水庫大壩除險加固工程中的帷幕灌漿施工

□孟 秋 □于 雷（遼寧省清河水庫管理局）

水庫大壩除險加固工程中的帷幕灌漿施工

□孟 秋 □于 雷（遼寧省清河水庫管理局）

帷幕灌漿施工是水庫除險加固工程的技術(shù)關(guān)鍵，不但提高了壩基的防滲效果系數(shù)，也實現(xiàn)了工程低成本造價目標(biāo)，是目前小型水庫大壩滲漏處理的最優(yōu)選方案。文章以遼河流域最重要的水利樞紐工程之一清河水庫為背景，探討了大壩除險加固工程中帷幕灌漿的設(shè)計、試驗及施工過程，證明帷幕灌漿施工技術(shù)在大壩除險加固工程中的特殊價值。

除險加固；帷幕灌漿；試驗；清河水庫

0 引言

清河水庫位于遼河流域支流的清河下游，該水庫主要以防洪與灌溉為主，同時也兼顧提供工業(yè)供水、養(yǎng)魚及旅游等周邊項目，是綜合利用型大型水利樞紐工程。

1 清河水庫工程改造的主要問題及其設(shè)計內(nèi)容

1.1 工程概況

清河水庫的總庫容達(dá)到9.68×108m3，按照《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》的SL252-2000規(guī)定，清河水庫屬于大型水利樞紐工程，它的工程等級劃分為II類，是2級水工建筑物，它的抗震設(shè)計烈度為7度。

清河水庫大壩為典型的粘土斜墻砂礫壩，它的防浪墻頂高程為140.45 m，最大壩高為40.75 m，防洪標(biāo)準(zhǔn)為500 a一遇洪水設(shè)計，10000 a一遇洪水校核。水庫正常高水位為131 m，防洪限制水位127 m，死水位109.70 m，設(shè)計洪水位135.10 m，它的相應(yīng)庫容為7.97x108m3，校核洪水位138.06 m，相應(yīng)庫容達(dá)到9.68x108m3。

1.2 現(xiàn)存問題

清河水庫建成較早（1958年），在50余年的運(yùn)行中由于設(shè)備及建筑逐漸老化和技術(shù)落后逐漸暴露出各種問題，產(chǎn)生了由設(shè)施超期服役而造成的諸多安全隱患。基本上該大壩工程存在以下幾個主要問題。

第一，大壩的防洪標(biāo)準(zhǔn)基本沒有達(dá)到規(guī)范要求，大壩高度有限；第二，大壩所處遼河上游的護(hù)坡出現(xiàn)風(fēng)化、破損現(xiàn)象，造成壩體厚度不足的問題，同時下游護(hù)坡碎石風(fēng)化也較為嚴(yán)重；第三，下游排水體排水不暢，防浪墻存在較大范圍裂縫。

1.3 設(shè)計內(nèi)容

清河水庫大壩除險加固工程設(shè)計主要圍繞除險加固展開，首先要對大壩進(jìn)行加高，將原壩頂構(gòu)筑物全部拆除，采用壩頂“戴帽培厚加高”的方式對大壩上游L型防浪墻進(jìn)行原位重置。同時，壩頂下游側(cè)要取消L型擋墻并同時設(shè)置路緣石，加厚壩體向下游培厚，確保下游一級馬道以上邊坡坡比從1:2.25變?yōu)?:2，這樣壩肩就能直接與壩體相連接。

壩體上下游護(hù)坡不穩(wěn)也要進(jìn)行改造，主要在上游采用0.40 m厚度干砌石護(hù)坡，護(hù)坡改造底高程設(shè)置為116 m。下游采用干砌毛料石框格填碎石進(jìn)行護(hù)坡。壩頂位置的改造，要在其上游側(cè)重建鋼筋混凝土防浪墻，并重新鋪設(shè)壩頂路面。最后是大壩左右岸壩頭的山體加固，清河水庫采用了削坡配合防護(hù)相結(jié)合的綜合性處理方案。

以上針對清河水庫大壩的除險加固工程設(shè)計核心內(nèi)容就是帷幕灌漿，下文經(jīng)將對帷幕灌漿的相關(guān)設(shè)計、試驗與施工工藝流程作出解析[1]。

