌樁技術常被用于基坑支護、防滲帷幕等結構的建設，其優秀的防滲能力和加固效果為工程的安全穩定提供了有力保障。

4 大壩防滲灌漿加固處理措施

4.1 壩基、壩肩帷幕灌漿防滲處理方案

黑河二龍山水電站大壩土料材質為黏土心墻， 近地面為燕山期花崗巖地質， 結合工程水文地質和施工條件， 大壩壩體、壩肩除險加固防滲設計方案為：對壩基、壩肩進行帷幕灌漿防滲加固，對壩體使用水泥土攪拌樁進行防滲加固。

根據實地勘察資料、水庫原始設計資料，為了確保大壩在施工蓄水期和后期使用不會出現滲漏問題，按照透水率<5 Lu的設計標準，設計帷幕灌漿方案。 在進行正式灌漿前，需要就大壩土料材質和施工位置進行灌漿試驗， 以調整帷幕灌漿施工方案。

帷幕灌漿方案設計如下：首先，從左岸到右岸沿壩軸線布置灌漿孔線，帷幕線與5 Lu 滲透控制線相交，高出正常蓄水位15.66 m，依據地形變化適當抬升。 針對水庫工程地質情況，進行分段式灌漿，隨施工進行，每段灌漿壓力遞增。 在大壩壩基補強灌漿階段，使用純壓式灌漿，結束灌漿后使用全孔灌漿技術進行封孔。帷幕線接水泥土攪拌樁防滲墻向兩岸延伸。建立防滲帷幕線，線總長560 m。 帷幕灌漿三序孔施工孔孔徑為2 m。 針對地下層巖破損大的問題，為避免庫水經該部位滲漏，在正上方對灌漿孔進行加深加固。 左壩肩帷幕進行山體表面灌裝，灌裝位高于正常蓄水位15.66 m，山體內方向延伸52 m，右壩肩灌裝位高于正常蓄水位15.66 m。

在帷幕灌漿加固施工結束后需進行防滲效果檢驗， 使用孔壓水試驗在原滲漏部位進行透水率檢驗， 確定其滿足設計要求，施工質量達標進行驗收，若不達標需進行補強灌漿。

4.2 壩體水泥土攪拌樁防滲墻處理

因大壩壩體滲透系數較大，且下游存在塌坑風險，為進一步消除大壩滲水安全隱患， 選擇的防滲加固設計方案為復合防滲方案。 選擇混凝土攪拌樁技術與帷幕灌漿進行結合針對滲透點和周邊進行針對性防滲，施工方案如下。 混凝土防滲墻技術的重要施工作業是鉆孔作業，為保證施工質量，先對壩體已有的混凝土表面進行高強度刷洗， 以使后續鋪加的混凝土能與之無縫對接，減少表面孔隙的產生。 混凝土攪拌樁布置在與壩中軸線相平行的上頂面上。 鋪設攪拌樁線，其左起與岸坡相接觸，右至大壩左岸墻體。 參照壩基帷幕線對大壩壩體沿壩軸線作混凝土攪拌樁防滲墻進行防滲。 壩體水泥土攪拌樁防滲墻處理方案如圖3 所示。

圖3 壩體水泥土攪拌樁防滲墻處理示意圖

圖3 中防滲墻頂端樁孔位于平行于壩頂線上方0.5 m 處，防滲墻底部垂直嵌入壩基巖線，墻體厚度0.3 m。 施工與帷幕灌漿技術相似，采用三序樁成墻法，用多頭小直徑深層攪拌截滲樁基就位、調平，通過主機動力傳動推動鉆頭向土層中下層沉刨設計深度。 然后再提升攪拌機至孔口。 施工工序如下，將樁機移至預期位置后，連接漿液運輸管、下沉鉆桿噴嘴噴漿、多次攪拌并噴漿至孔口。 完成噴漿作業后，需及時清洗管路及噴嘴，之后再移動樁機位置換下一個樁位重復上述作業。 混凝土采用硅酸鹽混凝土，根據地質和濕度調整水灰比，樁位允許偏差50 mm，垂直度偏差1%，樁徑允許偏差4%，相鄰樁施工間隔時間≤24 h。 需要注意的是，在灌漿施工中，為了保證混凝土質量，在攪拌工程需要添加適量減水劑，若是出現吸漿現象需要混合時加入粉砂，若是出現漏漿則需要加入水玻璃。

5 結語

水庫大壩建設對保障我國居民正常用水和防澇減災具有重要意義，對大壩進行定期維護，使用新技術增加其穩定性，進行防滲加固處理是十分有必要的策略。 在對水壩進行的防滲加固處理措施中，防滲灌漿技術處于核心位置，其可以與多種技術進行結合， 有針對性地對水壩易滲水點或破損處進行加固處理。 而帷幕灌漿技術也是廣泛使用的防滲灌漿技術，研究對其進行了詳細介紹， 并簡述了其他幾種可用于結合使用的防滲加固技術，在實際應用過程中，根據大壩材質和工程狀況有針對性地結合使用，可產生高效的防滲加固效果。