高噴防滲墻在水庫壩基防滲中應(yīng)用

于 蓉，劉 巍，韓煥慶

（泰安市水利和漁業(yè)局，山東 泰安 271000）

南白樓水庫位于泰安市岱岳區(qū)夏張鎮(zhèn)南白樓村，控制流域面積27.4 km2。水庫于1959年10月興建，1960年5月底竣工建成，是一座防洪、農(nóng)業(yè)灌溉及水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的小（1）型水庫。南白樓水庫原設(shè)計洪水50年一遇，校核洪水200年一遇。總庫容 264萬 m3，死水位 105.30 m，死庫容 22萬 m3，興利水位111.50 m，興利庫容118萬m3，設(shè)計洪水位113.85 m，校核洪水位114.25 m。大壩分兩段，溢洪道左側(cè)為主壩段、右側(cè)為副壩段，均質(zhì)土壩。主壩段現(xiàn)狀壩頂高程116.20～116.60 m，最大壩高13.3 m，壩長200 m，壩頂寬3.1～4.1 m，無防浪墻，迎水坡為干砌石護(hù)坡，背水坡為草皮護(hù)坡，壩后無排水體；副壩段現(xiàn)狀壩頂高程為115.00～115.80 m，最大壩高5.3 m，壩長250 m，壩頂寬1.5～3 m，無防浪墻，迎、背水坡均為土坡，壩后無排水體。

該工程經(jīng)多年運(yùn)行，老化損壞嚴(yán)重。壩體施工時采用人工推土筑成，分層夯實方法，填筑質(zhì)量差，壩基未經(jīng)防滲處理，大壩存在安全隱患。為保證下游群眾、耕地及公路安全，對水庫進(jìn)行除險加固十分必要。

1 壩基防滲方案比選

1.1 工程地質(zhì)情況

南白樓水庫壩基主要由第四系松散覆蓋層及寒武系頁巖組成。覆蓋層中細(xì)砂層為稍密～中密，分選性較差，該層分布于主壩,厚度2.0～4.8 m，主河床較厚。干密度平均值為1.59 g/cm3；孔隙比平均值0.678；相對密度平均值0.59；滲透系數(shù)為2.17×10-3cm/s，具中等透水性，為壩基滲漏主要通道。

大壩壩基的滲漏成因主要是清基不徹底，砂層貫通形成滲漏通道，地下水連通性好形成滲漏。

1.2 壩基防滲加固方案比選

根據(jù)南白樓大壩壩基地質(zhì)情況，參照類似工程經(jīng)驗，壩基防滲加固可供選擇的有高壓擺噴防滲墻和水泥攪拌樁防滲墻2個方案。

1）高壓擺噴防滲墻方案。該方案是采用高壓擺噴混凝土防滲墻作為壩體防滲體，施工場地要求不高，不存在塌孔的問題，可控性好。根據(jù)該水庫壩基覆蓋層的地質(zhì)特性，設(shè)計旋噴樁采用單排布置，噴射直徑 D≥1.5 m，孔距 1.3 m，折角 25°，擺角 30°（±15°），搭接長度≥20 cm，防滲墻厚度≥15 cm，墻下部深入強(qiáng)風(fēng)化基巖0.5 m。此防滲墻工程投資約為51.6萬元。

2）水泥攪拌樁防滲墻。該方案是利用深層攪拌水泥土樁形成連續(xù)墻作為壩體防滲體。此方案適用于較密實的砂層，也可以進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖石的頂部0.5 m。但成墻效果難以保證，適應(yīng)性比較低，對于含礫石砂層攪拌效果差，施工質(zhì)量難以保證。根據(jù)該水庫壩基覆蓋層的地質(zhì)特性，設(shè)計旋噴樁采用單排布置，成樁直徑大于530 mm，樁中心間距430 mm，樁柱搭接長度100 mm，帳幕成墻最小有效厚度為300 mm。樁底深入壩基不透水層不小于0.5 m。此防滲墻工程投資約為56.1萬元。

通過方案比較可見，高壓擺噴防滲墻方案具有施工工藝簡單，節(jié)省材料，工程投資相對較低；另外，白樓水庫壩后即為南白樓村，上壩交通不便，需穿行村莊，路窄彎急，大型設(shè)備難以運(yùn)輸?shù)轿唬邏簲[噴施工設(shè)備較小，便于運(yùn)輸，施工速度較快。綜合比較，確定采用高壓擺噴防滲墻方案。

2 高壓擺噴防滲墻設(shè)計

南白樓水庫壩基高壓擺噴防滲墻為折板式結(jié)構(gòu) （詳見圖1）。墻體技術(shù)指標(biāo)：墻體28 d抗壓強(qiáng)度≥2 MPa、滲透系數(shù)≤3×10-7cm/s、破壞坡降≥500，允許坡降取100。

灌漿材料使用R325號普通硅酸鹽水泥，純水泥漿，漿液密度≥1.5 g/cm3，水灰比1.0左右。使用減水劑，摻量為水泥重的1%。本工程墻體凝結(jié)后為水泥黏土砂漿體，28 d后有較高的強(qiáng)度、較小的滲透系數(shù)和較大的破壞坡降。

