水庫除險加固方案比較淺析

□陳　光（福建省長樂市古槐鎮人民政府農業服務中心）

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水庫除險加固方案比較淺析

□陳光（福建省長樂市古槐鎮人民政府農業服務中心）

摘要：為進一步了解和掌握高壓旋噴樁、帷幕灌漿和復合土工膜防滲的施工技術，促進我國建筑行業的健康可持續發展，文章結合長樂市井門水庫大壩施工中的高壓旋噴樁、帷幕灌漿和復合土工膜防滲技術的特點、施工方法及防滲效果進行系統的研究和討論。力求能夠為類似工程施工提供適時的參考。

關鍵詞：單管高壓旋噴樁；帷幕灌漿；復合土工膜；大壩防滲加固

0　引言

新中國成立以來，我國已建成大、中、小型水庫8.70萬多座，其中小型水庫8.30萬多座，庫容在10～1000萬m3之間，這些水庫為防御洪水災害和保障國民經濟建設發揮了重要作用。但由于各種原因，目前，許多水庫存在著防洪標準偏低，達不到有關規范、規定要求，以及工程本身質量差，工程老化失修等問題，形成了大量的病險水庫，工程不能正常運行，嚴重威脅著下游人民生命財產的安全或不能充分發揮其效益。有些病險水庫下游是重要城鎮、廠礦、交通干線，位置險要。影響城鎮安全的大、中型水庫，這些險庫急需抓緊除險加固。

1　水庫概況

井門水庫位于長樂市古槐鎮井門村，距離長樂市區約19km，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養殖等綜合利用的小（2）型水庫。水庫壩址以上集雨面積0.70 km2，主河道長度0.73 km，河道比降181.82‰。井門水庫于1988年建成投入運行，已運行20多年。井門水庫總庫容13.01萬m3，興利庫容5.65萬m3，死庫容4.60萬m3。水庫實際灌溉面積40 hm2，下游保護人口2000人。依據《防洪標準》和《水利水電工程等級劃分及防洪標準》規定，井門水庫為Ⅴ等小（2）型水庫工程，大壩、放水涵管等主要建筑物為5級，施工臨時性建筑物為5級建筑物。大壩防洪標準按20 a一遇洪水設計，100 a一遇洪水校核；消能防沖建筑物洪水標準為10 a一遇洪水。水庫設計灌溉面積40 hm2，涉及下游人口2000人，受益古槐鎮，為古槐鎮工農業生產發揮了巨大作用。

2　大壩現狀及存在的問題

井門水庫由于當時的施工條件和施工水平限制，施工質量一般，同時受條件限制，也沒有當時的施工記錄和質量檢測報告。經20多年運行，工程存在較多的安全隱患，建筑物一有不同程度的損壞，設施老化，很大程度上影響了工程效益的發揮。因此，需全面徹底進行除險加固。根據安全鑒定報告和本次除險加固現場檢查、地質勘探和理論分析計算，目前水庫存在的主要問題為壩體滲流，未設排水體的壩段浸潤線均從下游壩坡逸出，該段壩坡滲流不穩定，不能滿足規范要求；工程運行中，存在壩體、壩基及繞壩滲漏隱患。井門水庫建成以來，在灌溉等方面發揮了重要作用，產生了顯著的社會效益和經濟效益。但水庫建成運行已經20多年，受水庫管理和資金上原因的限制，水庫自竣工蓄水運行以來水庫經歷多次險情，但都沒有進行過較為徹底的加固處理。鑒于井門水庫存在的諸多問題，工程的三大建筑物不同程度出現了不安全因素，危及水庫的正常運行，需要進行除險加固。該水庫的安全直接關系到當地的農業生產和下游群眾的生命安全。為確保水庫的安全運行，充分發揮水庫的灌溉、防洪等綜合效益，對井門水庫進行除險加固是必要的。

