大垅口水庫大壩除險加固技術(shù)方案

周偉峰

(寧德市蕉城區(qū)水利局，福建 寧德 352100)

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大垅口水庫大壩除險加固技術(shù)方案

周偉峰

(寧德市蕉城區(qū)水利局，福建 寧德 352100)

大垅口水庫位于寧德市蕉城區(qū)漳灣鎮(zhèn)半山村上游約500m處河道上，壩址上部流域面積為1.42km2，主河道長1.45km，河道的平均坡降為31.9‰。水庫總庫容為83.2 萬 m3，是一座以灌溉為主的小(2)型水庫。大垅口水庫工程各建筑物存在諸多問題，水庫長期處于帶病狀態(tài)，使水庫不能發(fā)揮應(yīng)有的綜合利用效益，已嚴(yán)重影響水庫的安全運行。文章對蕉城區(qū)大垅口水庫大壩滲漏原因進行分析，論述了單管高壓旋噴防滲墻結(jié)合復(fù)合土工膜防滲技術(shù)要點、工程施工及體會、防滲加固效果。

病險水庫；大壩；單管高壓旋噴防滲墻；復(fù)合土工膜

1 工程概況

大垅口水庫位于寧德市蕉城區(qū)漳灣鎮(zhèn)半山村上游約500m處河道上，壩址上部流域面積為1.42km2，主河道長1.45km，河道的平均坡降為31.9‰。水庫總庫容為83.2 萬 m3，是一座以灌溉為主的小(2)型水庫。大壩壩型為均質(zhì)土壩，壩頂長度133.0m，最大壩高13.5m，壩頂高程20.1m，正常蓄水位為16.74m，死水位為 10.74m。水庫工程始建于1957年9月，1958年12月完工。2011年5月，寧德市蕉城區(qū)水利局組成評審鑒定小組對《蕉城區(qū)大垅口水庫大壩安全評價報告》進行評審與鑒定，其結(jié)論為：大壩原施工質(zhì)量評為不合格，水庫運行管理評價為差，防洪標(biāo)準(zhǔn)、滲流安全、金屬結(jié)構(gòu)均評為C級，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全評為B級。評審鑒定小組評定本水庫大壩屬于Ⅲ類壩。

2 滲漏原因及處理方案

2.1 滲漏原因分析

該大壩壩面大部分長滿雜草，背水坡右側(cè)還長有樹木，局部有凹陷，大壩外觀形象差；粉質(zhì)黏土作為主要的壩體填筑土，其局部為細粒土質(zhì)砂或者低液限黏土，不夠均勻；局部壩體滲漏比較嚴(yán)重、左壩基滲漏較嚴(yán)重，背水坡左側(cè)下部輸水涵洞尾部坍塌漏水，造成背水坡塌陷，出現(xiàn)2個塌洞，當(dāng)水庫水位超過16m高程時，左岸背水坡出現(xiàn)滲流、濕壩現(xiàn)象；上游護坡質(zhì)量差、下游無護坡、貼坡排水體堵塞失效等，大垅口水庫工程各建筑物存在諸多問題，水庫長期處于帶病狀態(tài)，使水庫不能發(fā)揮應(yīng)有的綜合利用效益，已嚴(yán)重影響水庫的安全運行。以地質(zhì)勘察報告為依據(jù)，壩體填筑土質(zhì)存在較大偏差，使其整體填筑達不到同等的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致壩身密度不均，局部滲透也比較嚴(yán)重。同時注水試驗成果為壩體填筑土的滲透系數(shù)K=1.86E-05～8.20E-04(cm/s)，平均值為1.66E-04(cm/s)，其透水層呈現(xiàn)弱-中等性狀，而其中左岸鉆孔孔深4.6m處滲透系數(shù)達到8.20E-04強的中等透水，相較于相關(guān)規(guī)定，滲透系數(shù)也比較低。且根據(jù)鉆探揭示局部出現(xiàn)滲漏及接觸漏水的情況，說明壩體及壩體與壩基接觸部位防滲處理存在欠缺，由此可見壩體存在局部滲漏及接觸滲漏，長期發(fā)展會形成流土、接觸流失，進而會影響到壩體的使用功能甚至?xí)斐删植炕蛘w失穩(wěn)，造成嚴(yán)重的后果。對《大垅口水庫大壩安全評價報告》進行分析，并對現(xiàn)場進行勘察，筆者認(rèn)為導(dǎo)致大垅口水庫壩體滲漏的原因主要表現(xiàn)在以下3個方面：①大壩施工過程中，受到施工環(huán)境和施工條件的限制，導(dǎo)致其填筑材料性能不達標(biāo)、壓密度和施工質(zhì)量達不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等，從而引發(fā)相關(guān)質(zhì)量問題和安全隱患；②大壩投入使用的時間比較長，已經(jīng)超出了安全年限，加之缺乏新型工藝和技術(shù)的支撐，大壩老化，防滲效果嚴(yán)重下降；③大壩受到蟻穴和樹根等外部條件侵襲。壩坡投入使用之后，不注重對其進行維護和管理，導(dǎo)致壩坡上方有較多的樹木、雜草和蟻穴等，影響壩體的滲透性，導(dǎo)致其防滲效果不佳[1]。