2 大壩除險加固工程的帷幕灌漿施工

2.1 灌漿設(shè)計

清河水庫大壩的防滲帷幕設(shè)計主要沿大壩軸線進(jìn)行布置，其帷幕主要分為主、副兩排，主帷幕長度為350 m，里程樁號為0-063.0～0+237 m。考慮到大壩原臨時溢洪道附近存在嚴(yán)重漏水問題，所以要在該部位強(qiáng)化布置雙排孔，保持排距為1 m，而副帷幕上游排的里程樁號設(shè)置為0+002.0～0+080.0 m。

大壩的灌漿孔設(shè)計了218個，其中有20個是試驗孔，距離主帷幕下游1 m左右處還要增添4個補(bǔ)強(qiáng)孔。

2.2 灌漿方法

本次除險加固工程防滲帷幕的灌漿主要采用填充式灌漿法，選擇在壩基與兩岸坡位置采用帷幕灌漿方法，其中壩基處灌純水泥漿，結(jié)合部灌注的是1:1比例的水泥粘土混合漿。壩體部分通過灌漿試驗來確定級別相對適應(yīng)的水泥粘土混合漿。其中灌漿的初始壓力設(shè)置為0.03～0.05 MPa，主要利用灌漿試驗來確定符合清河水庫大壩的實際灌漿壓力，如圖1。

圖1 清河水庫大壩灌漿施工方法基本示意圖

2.3 灌漿試驗

此次工程的灌漿試驗主要根據(jù)基本設(shè)計要求在灌漿施工前進(jìn)行。而在施工過程中，試驗區(qū)則應(yīng)該布置在帷幕線上，并根據(jù)清河水庫大壩的樞紐部位地質(zhì)條件來檢測大壩滲漏的嚴(yán)重程度。主要在主帷幕線上所選擇的4個試驗區(qū)段進(jìn)行灌漿試驗，充分利用20個試驗孔來進(jìn)行灌漿試驗。通過灌漿試驗結(jié)果來確定灌漿施工中的各項主要參數(shù)。

2.4 灌漿施工工藝流程

在帷幕灌漿施工前要對現(xiàn)場進(jìn)行布置，例如：要滿足施工用水需求，在大壩的左壩坡處建立一個高位水池，并在水庫內(nèi)設(shè)立潛水泵持續(xù)不斷向水池送水。在大壩右岸位置利用溝渠水向灌漿站與鉆機(jī)內(nèi)供水，時刻保持水量充足。

供電系統(tǒng)方面主要供應(yīng)攪拌機(jī)、灌漿泵和照明用電系統(tǒng)，由大壩左側(cè)所設(shè)置的變壓器架線引入提供電力。為了避免停電造成帷幕灌漿施工停滯，需要配備柴油發(fā)電機(jī)，作為備用電源使用。

最重要的灌漿系統(tǒng)分別在壩肩的左右兩側(cè)各設(shè)置一個綜合性漿站，該漿站不但配備有土料堆聚場、水泥庫房，還包括一個儲備原漿的儲漿池、兩臺立式雙層攪拌機(jī)和兩臺灌漿泵。兩個漿站主要負(fù)責(zé)左右兩壩段的灌漿封孔工作，并負(fù)責(zé)完成包括配漿、制漿、灌漿和封孔在內(nèi)的所有工序內(nèi)容。在壩面的兩側(cè)道也安裝了6.67 cm的鍍鋅鐵管作為帷幕灌漿的輸出輸入回漿管。灌漿孔位置的進(jìn)漿管由高壓膠管與普通膠管共同構(gòu)成。

2.4.1 制漿工藝

制漿工藝主要采用的是粘土漿用濕法加工方法，它所采用的是0.50 m3的立式攪拌桶來制作粘土濃泥漿，并將制成的漿存儲于泥漿池中作備用。作為灌漿使用的泥漿要經(jīng)過40目/cm2的方孔篩進(jìn)行過篩。在混合漿配置過程中要將原漿液注入到容積為150～200 L的立式攪拌桶中，利用婆梅式比重計對施原漿比重進(jìn)行測定，在計算好泥漿與水泥、水的配合比用量后均勻攪拌，然后準(zhǔn)備灌漿[2]。

2.4.2 帷幕灌漿的施工工藝流程

清河水庫大壩的帷幕灌漿主要施工工藝流程如下：

鉆孔—沖孔撈渣—孔深測量—壓水試驗—灌漿—待凝—掃孔—灌漿后壓水試驗。上述流程完成并合格以后就要展開下一段鉆灌，如果上述流程不合格還要實施復(fù)灌以求達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。在反復(fù)灌漿過程中也要明確和校正鉆孔終孔孔深，同時測量基于分段壓力下的灌漿封孔狀況，確保帷幕灌漿施工質(zhì)量。

