小型水庫大壩防滲加固措施研究

閆園園，張 胤，徐 球

(1.南京市水利規劃設計院股份有限公司,江蘇 南京 210006;2.南京水務工程建設管理中心，江蘇 南京 210006)

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小型水庫大壩防滲加固措施研究

閆園園1，張 胤1，徐 球2

(1.南京市水利規劃設計院股份有限公司,江蘇 南京 210006;2.南京水務工程建設管理中心，江蘇 南京 210006)

蘇南丘陵區某市大部分小型水庫建于20世紀，壩型一般采用均質土壩，水庫大壩多為人工挑筑而成，填筑質量較差，壩體透水性達弱～中等透水，長時間運行滲透水流的作用使壩身防滲能力不斷弱化，防滲處理一直是小水庫消險工程的主要工作內容。本文針對小型水庫特點，介紹三種適合小型水庫壩身防滲的方法，分別分析了其特點并應用于典型工程實例中，總結了防滲設計要點及三種方法適用性，為類似小型水庫的壩身防滲消險設計提供參考依據。

小型水庫大壩；多頭小直徑深攪樁防滲墻；高壓噴射灌漿防滲墻；充填灌漿

1 基本防滲方法

蘇南丘陵區某市小型水庫絕大多數建于20世紀50—70年代，受當時技術手段及項目投資的限制，絕大多數小水庫施工均就地取土，人工挑抬，人工夯實，建設標準普遍較低，容易引起滲流問題。經過多年運行，壩體填土固結沉降，地下水滲透侵蝕，導致壩體變形，產生一系列滲漏問題[1]。

小型水庫滲漏包含壩體與壩基滲漏兩部分。本文研究的小水庫均位于巖基上，壩身滲漏量占水庫滲漏的大部分，所以本文主要對壩身防滲進行研究分析。目前針對壩體缺陷的防滲加固一般采用上游坡面防滲、下游貼坡導濾防滲、壩體垂直幕墻防滲等。

(1)上游坡面防滲。主要為土工膜防滲法，在大壩迎水坡面鋪設一層防滲膜，施工時首先要將庫水位降到壩腳位置或在整個大壩前設一道圍堰，再做防護，對于目前正在運行的小型水庫，可行性較差。

(2)背水坡防滲。主要有棱體排水法和貼坡排水法兩種。排水棱體可伸入壩體降低壩體浸潤線，而貼坡排水在背水坡坡面設反濾層，僅能防止滲透破壞。由于施工較為方便，目前小型水庫大壩背水坡防滲主要采用貼坡排水形式，但該法不能降低浸潤線也不能減少滲漏量。

(3)壩體垂直防滲。在壩體內沿壩軸線設置一道防滲體，垂直防滲按防滲體形成原理的不同，可分為防滲材料置換式和介入式[1]。由于小型水庫規模較小、壩體不高，而置換式防滲體對槽孔穩定性要求高，一般不宜采用混凝土防滲墻等進行壩體防滲。介入式中特別是多頭小直徑深攪樁防滲墻、高壓噴射灌漿防滲墻和充填灌漿等，受地形條件限制較小，適用于交通不便捷的小型水庫。

綜上，考慮到實施條件及小型水庫壩身防滲的特殊要求，本文對工程應用較多的多頭小直徑深攪樁防滲墻、高壓噴射灌漿防滲墻和充填灌漿三種方法進行重點介紹，并結合工程實例分析其適用性。

2 多頭小直徑深攪樁防滲墻

2.1 多頭小直徑深攪樁防滲墻方法介紹

多頭小直徑深攪樁防滲墻是利用水泥作為固化劑，通過專門的深層攪拌設備，在地基深處將軟土和水泥強制攪拌后，水泥和軟土產生一系列物理和化學反應，形成具有整體性、水穩定性和一定強度的樁墻防滲體[2]。

按材料噴射狀態，可分為濕法和干法。濕法主料水泥漿，干法主料為水泥干粉。濕法易于攪拌，樁身質量均勻，但是樁身底部水泥不易凝結，需較久時間才能達到設計強度；干法雖然易凝結，但是成墻厚度及樁身強度離散性較高。多頭小直徑深攪樁防滲墻適用于處理正常固結的淤泥、淤泥質土、粉土、飽和黃土、素填土、軟塑黏性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基。