3　大壩維修加固方案的選擇

3.1防滲問題分析

根據地勘鉆探揭露，水庫為均質土壩，現有大壩填土多呈可塑狀，室內試驗總體屬于弱透水層，但壩體土質均勻性較差，局部含防滲性能較差的碎礫石，注水試驗結果表明壩體局部滲透系數＞1×10-4cm/s，屬于中等透水層，不滿足《碾壓式土石壩設計規范》要求，說明填筑土（壩體填土）不均勻，碎礫石及砂含量約占43.10%，壩體分層填土的結合情況一般，存在滲漏。勘察期間發現涵管管道出口處見有滲漏現象。壩基表層分布有含碎礫石粘土。根據注水試驗資料：大壩壩基分布含碎礫石粘土，屬于中等透水層（局部屬弱透水層），壩基存在滲漏。根據注水試驗表明，粉質粘土整體滲透系數＜10-4cm/s，屬于弱透水層。根據計算，壩基滲漏量為164.10 m3/d，建議對壩基進行灌漿處理。大壩左右岸壩肩分布有含碎礫石粘土，據現場注水試驗，屬于中透水層，存在繞壩滲漏。根據計算，繞壩滲漏為288.10m3/d，建議對壩肩進行灌漿處理。

3.2防滲方案確定

3.2.1方案一：上游壩坡鋪設土工膜+壩基帷幕灌漿方案

本方案大壩壩體防滲采用復合土工膜（兩布一膜）防滲，壩基防滲采用帷幕灌漿防滲。具體方案為：在上游壩坡高程22.50 m處開挖帷幕灌漿平臺，平臺寬3.00 m，上游壩坡兩側壩體與壩坡結合處利用混凝土結合槽、壩頂兩側壩肩對壩基進行帷幕灌漿，帷幕灌漿軸線為混凝土結合槽中心線，帷幕灌漿孔向兩岸延伸，向右岸壩肩延伸21 m，向左岸壩肩延伸19 m，單排布孔，帷幕灌漿軸線總長324 m，共布孔121孔。帷幕灌漿頂部設C20混凝土壓頂，22.50 m高程平臺處壓頂混凝土寬0.90 m，厚0.50 m，兩側壩體與壩坡結合處混凝土結合槽頂寬0.70 m，底寬0.50 m，高0.75 m。擬在大壩迎水坡自帷幕灌漿頂至壩頂防浪墻間鋪設一層復合土工膜防滲，土工膜向兩岸延伸1.00 m，兩岸延伸部分用粘土回填整平、拍實，再鋪設復合土工膜，在復合土工膜上鋪0.10 m厚的砂墊層和0.10 m厚的碎石墊層，最后鋪設干砌塊石，厚0.30 m，并設置C20混凝土結合槽，兩岸壩肩土工膜埋入混凝土結合槽；土工膜埋入帷幕灌漿頂部混凝土，土工膜彎折后深入混凝土的長度≥50 cm；新建壩頂防浪墻為漿砌石結構，土工膜埋入防浪墻底部基礎，保證大壩防滲整體封閉。

帷幕灌漿范圍：在上游壩坡高程22.50m處開挖帷幕灌漿平臺，平臺寬3.00m，上游壩坡兩側壩體與壩坡結合處利用混凝土結合槽、壩頂兩側壩肩對壩基進行帷幕灌漿，帷幕灌漿軸線為混凝土結合槽中心線，帷幕灌漿孔向兩岸延伸，向右岸壩肩延伸21m，向左岸壩肩延伸19 m，單排布孔，帷幕灌漿軸線總長324 m，灌漿樁號為灌0+000～灌0+324.00，共布孔121孔，帷幕灌漿鉆孔總進尺740m，帷幕灌漿總進尺680m。帷幕灌漿頂部設C20混凝土壓頂，22.50m高程平臺處壓頂混凝土寬0.90m，厚0.50m，兩側壩體與壩坡結合處混凝土結合槽頂寬0.70m，底寬0.50m，高1.00m，帷幕頂部嵌入壓頂20cm，上游壩坡鋪設土工膜伸入壓頂長度≥50cm。鋪設復合土工膜范圍：大壩迎水坡帷幕灌漿平臺頂部至壩頂防浪墻底部，同時向兩側岸坡延伸1.00 m，并設置混凝土結合槽，全斷面鋪設復合土工膜，共計2400m2。復合土工膜規格為：800 g/m2× 0.60mm×800g/m2兩布一膜，下、上層為無紡織布，中層為PE膜。