2.2 處理方案

筆者對大垅口水庫大壩現(xiàn)狀、存在問題和原因進行分析，立足于大壩滲透根源。應(yīng)用單管高壓旋噴防滲墻和復(fù)合土工膜防滲相結(jié)合的方式，與單一的單管高壓旋噴防滲墻方案進行比較分析。因為考慮到項目除險加固專項經(jīng)費有限，全壩段單管高壓旋噴防滲墻造價高、技術(shù)要求高，而單管高壓旋噴防滲墻結(jié)合復(fù)合土工膜防滲既能有效對壩基進行防滲加固，質(zhì)量容易控制，工程投資較低，所以采用單管高壓旋噴防滲墻(死水位以下)結(jié)合復(fù)合土工膜(死水位以上)進行防滲加固，具有質(zhì)量、資金和便利度方面的優(yōu)勢。技術(shù)人員應(yīng)該對管高壓旋噴防滲墻(死水位以下)和復(fù)合土工膜(死水位以上)防滲進行同步應(yīng)用，以達到良好的防滲與加固效果。高壓旋噴防滲墻的應(yīng)用原理是，借助鉆機、注漿管和高壓泥漿泵等裝置，對水泥漿液進行處理，使其形成高速噴射流，向土體中噴入。并通過液體沖擊力對土層進行切削，并對鉆桿旋轉(zhuǎn)速度和提升速度進行控制，確保土體和水泥漿能夠被充分?jǐn)嚢杌旌希M而凝固，呈現(xiàn)樁柱或者板墻狀的凝結(jié)體，進而對達到良好的地基防滲和承載效果。其主要被應(yīng)用到死水位以下壩體[2]。復(fù)合土工膜具有不透水性，能夠達到良好的防滲效果。其的應(yīng)用原理是將土工膜和土工織物進行復(fù)合。技術(shù)人員在壩坡上對其進行平鋪，應(yīng)用土工織物對土工膜進行保護，使其不受運輸和施工過程的影響，進而提升膜面的摩擦度。在本工程中主要應(yīng)用在死水位以上壩體，以達到即防滲又能節(jié)省工程造價的目的。

3 工程施工

3.1 單管高壓旋噴樁防滲墻施工

本工程單管高壓旋噴樁布置在死水位以下，具體施工在上游壩坡高程10.74m(死水位)開挖一平臺，與壩軸線平行，寬度2m，沿平臺中心線布置一排單管高壓旋噴防滲墻，高壓旋噴灌漿軸線長65m，最大孔深6.5m，采用單排布孔，孔距 0.4m，孔徑 0.6m。在該高程以上則采用高強加筋復(fù)合土工膜防滲。主要工藝流程為：平整場地→挖排泥溝→放線定位→鉆機就位→鉆孔→旋噴→邊噴射邊提升→成樁→回填灌漿和起拔孔口管→下一道孔施工。

3.2 復(fù)合土工膜防滲施工

在上游壩坡死水位以上布置復(fù)合土工膜進行防滲，鋪設(shè)前要對大壩坡面先進行清潔和平整，然后再進行相關(guān)鋪設(shè)。施工人員要注重對復(fù)合土工膜的鋪設(shè)過程進行控制，在平地上對4m窄幅進行拼接，使其寬度達到20m，滿足相關(guān)要求。然后按照從上向下的順序?qū)ζ溥M行鋪設(shè)，并注重于壩軸線方向進行垂直。坡面鋪設(shè)在驗收合格后，從壩頂向下沿垂直壩軸線方向緩慢展鋪到高壓旋噴的頂處，并與高壓旋噴形成的混凝土防滲墻相接。復(fù)合土工膜與水庫庫案周邊的連接，采用庫岸挖槽，嵌入現(xiàn)澆混凝土的方法連接。施工人員要將防浪墻體錨入壩頂部分，確保其與土工膜長度相匹配。進而應(yīng)用C25混凝土對槽內(nèi)進行回填錨固；同時，需要在壩體和山體交接處進行斷面開挖，將其底寬控制在30cm，深 50cm，邊坡 1∶0.3的溝槽，固埋溝中鋪上厚5cm、M10水泥砂漿，將膜鋪在上面一半的位置，墊上厚 5cm、M10水泥砂漿，然后澆筑C25混凝土截水墻固埋。下端固埋則采用混凝土防滑礅(高噴防滲墻混凝土平臺)，膜料嵌入其下，以防膜料和保護層滑動，上端嵌入壩體 1.5m 固埋。主要工藝流程為：壩坡面平整及壩坡調(diào)整 → 基礎(chǔ)部分開挖及清理 → 防滑齒槽開挖 → 周邊固埋溝開挖 → 鋪設(shè)復(fù)合土工膜、薄膜及無紡布連接 → 回填夯實齒槽→ 周邊固埋溝回填 → 鋪設(shè)砂石混合墊層 → 干砌塊石保護層 → 驗收。

