小型水庫除險加固大壩灌漿技術設計措施探討

邱飛

【摘 要】文章介紹了玉林某小型水庫的工程概況，闡述了該水庫的水文及工程地質情況，探討了大壩灌漿技術設計措施，通過對比幾種灌漿方法，總結了小型水庫除險加固的灌漿技術要點。

【關鍵詞】小型水庫；除險加固；大壩施工；灌漿技術

【中圖分類號】TV697.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）03-0136-02

1 工程概況

玉林某小型水庫的地理位置為東經110°15'、北緯22°58'，屬石垌河。該水庫距縣城42 km，距鎮政府所在地14 km，有多條村級公路相通，交通比較便利。巖石少見出露，覆蓋土層較厚。水庫區域屬亞熱帶氣候，洪水主要由暴雨形成，一般汛期為每年的4～8月。多年平均氣溫為21.6 ℃，極端最高氣溫為37.5 ℃，極端最低氣溫為0.1 ℃。該水庫于1976年9月動工興建，1977年5月建成投入運行，工程特性原注冊登記如下：50年一遇設計洪水位為82.22 m，500年一遇校核洪水位為82.5 m。正常蓄水位為81.5 m，興利庫容為116萬m3，總庫容為159萬m3，死庫容為14萬mm3。該水庫屬于小（1）型水庫，設計灌溉面積為124.67 hm2（1 870畝），最大實灌面積為124.67 hm2（1 870畝），防洪保護耕地面積為266.67 hm2（0.4萬畝）。總庫容為160.6萬m3，興利庫容為116.7萬m3，死庫容為14萬m3。50年一遇設計洪峰流量為36.6 m3/s，500年一遇校核洪峰流量為50.8 m3/s。水庫正常蓄水位為81.50 m，設計洪水位為82.17 m，校核洪水位為82.54 m。該水庫樞紐工程主要由以下建筑物組成。

1.1 主壩

主壩為水墜壩，現狀壩頂高程為83.4～83.7 m，壩頂長72 m，壩頂寬4.5 m，壩底高程為68.50 m，最大壩高15.2 m。上游坡為干砌石護坡，自下而上護坡至壩頂。內坡坡比為1∶2.802；大壩下游坡為草皮護坡，坡比為1∶2.185。壩腳設堆石反濾體，頂高程為70.50 m，頂寬0.5 m，棱體外坡坡比為1∶1.5，內坡坡比為1∶1。

1.2 副壩

一副壩為均質土壩，最大壩高10.2 m，壩頂高程為83.7 m，壩頂長49.4 m，壩頂寬6.1 m；二副壩設計為均質土壩，最大壩高5.2 m，壩頂高程為83.7 m，壩頂長50.3 m，壩頂寬5 m，但此壩未建。

1.3 溢洪道

溢洪道位于壩首右側，為開敞式溢洪道，由進水渠、控制堰、陡坡段組成，總長71.35 m。溢洪道底寬5 m，堰頂高程為81.50 m，溢洪道沿原山體開挖而成，底板及邊墻為50#漿砌石砌筑。陡坡段長44 m。消力池及海漫未建。

1.4 輸水設施

輸水涵管位于一副壩中間，穿過壩體，為無筋砼管外包80號水泥砂漿砌石的無壓拱門管，總長50 m，過流斷面面積為0.74 m2，進口底高程為73.70 m，出口高程為73.5 m，設計最大輸水流量為0.4 m3/s。輸水涵管進口由斜拉閘控制，配5 t千斤頂啟閉，閘門為鑄鐵平板閘，拉桿為φ36 mm鋼管。

2 工程地質及水文情況

工程區地下水按埋藏條件及巖性可分為孔隙潛水及巖石裂隙潛水2類。孔隙潛水分布在坡積層，水量小，季節變化大，接受大氣降水補給，向下伏巖石排泄。裂隙潛水分布在條紋狀中眼球中粒斑狀黑云二長花崗巖及花崗片麻巖中，接受上部松散層及大氣降水補給，向河谷排泄。條紋狀中眼球中粒斑狀黑云二長花崗巖及花崗片麻巖巖體在長期風化作用下產生強烈的風化，形成不同狀態的風化巖體，如全風化、強風化、弱風化等。全風化巖體呈土狀，強度低，其物理力學性質相當于土的性質。強風化巖體呈碎塊狀、巖屑狀，其強度比全風化巖體高，但透水性強，局部受斷層、裂隙、地下水等因素控制形成球狀或槽（囊）狀風化。

