水庫壩體壩基灌漿施工技術及設計探討

黃德順

(望謨縣水務局，貴州望謨552300)

水庫壩體壩基灌漿施工技術及設計探討

黃德順

(望謨縣水務局，貴州望謨552300)

隨著貴州省水利事業的快速興起，已建或新修的水庫越來越多，大壩施工帷幕灌漿技術被廣泛應用于水庫基壩的處理中，最大限度減小大壩底部的滲透壓力，提高水庫大壩的安全性、穩定性和承載能力。文章結合實例工程概況、施工設計、帷幕灌漿技術措施以及工程質量的檢查等方面進行探討。

水利工程;大壩建設;帷幕灌漿;防滲加固;施工設計

0 概 述

桑郎水庫設計庫容量達1 480萬m3，年供水量633萬 m3，發電裝機12 600 kW，除改善桑郎壩子200 hm2農田的灌溉外，新增自流灌溉面積637 hm2，提水灌溉429.3 hm2，還可為生活及工業提供日用水2萬t。年供水能力為630 m2，工程設計引用流量為20.14 m/s。其防洪標準為300 a一遇。

1 壩基(肩)防滲處理方案的選擇

該水庫建成蓄水后，存在壩體、壩基肩滲漏，特別是庫水位蓄至935.0 m高程時，大壩外坡及下游壩腳附近出現嚴重漏水，滲漏量達12.5 L/s，且滲漏量隨庫水位升高而增大，滲漏嚴重，存在滲透破壞問題，不利于大壩安全;同時根據本次勘探試驗成果分析，壩基也存在嚴重的滲漏問題，且壩基滲流性態存在嚴重安全隱患，故應對大壩壩體、壩基進行防滲處理，結合壩址工程地質條件及滲漏特點，對壩基及溢流堰采用帷幕灌漿治理的方案適合本工程的實際情況。

對大壩壩體的防滲處理方案，一般可采用大壩劈裂灌漿、大壩沖填灌漿、或在上游壩面用土工防滲膜等方案，根據該工程的實際情況，本次大壩壩體的防滲處理方案，采用劈裂灌漿方案治理;對壩下游滲漏塌陷處采用開挖后回填方式治理［1-2］。

2 壩基防滲帷幕灌漿設計

主要包括9個方面的內容:

2.1 防滲標準及邊界條件

該壩壩高21 m屬低壩，防滲標準采用巖體的透水率q≤5 Lu。根據壩址工程地質條件和其他工程類比，并結合勘探孔壓水試驗透水率、裂隙發育情況及地下水位等確定本工程防滲帷幕的邊界條件［3］。具體的帷幕布置及帷幕底界深度如下。

2.1.1 主帷幕

1)帷幕線在壩體段沿壩軸線偏上游布置(便于施工時交通不斷)。

2)左岸帷幕線在壩端斜溢洪道延伸至左岸坡，帷幕端點高程945.0 m，底界高程控制在896.0～915.0 m。

3)右岸帷幕線在壩端斜向上游沿公路邊延伸至民房空隙后再轉向右岸岸坡，帷幕端點高程942.0 m，底界高程控制在896.0～921.0 m;根據以上布置原則，主帷幕長218 m。其防滲邊界條件可在先導孔實施的基礎上作相應的調整［4］。

2.2 帷幕排數、孔距及孔序和工程量

主帷幕及溢流堰補強帷幕均按單排2 m的孔距設計，孔序為3序。

灌漿工程量如下:主帷布孔109個，灌漿總進尺4 181 m。

2.3 鉆孔灌漿施工

灌漿施工本著逐漸加密的原則，先Ⅰ序、后Ⅱ序、再Ⅲ序。先鉆灌先導孔，根據先導孔施工后的鉆灌參數，對灌漿施工作相應調整。嚴格孔位，注意孔斜，并控制孔深［5］。

2.4 壓水試驗及灌漿試驗

先導孔應進行壓水試驗和灌漿試驗，壓水試驗應自上而下采用五點法進行(詳見《水利水電工程鉆孔壓水試驗規程》SL 31—2003)，灌前宜進行簡易壓水，可結合裂隙沖洗進行，裂隙沖洗直至回水清凈時止，壓力為灌漿壓力的80%，≤1 MPa，對巖溶、破碎帶、斷層、軟弱夾層等地段的沖洗應通過現場試驗確定。

