滁州市城西水庫大壩防滲加固方案比選

向 建，鄭作民，王 珂

（山東水利工程總公司，山東 濟南 250014）

城西水庫位于安徽省滁州市境內的清流河支流小沙河上游(屬長江水系)，水庫始建于1958年，1965年建成運行，是一座以灌溉、城市供水、防洪、養殖等綜合利用的全國防洪重點中型水庫，水庫集水面積168 km2，總庫容 7 112 萬 m3。主壩長 1 650 m，壩頂高程33.0 m，最大壩高25 m。樞紐工程由大壩、溢洪道、灌溉涵洞、非常溢洪道等建筑物組成。

壩基地層共7大層12小層，據鉆孔揭露情況，自上而下分述如下：①層，淤泥質重粉質壤土：灰色，很濕~飽和，軟塑，局部夾有腐植質；②層，重、中粉質壤土、局部為粉質黏土：灰黃色、灰色、局部黃色，濕~很濕，軟塑~可塑、局部硬塑；③層，淤泥質重粉質壤土夾細砂、局部夾砂壤土：灰色，很濕~飽和，軟塑，局部夾有腐植質；④層，重粉質壤土、粉質黏土：灰黃色、棕黃色，濕，硬塑~堅硬、局部可塑，夾有Fe、Mn質結核；⑤1層，重粉質壤土夾細砂、局部夾砂壤土：灰黃色、棕黃色、灰色，濕，可塑~稍密、局部硬塑；⑤2層，中細砂：灰黃色、灰色，飽和，松散~稍密、局部中密；⑤3層，重粉質壤土夾礫石：灰色，濕，可塑；⑤4層，泥礫石夾砂礫石，以泥礫石為主：黃色、灰黃色、灰色、礫石雜色，濕~飽和，中密，礫石一般粒徑30~50 mm、最大粒徑80 mm以上，含泥量極不均勻、局部為砂礫石。⑥1層，強風化閃長玢巖：紫灰色、青灰色，濕，呈碎塊狀；⑥2層，中等風化閃長玢巖：紫灰色、青灰色，濕，呈柱狀、少量碎塊狀，含大量斜長石斑晶；⑦1層，強風化灰巖：褐灰色、灰色，濕，呈碎塊狀；⑦2層，中等風化灰巖：褐灰色、灰色，濕，呈柱狀。

1 大壩第一次防滲加固

1.1 設計方案

根據安徽省水利廳皖水基（2001）590號文《關于城西水庫除險加固工程初步設計的批復》，2002年10月開始進行大壩加固，2003年5月完成第一次大壩防滲工程，采用的垂直防滲工藝為高噴灌漿結合劈裂灌漿，即壩基至砂卵石以上5.0 m范圍內采用高噴灌漿施工工藝，上部土層采用劈裂灌漿工藝。

1.2 施工方法

鉆孔施工完成后，高噴臺車就位，下設噴射管到設計深度。同時啟動高壓水泵、空壓機、攪拌機、泥漿泵等配套設備，將各項工藝參數調整到設計要求，開始噴射，待孔口返漿后按設計要求速度開始提升，自下而上形成高壓噴射灌漿防滲板墻。灌漿過程中隨時檢查漿液比重及孔口冒漿現象，如孔口出現不返漿現象，說明有大空隙或集中漏水通道，此時應立即停止提升，采取充砂或摻加速凝劑等措施使其返漿，以確保防滲墻的連續性。

噴射過程中應隨時檢查設備運行狀況，高壓水泵泵壓應保持在35 MPa以上，空壓機風壓不小于0.6 MPa，泥漿泵泵壓保持0.2～1.0 MPa，同軸噴射。高噴孔分序施工，Ⅰ、Ⅱ序孔灌漿間隔時間不小于3 d。

1.3 運行效果

水庫大壩經第一次防滲加固處理后，運行中發現老河槽段（0+720斷面附近）防滲墻后的壩基滲流壓力仍然偏高，壩基測壓管水位高出理論值2~3 m，出現高水位異常且長期不下，大壩樁號0+700~0+900段壩身浸潤線仍然偏高，壩后有明顯承壓水頭泉眼，壩內仍存在滲流通道，防滲效果不明顯。