多頭小直徑深攪樁防滲墻攪拌樁機通常采用一機多頭的單向單軸攪拌設備，常用的是3頭機、5頭機。目前國產機械設備受動力限制，成樁深度能夠保證15 m范圍內樁身質量，樁長過長下部質量不易控制。

水泥土攪拌樁固化劑宜選用強度等級42.5級普通硅酸鹽水泥或選用礦渣硅酸鹽水泥等。水泥摻量一般宜為被加固土體質量的12%～20%，水泥土的抗壓強度隨其相應的水泥摻入比的增加而增大。當需要水泥土攪拌樁樁體有較高的早期強度時，宜選用高標號普通硅酸鹽水泥。水泥漿水灰比可選用0.45～0.80，土質含水量高時取小值。

2.2 多頭小直徑深攪樁防滲墻工程實例

某小型水庫建于1966年，水庫總庫容197.4萬m3，興利庫容125.0萬m3，近期水庫加固時未進行過主壩身防滲設計處理。

現場調查顯示大壩現狀背水坡坡腳縱向排水溝內，常年有水，背水坡反濾上部出現滲漏點。地勘資料顯示壩身主要由①層粉質黏土填筑而成，滲透性屬弱透水，局部屬中等透水，大壩填筑質量一般。壩基淺部為②粉質黏土層，滲透性為微透水～弱透水，土體強度與防滲性能均比較理想。本工程采用多頭小直徑深攪樁防滲墻進行壩體防滲處理，墻底深入壩基1.0～2.0 m。詳見圖1。

圖1 壩身防滲墻設計圖

3 高壓噴射灌漿防滲墻

3.1 高壓噴射灌漿防滲墻方法介紹

高壓噴射灌漿防滲墻，是一種采用高壓形成高速噴射流束，沖擊、切割、破碎原狀地層，將水泥基質漿液充填、摻混其中，形成具有一定強度的凝結體，用以提高壩基覆蓋土層或大壩壩身防滲能力的施工技術[3]。

高壓噴射灌漿根據噴射方法不同分為單管法、雙管法、三管法和多管法。單管法一般用于地基加固中用來提高地基承載力，在防滲墻施工中采用單管法很難保證成墻厚度，一般采用雙管法和三管法進行加固。蘇南某地區的小型水庫壩身一般在10 m左右，壩頂寬度一般在4～5 m，壩體體量較小，而三管法造價較高，高壓水氣流又易于在土壩中產生劈裂裂縫，所以通常采用雙管法，噴射壓力一般在20～40 MPa，結構型式可采用單排旋噴套接。高壓噴射灌漿技術施工震動小、噪音低，地下障礙物較多時采用該方法更具優勢，工程投資主要受土體吃漿量控制。

3.2 高壓噴射灌漿防滲墻工程實例

某水庫建于1965年，屬石臼湖水系。水庫總庫容24.65萬m3，興利庫容12.06萬m3，調洪庫容12.54萬m3。近期于水庫加固時未進行過壩身防滲處理。

現場調查顯示壩腳背水坡上部多處滲漏。地勘資料顯示壩身主要由壩體填土填筑，填筑質量一般，防滲性能總體一般，局部較差。壩基淺部局部為殘積土(含角礫粉質黏土)，防滲性能較好。壩基下部分布強風化砂巖。本工程采用高壓噴射灌漿防滲墻進行壩體防滲處理，墻底深入壩基1.0～2.0 m。詳見圖2。

圖2 壩身防滲墻橫剖面設計圖

4 充填灌漿

充填灌漿是利用漿液壓力，充填壩體內已有的裂縫、洞穴等隱患，用以加固壩體的灌漿方法[4]。對于小型水庫，能夠探明壩身白蟻洞位置，查明壩身與建筑物接觸滲漏范圍的，可采用該種防滲措施。充填灌漿漿液干料采用粉質黏土或黏土，可摻入水泥，摻量宜為干料質量的10%～15%。孔位一般布置在隱患位置，可按梅花形布置多排孔，終孔孔距可為1～2 m。鉆孔深度應超過隱患深度1～2 m。灌漿壓力應小于50 kPa。充填灌漿宜一次灌注至設計要求，如隱患規模較大也可多次灌注。洞穴較大時應適當增加灌漿量和提高漿液稠度。一般工程充填灌漿平面布置示意圖見圖3。