2.5 灌漿方法和灌漿方式

2.5.1 灌漿方法

壩基采取自上而下分段灌漿法，段長一般5m，地質情況良好時，最多≤8 m。若遇基巖裂隙發育，巖石破碎應縮短至3～5 m。灌漿段重迭≥0.5 m。

2.5.2 灌漿方式

采用循環式灌漿，壩體與壩基接觸帶單獨灌漿。射漿管距孔底≤50 cm。

2.6 灌漿壓力和漿液變換

根據本工程實際情況和工程類比，壩體可控制在0.1～0.15 MPa，接觸帶壓力建議可控制在0.2～0.25 MPa，并以不引起壩體變形為原則，基巖段灌漿壓力建議控制在0.5～1.0 MPa。各孔的灌漿壓力，應在先導孔灌漿試驗的基礎上，根據實際情況進行［6］。

2.7 灌漿材料

基巖采用的灌漿所用水泥的強度等級可為32.5或以上，所用水泥的細度宜為通過80 μm方孔篩的篩余量≤5%，并符合GB175規范或其它水泥標準的要求。

2.8 灌漿結束和封孔

灌漿段最大壓力下，注入率≤1 L/min后，繼續灌注60 min，可結束灌漿，灌漿封孔采用“分段灌漿封孔法”或“全孔灌漿封孔法”。

2.9 灌漿效果檢查

帷幕灌漿工程的質量應以檢查孔的壓水試驗成果為主，結合竣工資料、施工記錄、成果資料和測試資料的分析，進行綜合評定。檢查標準為:巖體透水率q≤5 Lu。

3 大壩壩體劈裂灌漿設計

大壩壩體劈裂灌漿設計包括以下3個方面:

3.1 目的和防滲標準

根據大壩安全鑒定結論，壩體填筑質量較差，浸潤線較高，壩后坡出現大面積浸潤滲漏，滲漏嚴重，對壩體穩定不利。為增強壩體的密實度，防止壩體滲漏，需進行灌漿處理，確保大壩安全。

防滲標準:幕體泥墻以滲透系數K≤1×10-6cm/s為標準。

3.2 鉆孔深度

以深入到壩基接觸帶為限。

3.3 泥墻厚度的設計及滲透破壞驗算

主要包括6個方面內容:

3.3.1 泥墻厚度計算

該壩為黏土心墻土壩，根據滲流公式，當上游最大水位高度H=20.69 m時，經計算泥墻厚度0.15～0.20 m即可滿足防滲要求［7］。

3.3.2 泥墻厚度的確定

計算公式為:

式中:δ為固結后的泥墻厚度;W為灌進壩體的干土總重;Hcp為泥墻平均高度;L為該壩灌漿段的長度;γd為漿體固結后的干容重，1.45g/cm3;經計算，δ為0.19 m。

3.3.3 滲透破壞驗算

當J≤J允時該泥墻厚度滿足防滲要求，計算公式為:

式中:J為漿體泥墻中的滲透坡降;ΔH為上下游水位差;δ為泥墻厚度;J允為黏性土在有保護條件下的允計滲透坡降。

根據工程類比采用J允=250，如果取帷幕上下游水位差ΔH=20.69 m，當漿體帷幕厚度δ=0.19 m時進行驗算，其結果為:109＜J允=250滿足要求。

3.3.4 灌漿材料和漿液的性能要求

壩體灌漿采用黏土水泥漿，其配合比為水泥占干土料總重量的15%內。灌漿土料選用與壩體填筑土近于一致的土料，建議指標:塑性指數8% ～15%、黏粒含量20% ～30%、粉粒含量30% ～50%、砂粒含量10%～30%、有機質含量 ＜2%、可溶鹽含量 ＜8%，漿液物理力學指標建議為容重1.3～1.6 t/m3、黏度20～70 s，灌前對所用的土料和漿液都應進行相應指標試驗。

選用水泥同壩基帷幕灌漿設計。每孔每次平均灌漿量，以孔深每米孔深控制在0.5～1 m3，每孔灌漿次數應在5次以上［8］。

3.3.5 灌漿壓力的確定

灌漿壓力指注漿管上端孔口壓力，灌漿施工時應控制在最大允許灌漿壓力以下。本次劈裂灌漿最大允許灌漿壓力用以下公式估算:

