紅興水庫壩基垂直防滲處理分析

朱貴臣

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

紅興水庫壩基垂直防滲處理分析

朱貴臣

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

綏化市紅興水庫為典型的引水式平原水庫，是1958年始建的半拉子工程。2000年續建完成，蓄水后出現嚴重滲漏。經勘探證實，庫區多年閑置，大面積黏土鋪蓋遭到嚴重破壞導致地基漏水。如果采用垂直防滲的辦法施工，需自壩頂穿透壩身后才能處理壩基，將給施工帶來很大困難。因此，在資金有限的情況下，如何選用既經濟又能保證質量的施工工藝及方法，是本工程考慮的主要問題。就目前國內采用的幾種地基防滲處理技術做了比較分析。

水庫;地質;地基滲漏;基礎處理;施工方案

1 工程地質條件

綏化市紅興水庫位于綏化市北部距市區6 km的呼蘭河灘地上，是一座為綏化市供水的提水式平原水庫。壩型為黏土心墻砂礫壩殼，地基防滲采用天然黏土防滲層。全壩總長9.455 km，壩頂寬 6 m，平均壩高 7.9 m。該工程于2000年建成2004年7月試蓄水，蓄水后發現壩基嚴重滲水。經地質勘察顯示:

壩基地層為第四系沖積層，總厚度13～33 m，其下為泥巖，自上而下的地層依次為:

1)低液限黏土，厚度0.8～5.0 m。

2)級配不良粗砂厚2.9～5.5 m。

3)級配不良細礫厚度4.5～13.4 m。

4)級配不良粗砂厚3.0～14.7 m。

5)級配不良細礫厚度8.0 m左右。

6)泥巖。

根據地質剖面圖揭露的透水層情況分析，全壩段可分3部分:

0+000～1+960為較深層區，透水厚度在20.0～30.0 m。

1+960～7+580為淺層區，透水厚度大都在 20 m以下，個別地段可達到22.8 m。

7+580～9+280為深層區，透水厚度大都在22～33 m。

2 幾種基礎防滲處理技術分析

基礎防滲處理技術主要有3種，技術分析為:

2.1 沖切成槽塑性防滲墻技術

成槽技術一般采用液壓抓斗法成槽、沖擊鉆機配合液壓抓斗成槽法等。另外，由山東省水科院綜合了多種防滲技術的特點，開發的一種新型地下連續墻施工新工法——沖切成槽法。施工設備采用液壓步履機架和履帶行走樁架。基本原理是在振錘及高能漿流循環作用下對原始地層進行擠壓、破碎。并將部分(或全部)地層顆粒置換出地面，形成槽孔。

墻體材料一般使用塑性混凝土，采用導管法澆注。配比由現場試驗確定，理論配合比大致為:水泥∶砂∶礫石∶膨潤土∶水 =1∶4∶4.5∶0.5∶0.8。

還有一種墻體材料叫自凝灰漿的，配合比為:水泥∶粉煤灰∶黏土∶砂∶水 =1.5∶1∶2∶4∶5。

以上方法具有很強的地層適應性，施工深度大，完全可以滿足本工程的深度需要。同時，本方法成槽直觀，質量容易保證。不利因素是需在壩頂切割一道30 cm的槽體，破壞壩面。

2.2 高壓噴射灌漿技術

高壓噴射灌漿的施工方法是借助于高壓射流束的沖擊作用，在切削破壞地層的同時，灌注水泥基質漿液，并使漿液在噴射范圍內擴散，充填和置換，與地層土石顆粒摻混攪合后形成凝結體，從而達到改變原地層的結構和組分，提高地基和填筑體防滲性能或承載力的目地。

高壓噴射灌漿是山東水科院于20世紀80年代初推廣的新技術，現已廣泛使用，技術日臻成熟，墻體材料一般采用水泥漿。除水泥漿外目前已開發出噴射低強度墻體材料，采用水泥、粉煤灰、黏土制成漿液后高壓噴射。配合比為:水泥∶粉煤灰∶黏土∶水 =1.5∶1∶3∶4。

還有一種墻體材料只使用水泥加黏土制漿，采用固化劑作為膠結材料增強水泥的作用。固化劑是由哈工大哈爾濱啟威公司科研試驗室研制的黏土漿液固化劑，固化劑為白色粉末狀，它與水泥作用同效，并且具有多項優于現行普通水泥漿、水泥黏土漿等良好性能。一般水料比為1∶1～1∶2，水泥黏土比為1∶2.5～1∶4，固化劑摻量為水泥用量的10% ～20%。