鑒于城西水庫地理位置的重要性及存在的問題，2009年6月14日水利部專項檢查組召開了水庫安全度汛督查會，要求盡快查明原因，補充測量鉆探，以進一步查明大壩壩體質量及壩基滲透范圍，透水層深度，并確定下一步加固處理方案。項目法人委托勘測單位進行了補充勘測。

1.4 補充勘測

受項目法人委托，安徽省水利水電勘測設計院承擔了補充勘察任務，通過勘察得出如下結論：老河槽（0+720斷面附近）壩基揚壓力偏高的原因是：⑤4層泥礫石夾砂礫石層在大部分壩段是不透水層，在0+720壩段的壩后二平臺的下游也是不透水的，而這一層在0+720附近壩段的壩后二平臺的上游是強透水層而且在0+720壩段附近的上游繼續分布著一層中等透水的中細砂層，導致在0+720壩段附近的壩后二平臺的揚壓力過高。

壩身填土的填筑質量及防滲性能總體良好，但在0+750~0+800壩軸線上以及0+750~0+900迎水坡的上部，壩身填土滲透系數偏大，不符合規范要求，從而導致水庫高水位時浸潤線偏高，大壩上游有部分斜墻已經喪失擋水防滲的功能。鑒于勘察所揭露的地層情況及水庫的重要性，建議盡快對大壩重新采取防滲加固措施。

2 大壩第二次防滲加固

2.1 設計方案

第二次防滲加固設計在大壩樁號0+550~0+950段壩頂軸線處布置混凝土防滲墻，防滲墻頂高程為32.55 m，墻底高程在2.0~3.55 m，墻體嵌入基巖1.0 m。墻下基巖進行帷幕灌漿，形成一道完整的防滲體系，帷幕灌漿從0+550~1+200樁號壩段，以達到壩體壩基一并截滲的目的，從而有效降低壩體浸潤線，消殺壩后承壓水頭，防止滲透破壞。防滲墻厚度為0.5 m，墻體最大深度為31.4 m；帷幕灌漿設計防滲標準為基巖透水率10 Lu，灌漿深度深入10 Lu線以下不小于3.0 m，單排孔布置分三序施工，孔距1.5 m，采用自上而下分段灌漿工藝。壩后增設4座減壓井。

2.2 施工方法

2.2.1 混凝土防滲墻施工

1）槽段劃分。結合地質條件并考慮預埋帷幕灌漿管的孔距（帷幕灌漿孔距為1.5 m），確定標準槽段長度為7.5 m，每一槽段中預埋5根灌漿管，兩邊的灌漿管距槽孔端頭的距離為0.75 m。

防滲墻設計厚50 cm，最大深度約31.4 m，壩體為重粉質壤土、粉質黏土為主，壩基為強風化灰巖，采用“抓斗配合沖擊鉆成槽”工藝，接頭處理采用“接頭管”法。液壓抓斗選用寶峨GB30型液壓抓斗，沖擊鉆選用CZ-30型。

2）泥漿固壁。泥漿在施工中不僅直接影響槽壁穩定，并且起到冷卻、潤滑鉆具，懸浮巖屑及防止塌孔的作用。

泥漿制備時純堿液配制濃度為 1∶10～1∶5，CMC液對高粘度泥漿的配制濃度為1.5%。先將水加至攪拌筒1/3后開動攪拌機，在定量水箱不斷加水同時，加入膨潤土、純堿液，攪拌3 min后，加入CMC液繼續攪拌。攪拌好的泥漿靜置24 h后使用。

3）成槽施工。成槽施工采用“抓斗配合沖擊鉆”工藝，由液壓抓斗根據槽段長度分“主、副孔”依次抓取。入強風化巖石采用“鉆鑿法”施工。

按照設計及復勘孔揭示的地質資料及設計防滲墻體嵌入風化基巖1.0 m的標準確定成槽深度，成槽過程中當發現接近基巖面時開始留取巖樣并記錄好深度，由現場地質工程師會同監理工程師共同鑒定巖樣。

槽孔終孔驗收合格后下設潛水排污泵配振動篩（泵吸法）清孔，直至淤積厚度滿足要求；二期槽孔清孔結束前，用鋼絲刷刷洗一期槽孔段混凝土孔壁上所吸附的巖渣、泥皮。

4）槽段連接。墻體連接采用“接頭管法”，Ⅰ期槽孔澆注前，在槽孔兩端下設直徑略小于槽寬的鋼制接頭管，孔口固定后澆注混凝土，澆筑過程中隨時松動接頭管，待混凝土初凝后起拔接頭管，形成接頭孔。接頭管分節制作，插銷連接，采用液壓拔管機起拔。