2.4.3 灌漿壓力測試

按照灌漿試驗的結(jié)果，對生產(chǎn)性灌漿進(jìn)行壓力值測試。要求采用0.02～0.04 MPa的壩土和0.05～0.40 MPa的基巖。灌漿壓力要根據(jù)不同的帷幕灌漿管段來進(jìn)行不同深度的逐級增大，如果壓力過大則容易出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象，嚴(yán)重影響灌漿質(zhì)量。所以在壓力測試時要保持對孔口段的壓力控制，將壓力控制在較低水平，同時控制灌漿速率，這也有利于提高灌漿的整體質(zhì)量。

灌漿的最終標(biāo)準(zhǔn)就是在設(shè)計壓力下形成單位吸漿量的規(guī)律性減少，確保其吸漿速率≤0.40 L/min，并持續(xù)灌漿60 min以上才能宣告本段灌漿完全結(jié)束。

在對帷幕灌漿的壓水試驗方面要對其壓力P、流量Q進(jìn)行計算，確保連續(xù)4次讀數(shù)中的最大值與最小值之差，并要求小于終值的10%左右，以最終值作為計算值，它的計算公式為：

單點法：q=Q/PL

五點法：q=Q3/P3L

式中，q代表帷幕灌漿試驗段的透水率，L代表試驗段的具體長度，Q代表壓入流量，Q3代表第三壓力段的計算流量（L/min），而P和P3代表作用于試驗段的全壓力以及第三階段全壓力（MPa）。

2.5 帷幕灌漿施工中需要注意的特殊狀況

首先，是繞塞返漿問題?？紤]到清河水庫大壩的壩土整體土質(zhì)比較疏松，且風(fēng)化強(qiáng)烈，使得護(hù)壁套管的下入段非常容易松動。所以在灌漿過程中，應(yīng)該注意對漿液沿管壁返出的處理方法。最好在管腳處用水泥止水，并在孔口設(shè)置水泥袋進(jìn)行封堵。如果該方法無效還可以再進(jìn)行濃漿灌注待凝，并在期間選擇間歇性灌漿。

其次，是串漿問題。如果發(fā)現(xiàn)串漿，就必須將串孔孔口用膠帶封住才能繼續(xù)灌注。如果正在鉆井的孔內(nèi)出現(xiàn)串漿情況，就要立即停止對該孔實施灌漿，待漿液凝結(jié)以后再繼續(xù)灌漿，確保灌漿質(zhì)量。如果在灌漿過程中出現(xiàn)壩面或壩背的排氣、排水或冒漿現(xiàn)象時，應(yīng)該考慮封堵冒漿點表面。可以采用交換濃漿、減壓、限流或慢灌等方法來進(jìn)行處理。

最后，是漏漿。如果帷幕灌漿過程中吃漿量過大且不起壓，也會出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。此時可以采用間歇帷幕灌漿灌注方法，并在原溢洪道附近進(jìn)行灰?guī)r塊回填，緩解帷幕灌漿所出現(xiàn)的巖塊石架空隙大、漏漿嚴(yán)重等問題。另外也可以采用濃漿配合粗砂灌注的復(fù)灌方法，以終灌質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。

3 結(jié)論

由于清河水庫大壩建造年代久遠(yuǎn)，所以必須對其進(jìn)行除險加固，以帷幕灌漿來實現(xiàn)壩基壩體的防滲效果。該工程中防滲質(zhì)量滿足了相關(guān)設(shè)計要求，且在工程造價控制方面也相當(dāng)?shù)皿w。這也證明了帷幕灌漿的確是小型水庫除險加固、防滲止漏的最佳方案。

[1]韓富存.泌陽縣上曹水庫除險加固工程大壩帷幕灌漿施工工藝[J].河南水利與南水北調(diào),2011(20):73-74.

[2]王建輝,郭孝義,曹麗紅等.小水庫除險加固工程大壩帷幕灌漿施工過程中常見問題處理——以金龍嘴水庫除險加固工程大壩帷幕灌漿施工為例[J].科技信息,2010(24):712.

（責(zé)任編輯：左英勇）

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