鋪設復合土工膜壩面處理：先拆除迎水坡22.50 m高程以上的干砌塊石護坡及碎石墊層，壩面凹凸不平處用粘土回填整平、拍實，再鋪設復合土工膜，在復合土工膜上鋪0.10 m厚的砂墊層和0.10 m厚的碎石墊層，最后鋪設干砌塊石，厚0.30 m。

3.2.2方案二：壩體高壓旋噴灌漿+壩基帷幕灌漿方案

單管高壓旋噴防滲墻的基本原理是利用鉆機造孔，并將注漿硬管（即鉆桿）及其噴頭置于預定的地層深度，用高壓泵將預制好的水泥漿加壓（壓力≥20 MPa），并經過高壓軟管輸送到噴頭，從噴嘴中噴射出來，沖擊和切割土體，并以水泥質漿液強制攪拌充填、摻混其中。同時以一定的轉速提升鉆桿，從而形成一種新的、有一定強度的人工地基或地下防滲構筑物（旋噴呈圓柱狀）。當這些個體的構筑物相鄰連接膠合時即組成一道地下連續防滲墻。

單管高壓旋噴灌漿軸線位于壩軸線位置，灌漿起灌高程為校核洪水位，即25.90 m為起灌高程，高程25.90 m以上只鉆孔，不灌漿，僅采用混凝土封孔即可，旋噴灌漿單排孔布置，孔距0.45 m，樁號壩0+000～壩0+302，總長302 m，采用壩體高壓旋噴灌漿。旋噴灌漿總鉆孔數670孔，鉆孔總進尺3615 m，高壓旋噴灌漿進尺3015 m，設計樁徑≥0.60 m，鉆孔最大深度6.10 m。

壩基防滲采用單排帷幕灌漿，灌漿軸線與高壓旋噴灌漿軸線重合，結合現場實際地形，擬向左岸延伸11 m，向右岸延伸10 m。孔距2.70m，總鉆孔121孔，帷幕灌漿鉆孔總進尺788 m，帷幕灌漿總進尺748 m。帷幕鉆孔部分與高噴鉆孔重合。鉆孔機具采用巖心150型鉆機，鉆孔深度至相對不透水層線（q≤10 Lu），帷幕灌漿深入相對不透水層。施工分兩序孔進行，第一序孔距為5.40 m，第二序孔距為2.70 m。

3.2.3方案比選

各方案的地形地質條件、工程布置、施工條件、主要工程量、施工進度、工程投資等綜合匯總見防滲方案技術經濟條件比較表1。

表1　大壩防滲加固方案技術經濟條件比較表

從比較表看出，方案二雖然投資較大，但防滲效果好，施工工序少，工藝簡單，工期短，就其適應性上而言，旋噴樁是合適本工程相關地層施工的，而且技術也相對成熟，目前該加固方法在全省中小型水庫除險加固中也得到了較多的應用。

經綜合比選，本次壩體防滲加固設計推薦方案二，即高壓旋噴灌漿+帷幕灌漿的方案。

4　總結

隨著科學技術的不斷發展和創新，大壩防滲加固應用防滲墻方法也在不斷的優化和創新。通過高壓旋噴樁施工后，水庫恢復到了正常蓄水位。從而有效的提高了水庫的運行效率和質量，獲取了更多的經濟效益和社會效益，值得更大范圍的推廣和應用。

（責任編輯：韋詩佳）

收稿日期：2015-12-14

作者簡介：陳光（1979-），男，工程師，主要從事水利建設工作。

中圖分類號：TV697. 3

文獻標識碼：A

文章編號：1673-8853（2016）03-0066-02