圖1 高壓擺噴防滲墻結(jié)構(gòu)示意圖

3 施工流程與質(zhì)量控制

3.1 施工流程

1）施工前的準(zhǔn)備。場地平整，確保施工場地 “三通一平”；樁位放樣；修建泥漿池、排污和灰漿拌制系統(tǒng)；水泥漿配制采用32.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比1∶1，漿液密度約 1.4～1.7 g/cm3。 水泥漿充分拌制并經(jīng)過濾后存入貯漿桶。

2）鉆機(jī)引孔。樁位定出后，引孔鉆機(jī)就位、調(diào)平，確保鉆桿垂直。在鉆進(jìn)的過程中隨時觀察鉆桿的垂直度，確保引孔的垂直度不超過1%。引孔深度比設(shè)計深度深0.5 m，防止引孔深度不足，影響擺噴樁質(zhì)量。為了防止引孔過程中發(fā)生坍孔，采用泥漿護(hù)壁。泥漿密度為1.1～1.2 g/cm3，泥漿可用膨潤土配制，配比水：膨潤土為 1∶0.07～0.1。

3）噴灌。擺噴機(jī)就位后，進(jìn)行調(diào)平、對中，調(diào)整其垂直度，保證三重管垂直度誤差小于1%，提噴前應(yīng)調(diào)試水泵、空壓機(jī)、泥漿泵，使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常；然后下管至孔底；校驗三重管長度，并用紅油漆在鉆塔旁標(biāo)注深度線，保證樁體頂?shù)讟?biāo)高滿足設(shè)計深度。

下管過程中注意記錄好鉆桿投放節(jié)數(shù)，以保證擺噴深度的準(zhǔn)確性。

4）擺噴提升。下管到設(shè)計深度后，接通泥漿泵，然后由下向上擺噴，同時將泥漿清理排出。噴射時，應(yīng)先達(dá)到預(yù)定的噴射壓力、噴漿后再勻速提升三重管，以防扭斷三重管。為保證樁底端的質(zhì)量，噴嘴下沉到設(shè)計深度時，在原位置旋轉(zhuǎn)10 s左右，待孔口冒漿正常后再提管。

5）回灌。已經(jīng)噴灌結(jié)束的灌漿孔，因漿體析水固結(jié)漿面將會下降，應(yīng)在下一個孔噴射出灌漿時，將其冒引入已灌的孔中進(jìn)行回灌，以保證高噴墻體達(dá)到設(shè)計高度。擺噴提升到設(shè)計樁頂標(biāo)高時停止擺噴，提升三重管出孔口，清洗注漿泵及輸送管道，然后將擺噴機(jī)移位，回灌漿液。

6）封孔。已經(jīng)噴灌、回灌完成的灌漿孔，經(jīng)幾天后應(yīng)用稠粘土漿充填孔口直至填滿為止。

3.2 質(zhì)量控制

高壓擺噴灌漿進(jìn)行壩基防滲加固的效果關(guān)鍵在于確保施工質(zhì)量，南白樓水庫壩基防滲加固施工過程中采用以下質(zhì)量控制措施。

1）高噴灌漿的孔距為1.3 m,高噴灌漿的成墻厚度不小于15 cm，噴射管下到設(shè)計深度以下0.5 m。

2）漿液水灰比采用1∶1。施工現(xiàn)場配備密度計，每天量測漿液密度，實行定量加灰制，嚴(yán)格控制水泥用量。灰漿攪拌應(yīng)均勻，并進(jìn)行過濾。噴漿過程中漿液應(yīng)連續(xù)攪動，防止水泥沉淀。

3）漿液密度為 1.4～1.7 g/cm3，每 2 h檢測 1次，漿液超過8 h應(yīng)廢棄,回漿密度控制在1.2 g/cm3。

4）提升速度：提升速度的快慢直接影響漿液用量，提升速度過快，則墻后不穩(wěn)定、易產(chǎn)生空洞，且切割半徑不符合要求，會造成防滲墻搭接處產(chǎn)生薄弱環(huán)節(jié)。提升速度太慢，則冒漿量過大，造成水泥浪費，因此需根據(jù)灌漿試驗確定不同土層的提升速度。本工程基巖層的提升速度為8 cm/min，礫砂層的提升速度為6 cm/min，壤土層的提升速度為12 cm/min。

5）灌漿水壓為 25～35 MPa，流量為 80 L/min；空氣壓力為 0.5～0.7 MPa，風(fēng)量為 1.1～2.0 L/min；水泥漿壓力為0.8～10 MPa,流量為80 L/min。

4 質(zhì)量檢測

施工完成后，現(xiàn)場進(jìn)行了鉆孔取芯檢查和布置圍井進(jìn)行滲透試驗，檢查取芯芯樣完整、表面光滑密實，水泥含量大，分布均勻，呈圓柱狀，無斷裂現(xiàn)象；根據(jù)水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范（DLPT5200—2004）提出的計算公式，計算出的圍井試驗滲透系數(shù)結(jié)果滿足設(shè)計要求。另外，自從灌漿后,水庫下游的滲流量明顯減小,這也從一個側(cè)面說明高壓擺噴灌漿是成功的。