4 施工注意事項

1)由于考慮到項目除險加固專項經(jīng)費有限，全壩段單管高壓旋噴防滲墻造價高、技術(shù)要求高，而單管高壓旋噴防滲墻結(jié)合復(fù)合土工膜防滲既能有效對壩基進行防滲加固，質(zhì)量容易控制，工程投資較低，所以最終選擇了本方案進行加固。

2)本工程復(fù)合土工膜的錨固有上部與壩頂?shù)倪B接和下部與高壓旋噴防滲墻的連接。為了防止因沉陷而導(dǎo)致復(fù)合土工膜破壞，所以在連接過程要求嚴(yán)密、牢靠，留有伸縮余量。

3)該水庫高壓旋噴灌漿過程中出現(xiàn)孔口不返漿現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)場觀察分析，該情況主要是根源于壩體地質(zhì)條件。其主要是因為壩體填土密實度不足、殘坡積或者全風(fēng)化土層中的細小顆粒受地下水沖刷而流失，形成空洞和槽溝。施工人員要對其施工過程進行控制，應(yīng)用原位噴射的方式，對水量、漿密度和濃度等進行控制，并對添加劑進行應(yīng)用。

4)本工程灌漿過程中的間斷灌漿施工主要表現(xiàn)在設(shè)備故障、供電中斷、管路和噴嘴堵塞等。技術(shù)人員要對其故障原因進行分析，并對相關(guān)配件進行更改，將噴漿管下入事故控制在停噴前0.5m，進而對相關(guān)灌漿工作進行恢復(fù)。然后進行施工，避免間斷對防滲墻整體性能造成破壞。

5)注重對灌漿過程中的廢水和廢渣等進行回收和處理，避免對周邊環(huán)境造成影響。該工程中對廢渣進行收集，進而將其應(yīng)用到防汛道路路基施工中或者停車場修建中，最大程度提高整體工程效益。

5 大壩加固效果

施工人員要嚴(yán)格按照正確的操作流程和工藝標(biāo)準(zhǔn)對大垅口水庫大壩進行施工。該工程于2012年2月15日開始，5月10日全部完成，單管高壓旋噴樁總鉆孔1167m，單管高壓灌漿1167m。完成單管高壓旋噴樁施工后，要對墻體開挖和抽芯進行檢測。檢測結(jié)果：芯樣試件抗壓強度試驗6組，最大代表值和最小代表值分別為4.8MPa和2.7MPa，與設(shè)計要求相匹配；依據(jù)抽芯完成樁孔施工之后，按照相關(guān)規(guī)范進行靜水頭注水試驗，通過試驗結(jié)果對孔各試驗段的滲透系數(shù)進行檢查，其與國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符合。復(fù)合土工膜抽檢試驗數(shù)據(jù)也滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。從水庫除險加固后運行4a多以來，壩體滲漏明顯減少，下游浸潤線降低，有利于下游壩坡穩(wěn)定，基本消除了壩體滲漏隱患。

6 結(jié)論和建議

本人結(jié)合大垅口水庫工程具體實例，詳細論述了單管高壓旋噴防滲墻結(jié)合復(fù)合土工膜防滲加固方案在工程中的應(yīng)用，即壩體底部與壩基結(jié)合部位采用旋噴樁防滲、使得壩基結(jié)合面滲漏通道能得到較好封閉，也利用了在壩體水上部分鋪設(shè)土工膜、施工方便、防滲效果好且經(jīng)濟的特點，二者各自優(yōu)勢能得到較好結(jié)合，其對壩體的防滲堵漏有著明顯的效果，具有較好的安全性和耐久性。

[1]楊國華.大壩工程除險加固設(shè)計實例及其分析探討[J].科技與企業(yè)，2015(09)：45-46.

[2]陳延生.葦子溝水庫大壩除險加固設(shè)計[J].黑龍江水利科技，2014(12)：62-63.

文章編號：1007-7596(2016)08-0086-03

[收稿日期]2016-07-24

[作者簡介]燕洪軍(1972-)，男，遼寧遼中人，工程師，研究方向為農(nóng)田水利建設(shè)與管理。

TV698.23

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1007-7596(2016)08-0089-02

2016-07-18

張桂芳(1982-)，女，黑龍江大慶人，工程師。