3 幾種灌漿技術的對比

3.1 高壓噴射灌漿

高噴灌漿于20世紀70年代開始引進中國，但在廣西發展較晚，廣西于20世紀90年代初才開始引進，普遍用于工民建基坑防滲及支護，也用于水庫防滲，如廣西百色市澄碧河水庫大壩防滲。形成的復合材料的強度要比原土體高得多。也可用于軟基處理，形成的地基稱復合地基，特別是在工民建工程中應用較多，是解決地基承載力不足的一種辦法。水利工程中，也有兩者兼有的（防滲與提高地基承載力）。在水利工程中，主要用于防滲，也有用于提高地基承載力，或者兩者兼顧。例如，欽州市沿海工業園大風江調水工程中的大風江閘壩處在深厚砂層上，最終通過高壓旋噴進行了地基處理及防滲處理。在工民建工程中，主要用于基坑防滲、支護，形成復合地基，提高地基承載力。左右封閉原則：考慮鉆孔傾斜狀態下，柱與柱能正常交接，以不開叉為原則，確定孔距。高噴墻是按照上下封閉原則：以封閉底部為原則，深入基巖或相對不透水層0.5～2 m，界線清楚情況下按小的執行，地質復雜時按大的執行。常規帷幕灌漿一般深入基巖或相對不透水層3～5 m。如果上部是旋噴灌漿，下部是帷幕灌漿，兩者間的交接，在保證封閉的情況下盡量用小值，因為旋噴墻往往先做，帷幕后做，所以在旋噴樁中進行帷幕壓力灌漿，可能會對旋噴樁造成直接破壞。高壓噴射灌漿施工參數很多，主要的參數有漿密度、水壓力、提升速度、轉速或擺速、擺角。確定原則：根據試驗確定。

3.2 靜壓灌漿

進漿管不動，采取一定壓力值的漿液進行孔口灌注。充填灌漿、帷幕灌漿、固結灌漿都屬于靜壓灌漿。一般來說，存在壓力，進漿管不動就叫靜壓灌漿，狹義上主要指基巖灌漿。

（1）固結灌漿是利用鉆孔將高標號的水泥漿液或化學漿液壓入巖體中，使之封閉裂隙，加強基巖的完整性，達到提高地基或圍巖的完整性，增強地基，提高巖體強度和剛度的目的。常規的灌漿是在整個基礎大面積內進行，此時應分批逐步完成整個灌漿工程，應根據壩基壓力、地質條件等合理設計灌漿孔深、孔距、灌漿壓力和漿液稠度，即先進行灌漿試驗。

（2）帷幕灌漿是將漿液灌入巖體或土層的裂隙、孔隙，形成連續的阻水帷幕，以減小滲流量和降低滲透壓力的灌漿工程。目的是對巖層中存在的裂隙孔洞等用水泥漿液進行壓力的封堵，提高地基的防滲能力。

（3）接觸灌漿是指為了提高兩個物體（如壩體與地基、鋼管與洞壁、擋墻與邊坡）接觸面間的強度或防滲性能而進行的有壓力灌漿。

（4）充填灌漿是指注入漿液充填地基土內的大孔隙、大空洞的注漿，例如卵石層、碎石層、沙礫層等的注漿。對存在空隙的地層（主要為土體）進行低壓灌注，以滲透理論、充填理論為基礎，僅適用于處理性質和范圍都已確定的局部隱患。