上述施工的主要區別在于墻體材料不同，配合有差異，但技術上都可行。采用摻黏土漿的不利因素是黏土制漿困難，由此造成給施工增加一定難度。

高壓噴射灌漿的優點是基本不破壞壩面，質量可靠。不足之處是超過25 m時的孔斜度控制問題，錯口的可能性比較大。按常規一般深度達到25 m以上時應選擇雙排灌漿或縮小孔距處理，這又無形中提高了造價。另外，超深度施工的后期質量檢查也比較困難，需建造一定數量的檢查圍井，無形中也提高了造價。

2.3 深層攪拌樁技術

深層攪拌樁是20世紀90年代初期發展起來的地基防滲處理新技術。造價低廉(造價110～130元/m2)，現在已廣泛的應用于堤防工程中。

深層攪拌樁的施工工藝是利用雙動力多頭(一般采用3頭)深層攪拌樁機，通過主機的雙驅動力裝置，帶動主機上的多個并列的鉆桿轉動，并以一定的推動力使鉆桿的鉆頭向土層推進到達設計深度，然后提升攪拌至孔口。通過水泥漿泵將水泥漿由高壓輸漿管輸進鉆桿，經鉆頭噴入土體中。

目前這種施工方法不斷得到改進，處理深度不斷提高。武漢長江工程技術公司對深層攪拌樁的施工已經發展到在下鉆的同時，就開始注漿，達到鉆孔深度后，在鉆桿提升的過程中復灌一次，提高了施工質量。

深層攪拌樁施工工藝適合于淺層地基，適用的土體主要為砂性土和黏性土，且土體中一般不含塊石、卵石等粗顆粒。常規施工，其可靠的施工深度應不超過15～18 m深度。20 m以上的超深度施工，目前僅限于堤防施工或用于城市混凝土防滲墻的施工。

3 施工方案選擇

綜述上述方案，在技術上這3種施工方法都是可行的。但是，各有其優缺點。因此，施工方法綜述如下:

3.1 沖切成槽塑性防滲墻的施工工藝

在質量保證上，其質量檢查比較直觀，可靠性強，技術成熟，把握性大，更適合于處理深度 30 m以上的基礎防滲。沖切成槽的施工能力為每臺套設備300～350 m2/d，極限強度可達400 m2/d。采用沖切成槽法施工，在規定的工期范圍內，大體可以完成本工程規模的工程量。

根據本工程處理深度大，地層復雜的特點，建議處理深度較大的壩段，樁號5+000～9+455壩段，應用此方法施工為首選方案。

在有穿壩建筑物部位，為了不破壞建筑物的完整性，因采用高噴處理。

3.2 高壓噴漿方案

施工技術比較成熟，質量可靠，施工隊伍的選擇面大，對壩面破壞較小。特別是采用高噴固化土，可大大降低造價。因此，防滲深度＜25 m的壩段推薦采用此方案施工。

這種方法在單排施工時的處理深度一般≤25 m。處理深度＞25 m時，需要采取相應措施。可考慮采用雙排灌漿或縮小孔距，或采用旋噴灌漿技術。因此從經濟技術上考慮，為了不增加工程投資，壩基處理深度相對較淺的壩段，樁號0-087～5+000壩段，用此方法施工比較合理。個別超過25 m段，采取縮小孔距或旋噴處理。

高噴技術目前國內施工隊伍很多，選擇面大。但是，施工能力參差不齊。本工程的處理深度大，地層復雜，施工承包應選擇技術能力強、信譽高的施工隊伍。

還有一個問題值得說明:根據調查的已完工程的施工經驗，高噴的施工孔距一般≤1.6 m。有的施工資料顯示，各別施工孔距大到2 m。按常規經驗，此孔距視為較大。如果現場試驗后確定的孔距縮短的話，有進一步增加投資的可能。

3.3 深層攪拌樁工藝

價格比較低廉，單價大體在96～110元/m2，從經濟上來講比較劃算。也可以找到技術能力和機具加工能力都很強施工隊伍，施工時的監控系統也比較完善。

這種施工方法按常規施工，適合處理18 m以內的地層深度。25 m以上深度的超常規施工，只見于長江堤防工程或城市混凝土防滲墻的施工，未見到用于水利樞紐工程的先例。

這種施工方法如果處理深度 ＞30 m時，其施工機械的重量將達到60 t，在壩面上施工很有可能引起局部壩坡塌陷。因此，從設計角度分析，從質量保證上，壩基防滲不主張推薦此方法施工。

［1］中水東北勘測設計研究有限責任公司.SL303—2004水利水電工施工組織設計規范［S］.北京:中國水利水電出版社，2004.

［2］王明林，王洪恩，查振衡，等.高壓噴射灌漿防滲加固技術［M］.北京:中國水利水電出版社，2010.

［3］高鐘璞.大壩基礎防滲墻［M］.北京:中國電力出版社，1999.

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1007-7596(2012)02-0129-02

2012-04-08

朱貴臣(1965-)，男，黑龍江林甸人，高級工程師。