基于套井回填防滲技術的水庫除險加固設計

沈霞 胡濤

【摘要】珠山寺水庫由于建造年代久遠，存在較多病險問題，主要表現為設計標準偏低以及壩體和壩肩滲漏嚴重等。所以，我們要加強對病險水庫的除險加固設計，積極應用新技術、新材料、新工藝，嚴格按照設計規范要求，以保障水庫大壩的安全可靠。本文結合工程實例分析了珠山寺水庫大壩的滲流原因與防滲加固處理技術，對其防滲設計進行詳細探討，從而有效改善了珠山寺水庫大壩的滲漏及不穩定性。

【關鍵詞】水庫大壩；除險加固；防滲設計；病險水庫

一、工程基本情況

珠山寺水庫位于寧波市鄞州區瞻岐鎮西城村。上游集水面積3.97km2，主流長度4.298km，總庫容68.76萬m3，正常蓄水位▼11.09m，屬大嵩江流域，是一座以灌溉為主結合防洪、供水的?。ǘ┬退畮臁Ｋ畮鞓屑~工程主要由大壩、溢洪道和輸水隧洞等組成。

二、工程存在的主要隱患

珠山寺水庫于1956年動工興建，工程建成至今已有50多年，在灌溉、防洪和供水等方面發揮了較大的效益，但在工程建設及運行過程中發現了一些問題，主要包括以下幾個方面：

2.1 大壩的防洪能力達不到國家要求的洪水標準

根據分析：200年一遇校核洪水位高于壩頂最低點高程；實際防滲體頂高程低于校核洪水位28cm。

2.2 壩體施工質量尚未滿足現行規范要求

防滲土的現場注水試驗測得的滲透系數K=1.36×10-4～1.40×10-3cm/s，平均值為5.18×10-4cm/s，屬中等透水性，其平均壓實度為0.91；在目前狀態下，防滲土的滲透系數不能滿足碾壓式土石壩設計規范應小于1.0×10-4cm/s，壓實度應為0.95～0.97的要求。

2.3 壩肩存在接觸滲漏和繞壩滲漏隱患

大壩左右壩肩建基面均為弱風化基巖，左壩肩接觸段滲透系數為k=9.98（10-4cm/s，為中等透水性；右壩肩接觸段滲透系數為k=1.42（10-3cm/s，也為中等透水性，兩壩肩均存在接觸滲漏隱患。壩址區未見斷層通過，但基巖中節理較發育，淺部巖體較破碎，為中等透水性，深部逐漸閉合，存在繞壩滲漏隱患，弱風化基巖深部透水率一般為q=5.1～6.7Lu，屬弱透水性。

三、大壩防滲加固設計的技術分析

3.1 防滲加固主導思想

針對本工程的特點，大壩防滲土體存在的質量問題，大壩防滲的主導思想就是截斷壩體和壩肩的滲漏通道。大壩防滲加固處理的主要方法是垂直防滲，垂直防滲方案中又有套井回填（結合帷幕灌漿）方案和高壓定噴灌漿方案。

目前這二種方案均具有施工可行性，處理效果明顯的特點，在土石壩防滲處理方面都有成功的運用。結合本工程的實際情況，特提出二個方案進行比較：第一個方案是套井回填（結合帷幕灌漿）方案；第二方案是高壓定噴灌漿方案。上述二個方案各有其優缺點，現從技術、經濟及施工角度對這二個防滲處理方案進行比較。

3.2 套井回填（結合帷幕灌漿）方案

沖抓套井回填粘土防滲墻的設計，主要包括沖抓套井平面布置、孔距、排距、孔深和套井防滲墻厚度等。

①套井平面布置

套井防滲墻在平面上按主、套井相間布置，一主一套相交連成井墻，如圖1。套井為整圓，主井被套井切割，呈對稱蝕圓。根據本工程的實際情況，套井回填軸線與壩軸線重合。

②套井的排數與孔距

根據經驗，一般在高度25m以下的土壩防滲，可采用一排套井，套井直徑為1.1m，按單排套井最優布置形式確定孔距為0.778m，套井防滲墻有效厚度為0.778m。

套井的排數，即套井回填粘土防滲墻的厚度，根據滲透計算確定。計算內容側重于滲透坡降的驗算。確定防滲墻的有效厚度如下：

經計算：套井防滲墻的有效厚度須滿足T≥0.767m，滿足要求。

③套井深度

根據本工程的實際情況，套井防滲墻底部打入壩體底部滲透系數較小的部位，即3.80m高程。套井施工前先對壩頂進行開挖、整平至12.30m，即套井回填頂高程為12.30m。

