綜合防滲技術(shù)在水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

江攀毅

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綜合防滲技術(shù)在水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

江攀毅

福建省漳州市水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院

對于填筑質(zhì)量較差，碾壓不實(shí)、土體疏松或老化失修，造成壩體內(nèi)部某些土區(qū)抗?jié)B坡降降低、壩體內(nèi)部產(chǎn)生滲透破壞比較嚴(yán)重的大壩采用某單一的方法進(jìn)行病險(xiǎn)處理可能達(dá)不到理想的效果，分析土壩破壞機(jī)理和病險(xiǎn)部位采用綜合防滲技術(shù)措施則是除險(xiǎn)加固工程中的關(guān)鍵所在。福建省長泰活盤水庫就是分析了土壩存在的問題并且吸收了先進(jìn)的施工經(jīng)驗(yàn)，采取了振動沉模板墻和高壓噴射灌漿相結(jié)合的綜合防滲技術(shù)進(jìn)行的除險(xiǎn)加固。

大壩 除險(xiǎn)加固 振動沉模 高噴灌漿

1 活盤水庫的基本情況

1.1 工程概況

福建省長泰縣活盤水庫位于龍津溪支流上，地處長泰縣陳巷鄉(xiāng)上花村，距長泰城關(guān)10km，樞紐工程于1959年10月動工興建，1962年3月建成，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、發(fā)電、漁業(yè)等綜合利用的多年調(diào)節(jié)的重要中型水利工程。水庫壩址以上集水面積30.5km2，壩址以下主河道長11km，坡降45.9‰。水庫總庫容1993萬m3。水庫樞紐工程主要包括大壩、溢洪道、進(jìn)水口及輸水管道、壩后電站等組成。大壩壩頂高程65.24m，最大壩高28.15m，壩頂長度94m，壩頂寬度5m。

1.2 工程地質(zhì)情況

大壩壩體為均質(zhì)土壩，壩體表層0~0.65m填筑土成分比較復(fù)雜，以砂質(zhì)粘土為主，下部壩體填筑土為褐紅色、淺灰色、灰黃色等雜色砂質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土，局部含有5~7cm的碎塊石，壩體中間局部還雜有少量草根。壩基接觸帶為強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長巖體，該巖體斷層節(jié)理發(fā)育，巖體完整性差，但壩基的整體強(qiáng)度能夠滿足土石壩的承載力要求，壩基穩(wěn)定。

活盤水庫大壩加固前存在以下幾個(gè)方面的問題：

1.2.1經(jīng)過地質(zhì)勘探、地表測繪，發(fā)現(xiàn)迎水坡表部有局部沉陷，導(dǎo)致第一坡面與第二坡面接觸帶出現(xiàn)平行于壩軸線的長約40m、寬10~20cm的裂縫。

1.2.2大壩背水坡有漏水及濕坡現(xiàn)象，其中背水坡左側(cè)（高程49.9m）與山坡交接處有一處漏水，漏水量達(dá)12t/d，且隨庫水位的升高而增加；背水坡51~53m高程處有8~12m2的濕坡；右側(cè)高程41.3m處有兩處濕坡，該處滲漏量為60~80t/d。

1.2.3通過勘探孔現(xiàn)場注水試驗(yàn)，測得壩體填筑土的滲透系數(shù)的最大值為8.55×10-4cm/s, 最小值為6.8×10-6cm/s，說明大壩壩體局部滲流量較大。

1.2.4經(jīng)勘察揭露，壩基與填筑土接觸部位現(xiàn)場注水試驗(yàn)的滲透系數(shù)為8.55×10-4cm/s~1.9×10-5cm/s，屬于弱透水~中等透水性，壩體填筑土與壩基存在接觸滲漏。

1.2.5溢洪道邊墩與壩體填筑土接觸部位存在接觸滲漏，滲漏量較大。

2 工程施工方案設(shè)計(jì)

針對活盤水庫大壩壩體及接觸帶存在的病險(xiǎn)情況設(shè)計(jì)采用振動沉模防滲板墻及高噴灌漿的綜合防滲方案進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