式中:ΔPmax為孔口最大允許灌漿壓力，MPa;h計算點以上的壩高，m;h'為全孔灌漿時注漿管高度，m;γ為壩體土的容重，t/m3;γ漿為漿液容重，t/m3;бt為壩體土單軸抗拉強度。

計算時注漿管口高出壩頂0.5 m，管底距壩底0.5 m，即 h=h'，即 ΔPmax=h(γ土- γ漿)+ бt。

式中采用 γ =1.75 g/cm3、γ漿=1.6 g/cm3、бt=0.15 kg/cm2、1 kgf=9.8 ×104Pa，計算結果見表1。

表1 灌漿壓力計算成果表

根據以上壓力計算參數，暫推薦表1為本次灌漿使用壓力值，待施工時先導孔的鉆灌試驗后，根據具體資料進行相應調整，使之更合理。在施工中，不允許壩頂產生很大的裂縫，要求達到“內劈外不劈”的原則，壩頂劈裂長度控制在一序孔間距以內，寬度控制在1～3 cm，以每次停灌12 h后回彈閉合為宜。

表2 灌漿壓力推薦表

3.3.6 灌漿施工

主要包括4個方面內容:

3.3.6.1 準備工作

1)選代表性壩段應做灌漿試驗，試驗孔不少于3個，其內容有灌漿壓力、吃漿量及泥漿容重、壩體位移和裂縫等。

2)灌漿所用土料和漿液都應進行試驗，土料試驗包括:顆粒分析、有機質含量及可溶鹽含量等，漿液試驗包括:容重、黏度、穩定性、膠體率及失水率等。

3.3.6.2 鉆孔

按設計孔位分序造孔，應干法造孔，不得用清水循環鉆進，并作好造孔的記錄和描述，如發現特殊情況時，應詳細記錄并分析處理。

3.3.6.3 制漿及灌漿

1)土料應先在泥漿池內浸泡數小時，攪拌成漿，通過過濾篩清除大顆粒和雜物，漿前再通過35孔/cm2的過濾篩。

2)應先灌河床段，后灌岸坡段。采用孔底注漿全孔灌注的方法。先用稀漿3～5 min后再加大泥漿稠度。在灌漿中，應先對第一序孔輪灌，采用“少灌多復”的方法，待第一序孔灌漿結束后，再進行第二序孔。

3.3.6.4 灌漿結束標準及封孔

當漿液升至孔口，經連續復灌3次不再吃漿時，即可終止灌漿。灌完后，可將注漿管拔出，注滿容重＞1.5 t/m3的稠漿，若漿面下降，繼續灌注稠漿，直至漿面升至壩頂不再下降為止。

4 結語

帷幕灌漿技術是目前水利建設基底防滲加固的主要方法，根據工程實際情況，從灌漿施工前后對照可以看出，選擇用帷幕灌漿的這一常規方法處理水庫大壩壩基滲漏是可行的，施工易行、節省投資效果是明顯的，可以達到防滲加固的目的。

［1］花艷.漁洞水庫大壩基礎帷幕灌漿施工及其效果［J］.中國西部科技，2006(19):24-26.

［2］李焰，余常茂.三峽壩基灌漿施工主要技術問題及解決措施［J］. 水利水電科技進展，2007，27(01):31-35.

［3］胡軍.水利工程壩基灌漿施工技術［J］.科技與企業，2011(07):102-103.

［4］王貴生，宋福寶，孫培欽.老虎洞水庫除險加固工程壩基灌漿施工［J］.河南水利，2004(01):25.

［5］王建，王富，萬連賓.某水利樞紐工程壩基灌漿施工優化［J］. 甘肅水利水電技術，2011，47(02):56-58.

［6］唐淑玲.水庫壩基灌漿施工質量技術［J］.廣西質量監督導報，2010(09):29-31.

［7］馬邦凱，羅建林.東西關水電站壩基灌漿施工［J］.水力發電，1996(05):23-25.

［8］邱灝.水利工程防滲處理施工技術綜評［J］.黑龍江水利科技，2011，39(01):13-14.

TV543

B

1007-7596(2014)05-0120-03

2013-09-06

黃德順(1978-)，男，貴州望謨人，助理工程師，研究方向為水利工程設計、建設及管理等。