圖3 充填灌漿平面布置圖

5 設計要點及適用性總結

5.1 防滲設計前期準備要點

防滲設計前應具備擬處理大壩的地形及水位資料、工程地質資料、水文地質資料。

大壩的地形及水位資料包括：水庫大壩的交通條件、壩頂寬度、周邊是否存在高壓電纜、水庫的設計水位、以及汛限水位等。交通條件好，壩頂寬度在3.5 m以上時可采用高壓噴射灌漿防滲墻和多頭小直徑深攪樁防滲墻；防滲墻頂高程一般高于設計洪水位50 cm；周邊存在高壓電纜等，不能采用設備高度較大的多頭小直徑深攪樁防滲墻法。

工程地質資料包括：具有代表性工程地質縱、橫向剖面圖，包括軟土層分布范圍及分層情況，尤其是地表填土層的厚度和組成，以及軟土層的厚度及其組成。加固范圍內各土層物理力學性質指標，包括土的滲透系數、天然含水量、塑液性指數、有機質含量及可溶鹽含量。蘇南某區的小型水庫多屬丘陵地區水壩，地表覆蓋層防滲性能較好，覆蓋層以下多為強風化巖，滲透性達弱～中等透水，調查地表覆蓋層在壩身及壩肩范圍內是否有缺失極為必要，覆蓋層缺失也是繞壩滲漏的主要原因之一。由于防滲墻深度確定直接決定了防滲設計的成敗，而工程地勘資料由于孔間距通常較為稀疏，施工前需布設先導孔，全面了解地層分界，根據實際情況調整防滲墻深度。

水文地質資料包括：地下水類型、地下水穩(初)定水位標高、地下水的酸堿度(pH值)和硫酸鹽含量等。由于地下水的分解性腐蝕和結晶性腐蝕作用，處于地下水影響范圍內的防滲體會逐漸失去效用。水泥土抗腐蝕的能力跟水泥的礦物成分有很大關系，當地下水具有腐蝕性時，應采用礦渣硅酸鹽水泥或抗硫酸鹽水泥。

5.2 三種防滲設計方法適用性

根據上述內容，總結本文介紹的三種防滲方法，適用性見表1。

表1 防滲加固方法適用性表

6 結 語

本文著重介紹了蘇南丘陵地區小水庫壩身防滲的主要方法，希望能為同類小水庫除險加固設計提供有益經驗。本文未涉及壩基滲漏問題，而壩基滲漏是小型水庫滲漏問題的重要組成部分，對水庫的蓄水能力有很大影響，需要進一步研究總結。

[1] 盛金保,李雷,王昭升.我國小型水庫大壩安全問題探討[J]. 中國水利，2006(2)：41-43

[2] 茅樵.深層攪拌樁在平原水庫防滲中的應用與研究[D]．濟南：山東大學,2005．

[3] 王明森,王洪恩,查振衡，等.高壓噴射灌漿防滲加固技術[M]. 北京:中國水利水電出版社,2010．

[4] 中華人民共和國水利部. 土壩灌漿技術規范：SL 564-2014[S].北京：中國水利水電出版社，2014.

Study on anti-seepage and reinforcement measures for small reservoir dam

YAN Yuanyuan1,ZHANG Yin1, XU Qiu2

(1.NanjingWaterPlanningandDesigningInstituteCo.,Ltd,Nanjing210006,China;2.NanjingWaterProjectConstructionandManagementCenter,Nanjing210006,China)

Most small reservoirs of a city in the hilly area of southern Jiangsu province were built in the 20th century. Dam type is generally homogeneous earth dam, These reservoir dams were mostly artificial construction with poor filling quality and the dam water permeability is in weak to medium grade. For long time operation, the anti-seepage effect of the dam has been weakened, so anti-seepage treatment has always been the main work of risk elimination project for small reservoirs. According to the characteristics of small reservoirs, we describe 3 anti-seepage treatments suitable for the dams of small reservoirs, and their characteristics are analyzed and applied to typical engineering examples. We also summarize essential points of anti-seepage design and the applicability of the three methods, which can provide reference for the anti-seepage design of small reservoir dam.

small reservoir dam; multi-headed and small diameter deep mixing pile cutoff wall; high-pressure jet grouting cutoff wall; filling grouting

閆園園(1984-)，女，工程師，主要從事水利工程設計工作。

TV697.3

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2096-0506(2016)11-0049-04