2.1 振動沉模防滲板墻解決壩體上部（壩頂至壩基處）滲透破壞的問題

振動沉模的設(shè)計(jì)要求：

2.1.1防滲墻體滲透系數(shù)≤×10-7cm/s(1≤≤10)，滲透坡降max>500。

2.1.2防滲墻28d抗壓強(qiáng)度≥4MPa，彈性模量采用4×103MPa。

2.1.3防滲墻墻體材料：水泥采用強(qiáng)度為32.5級的普通硅酸鹽水泥，其漿液配方應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)墻體的物理力學(xué)指標(biāo)要求及地質(zhì)地層情況，通過現(xiàn)場試驗(yàn)得出。

2.1.4砂漿初凝時(shí)間不小于4h，終凝時(shí)間應(yīng)不大于36h。

2.2 高噴灌漿解決大壩岸坡滲透問題和接觸帶的沖刷問題

單管高壓旋噴灌漿施工設(shè)計(jì)要求：

2.2.1按《水利水電工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5200-2004）等國家相關(guān)規(guī)范進(jìn)行。高壓旋噴樁采用單管法施工，樁徑600mm，樁端進(jìn)入壩基開挖線以下深度不小于2m。

2.2.2高壓旋噴漿液的水灰比為0.8~1.5，其漿液配方應(yīng)根據(jù)旋噴樁的物理力學(xué)指標(biāo)要求及地質(zhì)地層情況。

2.2.3樁身水泥采用強(qiáng)度32.5級以上的普通硅酸鹽水泥。單管法的高壓水泥漿壓力應(yīng)大于20MPa。

2.2.4高壓旋噴樁施工規(guī)定按《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》（DL/T5200-2004）、《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2002）、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007-2002）及其它的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

2.2.5施工時(shí)旋噴樁樁頂高程應(yīng)高于振動沉模板墻底端1.0m。

振動沉模防滲板墻軸線設(shè)計(jì)在原壩軸線上, 高噴灌漿軸線設(shè)計(jì)在振動沉模防滲板墻軸線兩側(cè)，振板下部由單管高壓旋噴連接。布置如圖1所示：

圖1 振動沉模防滲墻與高壓旋噴樁搭接示意圖

3 工程施工

3.1 振動沉模防滲板墻的施工

3.1.1樁機(jī)、模板就位。樁機(jī)就位在施工軸線上將樁機(jī)調(diào)平，調(diào)整完畢后使A模板就位，利用振動體系自重將板刃壓入土中，檢測調(diào)整模板和立柱的垂直度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.1.2振動沉模。啟動振錘，將A模板沉入地層中，達(dá)到設(shè)計(jì)深度，然后將B模板沿施工軸線在A模板前側(cè)與A模板緊密并接，以A模為導(dǎo)向板，沉入地層設(shè)計(jì)深度。

3.1.3灌注提升A模板。向A模板內(nèi)灌滿漿體，然后邊拔、邊灌注，直至拔出地面，漿體留在槽孔內(nèi)。灌注提升結(jié)束后，要保持漿體在墻頂設(shè)計(jì)高程。

3.1.4再沉入A模板。A模板提拔出地面后，立即沿施工軸線移至B模板前側(cè)就位，以B模板為導(dǎo)向板，A模板沿B模板沉入地層達(dá)到設(shè)計(jì)深度。

a—A就位； b—A沉下、B就位； c—B沉下； d—A灌注提拔；e—A沉下； f—B灌注提拔； g—B沉下； h—A灌注提拔；

圖2

3.2 高壓噴射灌漿施工

3.2.1施工前的準(zhǔn)備

⑴埋設(shè)各種觀測點(diǎn)樁標(biāo)；

⑵根據(jù)施工軸線上工作面的高程測量值，確定各高噴孔的起噴、終噴高度；

⑶水泥經(jīng)過檢驗(yàn)合格后方可使用；

⑷在壩左選擇有代表性地層條件的場地進(jìn)行3個(gè)孔的高噴灌漿試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)成果調(diào)整確定大壩灌漿工藝和工藝參數(shù)。