④回填土料

回填土料的質量是套井回填成功的關鍵，要求為非分散性土料，粘粒含量在25%～40%，滲透系數小于10-5cm/s，干密度要大于1.50g/cm3。

⑤帷幕灌漿

帷幕灌漿布置于兩壩肩，以解決壩體土與弱風化基巖接觸段的滲漏隱患。擬采用一排灌漿孔，孔距2.0m，孔底深入相對不透水層（10lu）5m。

3.3 高壓定噴灌漿方案

高壓定噴灌漿是利用鉆機造孔，然后把帶有噴頭的灌漿管下至土層的預定位置，以高壓把漿液或水從噴嘴中噴射出來，形成噴射流沖擊土層，土粒從土體中剝落下來后，一部分細小土粒隨著漿液冒出地面，其余部分與灌入的漿液混合摻攪，在土體中形成凝結體。其原理是利用射流作用切割摻攪地層，改變原地層的結構和組成，同時灌入水泥漿或混合漿形成凝結體，借以達到加固地基及防滲的目的。

高壓定噴灌漿材料：采用水泥漿，水泥為42.5普通硅酸鹽水泥。采用三管法施工，先是高壓氣、水噴射，而后是壓力灌漿，灌漿易被先噴入的水稀釋，所以使用的水灰比不應大于1：1的濃漿。

孔距和孔序：根據本工程的特點，經計算，設計定噴布置成單排，孔距為1.6m，噴射方向與軸線的夾角為20度，連接角度為140度，孔深27.4m，布置在壩軸線處。分兩序施工，先噴Ⅰ序孔，再噴Ⅱ序孔。

3.4 壩體防滲方案比較和結論

方案一：壩體套井回填+壩肩帷幕灌漿方案：

工程造價約57.8萬元。

優點：①工程投資?。虎谑┕すに嚦墒?；③機械設備簡單、施工方便；④工效高、防滲效果好；⑤直觀性強，通過下井檢查，發現問題，及時處理，確保安全。

缺點：①回填土料要求高；②施工時必須放空水庫，套井回填時必須無水；③施工受天氣影響較大。

方案二：高壓定噴灌漿方案

工程造價約73.4萬元。

優點：①可灌性好；②連接可靠；③施工場地要求不高。

缺點：①工程投資較大；②漿液在高壓作用下，擴散很遠，難于控制，用漿量大；③形成的幕一般只有0.1～0.3m，相對較薄；④施工技術要求較高；⑤耐久性相對較差。

經比較，方案一優于方案二，且與本工程類似的鄞州區很多小（二）型水庫均采用壩體套井回填+壩肩帷幕灌漿方案處理，取得了良好的效果，也為壩體套井回填+壩基帷幕灌漿方案的成功提供了保證。

故設計最終采用壩體套井回填+壩肩帷幕灌漿方案作為推薦方案。

3.5 防滲設計

3.5.1 壩體防滲設計

壩體采用一排套井，套井直徑為1.1m，按單排套井最優布置形式確定孔距為0.778m，套井防滲墻有效厚度為0.778m，套井防滲墻底高程為3.80m，頂高程為12.30m。套井回填分二序施工，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。

新建防浪墻頂高程為13.50m，高度為0.80m，壩頂高程為12.70m。防浪墻采用砼結構，防浪墻底板采用鋼筋砼結構，并設齒槽與防滲土體相連，形成整體防滲系統。

3.5.2 壩肩帷幕灌漿設計

壩肩帷幕灌漿孔布置1排，灌漿孔孔距2m。灌漿底部深入相對不透水層5m（相對不透水層以10lu控制）。

采用孔口封閉灌漿方式，灌漿壓力采用0.1到0.2MPa。

四、結語

通過以上分析，在國民經濟建設中，水庫大壩工程占據著重要地位，關乎著人們的生命財產安全，所以，為了保證大壩安全運行，徹底消除洪澇災害，必須加強管理水庫大壩施工質量，提高施工技術，并不斷健全水庫鑒定制度，從而使水庫工程造福于人民。

參考文獻：

[1]寧波市水利水電規劃設計研究院.寧波市鄞州區珠山寺水庫除險加固工程初步設計報告[R]2010.12

[2]張艷玲.南柳水庫除險加固工程設計綜述[J].山西水利.2013（04）