5）防滲墻澆筑。防滲墻水下混凝土澆注采用直升式導管法，導管下設嚴格按規范要求，導管間距≤3.5 m，一期槽端的導管距接頭管為1.0～1.5 m，二期槽端的導管距孔端1.0 m。

澆筑時導管埋入混凝土深度≥1.0 m，不超過6.0 m；保持槽孔內混凝土面均勻上升，上升速度≥2 m/h，每30 min測定一次混凝土面深度，保證混凝土面高差控制在0.5 m范圍內；澆筑混凝土時，孔口設蓋板，以防雜物掉入槽孔內。

澆筑過程中隨時測量并做好混凝土面上升記錄，防止堵管、埋管、導管漏漿和泥漿混摻事故的發生。每隔30 min測量一次槽孔內的混凝土面深度，并及時填繪混凝土澆筑指示圖，以校對澆筑方量。

2.2.2 帷幕灌漿施工

1）鉆孔。帷幕灌漿鉆孔采用XY-2B地質鉆機，配Φ50鉆桿，采用Φ76巖芯鉆具。鉆孔要保證孔向準確，如鉆孔方向發生偏斜將導致各孔灌漿的擴散范圍不能互相搭接，會留有漏水通道。為控制鉆孔方向準確，鉆機安裝必須平正穩固，鉆孔時在孔口埋設孔口管，鉆機立軸和孔口管的方向與設計孔向一致，孔口管對全孔鉆進能夠起到導向的作用，有利鉆孔的方向控制。

2）壓水試驗。灌漿孔均進行簡易壓水試驗，簡易壓水試驗可結合裂隙沖洗進行，簡易壓水試驗方法為：壓力為灌漿壓力的80%，該值大于1.0 MPa時，采用1.0 MPa，壓水20 min，每5 min測讀一次流量，取最后的流量值作為計算流量，成果以透水率表示。

3）制漿。制漿采用高速攪拌機制漿，水泥漿液的攪拌時間不少于30 s，攪拌轉速大于1 200 r/min，漿液在使用前過篩，自制備至用完的時間少于4 h。集中制漿站制備水灰比為5∶1~0.5∶1的純水泥漿液。各灌漿地點測定來漿密度，調制使用。

4）灌漿。灌漿漿液的濃度應由稀到濃，逐級變換，帷幕灌漿的漿液水灰比有以下 7 個比級：5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1，開灌水灰比采用 5∶1。 灌注細水泥漿液， 可采用 3 個比級 2∶1、1∶1、0.6∶1 或 1∶1、0.8∶1、0.6∶1。灌注穩定漿液、混合漿液、膏狀漿液，比級宜少，其配比和變換方法通過室內漿材試驗和現場灌漿試驗確定。

2.3 運行效果及蓄水安全鑒定

按照補充勘測設計實施第二次大壩防滲加固工程后，對加固前后測壓管資料分析，壩基滲流壓力、壩身浸潤線有明顯降低。初步監測成果表明，大壩滲流穩定滿足規范要求。

2010年11月10日至14日，受項目法人委托，南京水利科學研究院組織有關專家對城西水庫除險加固工程進行了蓄水安全鑒定，通過聽取匯報、查勘現場、查閱資料等方式，形成了《滁州市城西水庫除險加固工程蓄水安全鑒定報告》。結論為：

城西水庫大壩經過第二次補充防滲處理后，除險加固工程設計符合規范要求，施工質量滿足設計和規范要求。當前工程面貌已經具備下閘蓄水條件，可下閘蓄水。

3 結語

通過對比城西水庫大壩2次防滲加固的效果可以看出，在類似⑤4層泥礫石夾砂礫石地層中，采用高壓噴射灌漿防滲工藝局部未能有效截斷壩基滲漏通道，防滲效果不佳；采用混凝土防滲墻下接帷幕灌漿防滲工藝，能有效降低壩體浸潤線，截斷壩基滲漏通道，形成最佳防滲體系，該防滲工藝近幾年來普遍應用于國內大中型水庫除險加固大壩防滲加固中。