3.2.2鉆孔

⑴在已布設(shè)的孔位上進(jìn)行造孔，孔位差不大于2cm ,孔斜率不大于1%；

⑵鉆孔直徑為φ110~φ130mm；

⑶孔深應(yīng)大于設(shè)計(jì)孔深0.5m；

3.2.3 制漿

使用PO42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比0.8~1.5，純水泥漿液比重≥1.4cm3。

3.3.4灌漿

將高噴機(jī)移至已鉆好的孔口上，先進(jìn)行噴管試噴以檢查噴射射流是否正常然后下管至設(shè)計(jì)深度開始噴射提升，直至終噴高程后停止噴射。高噴防滲墻布置形式如圖3所示：

圖3 高壓旋噴樁套接示意圖 單位:m

3.2.5返漿

要求返漿時(shí)帶出細(xì)土顆粒，水泥返回減少，回漿比重不小于1.3g/cm3，廢漿排到下游坡指定地段。

3.2.6回灌

已經(jīng)噴灌結(jié)束的灌漿孔，因漿體的析水固結(jié)漿面會下落，應(yīng)在下一個(gè)孔的噴射灌漿時(shí)，將其冒漿引入已灌的孔中進(jìn)行回灌，以保證高噴墻體達(dá)到設(shè)計(jì)高度。

3.2.7封孔

已經(jīng)噴灌、回灌完成的灌漿孔，經(jīng)幾天后應(yīng)用稠粘土水泥粘土漿充填孔中直至填滿為止。

4 綜合技術(shù)方案中各項(xiàng)施工技術(shù)的作用

4.1 通過振動沉模防滲板墻的施工解決壩體上部滲透破壞的問題

利用高頻振動的振錘（頻率1050次／分鐘），將空腹鋼模板沉入地層的過程中，使模板周圍的土體的得到擠密，擠密的范圍可達(dá)2~3.5倍的模板厚度。向空腹模板中自下而上灌漿能夠保證灌漿的質(zhì)量，并且能夠通過振搗使?jié){液更加均勻密實(shí)。在連續(xù)施工的的情況下能夠保證墻體連續(xù)、平整、無接縫、無開叉的質(zhì)量要求，從而形成一道連續(xù)的防滲帷幕。

4.2 通過高噴灌漿的施工解決大壩下部的滲漏和接觸帶沖刷的問題

高壓噴射灌漿就是借助高壓射流沖切攪拌地層，從而使?jié){液在高壓射流的范圍內(nèi)與土體攪拌混合進(jìn)行擴(kuò)散、充填。射流束的末端還能夠?qū)χ車耐馏w產(chǎn)生側(cè)向擠壓力，在漿液的重力作用下使射流沖切的范圍以外得到滲透，尤其是在接觸帶處形成一道防滲帷幕，并且通過漿液充填使其周圍一定的范圍內(nèi)得到密實(shí)。從而解決壩基接觸帶的滲漏問題。高噴板墻上部與振板板墻底部采用旋噴搭接，旋噴直徑1.05m，能夠有效地與振板板墻進(jìn)行連接并且起到一定的托付作用，保證了大壩自壩頂?shù)綁位纬梢坏肋B續(xù)的防滲帷幕。

5 綜合技術(shù)的效果分析

5.1 振動沉模板墻成墻面積1202.38 m2，對板墻進(jìn)行開挖檢查發(fā)現(xiàn)成墻質(zhì)量優(yōu)良，板墻連接緊密、平整、無開叉、無斷層、無裂縫并且厚度均勻能夠達(dá)到并超過設(shè)計(jì)板墻厚度。通過取樣送檢，測得滲透系數(shù)≤×10-7cm/s。

5.2 高噴灌漿灌漿3575.45m，工程結(jié)束后進(jìn)行開挖檢查發(fā)現(xiàn)完全能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過注水試驗(yàn)得出滲透系數(shù)=×10-7~×10-8cm/s，完全滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。

6　結(jié)語

通過對該水庫的除險(xiǎn)加固施工及檢測成果分析，綜合防滲技術(shù)能夠解決病險(xiǎn)水庫存在的問題，為以后水庫的除險(xiǎn)加固積累了一定的施工經(jīng)驗(yàn)，可以予以推廣。