（5）劈裂式灌漿技術在土壩壩體除險加固中具有投資小、見效快、設備和技術簡單、操作方便等優點，已經被廣泛地運用。但在具體操作中應注意施工工藝，只有保證灌漿的質量，才能達到預期的效果。灌漿就是將一定的材料配制成漿液，用壓送設備將其灌入地層或縫隙內，使其擴散、膠凝或固化，以達到加固或防滲堵漏。？譹？訛對有較大滲流速度的地基或建筑物的防滲堵漏。？譺？訛大壩、堤岸的基礎帷幕防滲。？譻？訛地基加固，如增加大壩、堤岸、橋墩和其他建筑物的基礎承載力。？譼？訛地下建筑工程和水工建筑物的裂縫防滲堵漏和補強。？譽？訛隧洞、礦井在掘進中，參軟弱土層的止和固結穩定的預注漿。？譾？訛油井或地質勘探孔漏水、硫砂處理和鉆孔護壁。？譿？訛鋼板樁連接處的止水處理。？讀？訛消除機械基礎振動。出現問題能及時地采用正確的處理措施，將隱患消滅在萌芽之中，這并非一般的施工隊伍所能做到。做不好，劈裂灌漿就變成了破壞灌漿。一般采用孔底注漿全孔封閉、分段灌注、少灌多復的方法。要精確測定并采用鉆孔起裂壓力值Pb和裂縫擴展壓力值Pc（也叫裂縫合攏壓力值，相當于小主應力σ3），控制在整個施工過程中，以“內劈外不劈”（壩頂表面劈裂也能閉合）為原則。

絕不允許一次性劈裂很長及壩頂全線劈開的情況，也不允許一次灌漿量很大很快以致壩頂劈開很長很寬且不能閉合的情況。

4 本工程防滲加固設計（灌漿技術）

4.1 主壩防滲加固設計

根據大壩的運行情況及安全復核的需要，對大壩填土及壩基的試樣進行了現場注水試驗及室內滲透試驗。試驗結果如下：主壩壩體現場注水試驗滲透系數K20為1.05×10-4～3.66×10-4 cm/s，平均值為2.11×10-4 cm/s；室內試驗滲透系數K20為7.30×10-7～2.47×10-5 cm/s，平均值為7.9×10-6 cm/s，大值平均值為2.16×10-5 cm/s。一副壩壩體現場注水試驗滲透系數K20為1.04×10-4～2.78×10-4 cm/s，平均值為1.91×10-4 cm/s；室內試驗滲透系數K20為3.50×10-7～2.93×10-5 cm/s，平均值為8.3×10-6 cm/s，大值平均值為1.64×10-5 cm/s，從現場注水試驗結果看，大壩土體屬中等透水性土。漿液水灰比為1.5～0.6∶1，灌漿壓力為0.2～0.5 MPa，漿液流量為60～80 L/s，密度為1.3～1.6 g/cm3，灌漿提升速度V=10～25 cm/min。灌漿效果要求達到滲透系數小于1.0×10-6 cm/s，灌漿壓力通過現場灌注試驗確定。對主壩進行灌漿處理。其中，壩體為充填灌漿，壩基為帷幕灌漿。灌漿孔沿壩軸線布置，采用單排布孔，孔距為1.5 m，孔徑為75 mm。灌漿分2段灌漿：巖土分界線至全風化下限以下3 m為帷幕灌漿，灌注材料為純水泥漿；巖土分界線以上至壩頂為充填灌漿，灌注材料為含20%水泥的黏土漿。

4.2 涵管壁外充填灌漿

涵管封堵前先沿管軸線每隔2 m在管內壁兩側及頂部鉆孔進行回填灌漿，以充實由于漏水而帶出泥土局部壩體形成的空洞或松散部位。灌漿材料為純水泥漿，灌漿方法同大壩防滲回填灌漿。灌漿材料為黏土摻10%的水泥，漿液稠度控制在1.3～1.45 g/cm3，灌漿壓力控制在1.5～2.5 kPa，由小逐漸加大，并采取“少灌多復”的操作方法，最后一次灌滿后，若吸漿率小于0.015 m3/min，并保持穩定，在灌漿壓力為25 kPa條件下，持續施灌30 min后即可結束。先封堵進口段，逐段向出口進行。

4.3 新建輸水隧洞防滲設計

新建的輸水隧洞布置于一副壩左側山體處，進口底板高程為73.70 m，全長L=84.838 m，底坡i=0.003 775，出口底板高程為73.50 m，設計灌溉面積為124.66 hm2（1 870畝），設計灌溉流量為0.4 m3/s，隧洞頂部及兩側壁的厚度為0.3 m，為C25鋼筋砼襯砌；底部壁的厚度為0.4 m（其中襯砌的C25鋼筋砼的厚度為0.3 m，底部C10素砼墊層的厚度為0.1 m）。放水塔下游為長3 m的漸變段和長62.738 m的城門洞形隧洞。設計隧洞壁厚度為0.4 m，此外在洞頂部，沿隧洞縱軸線方向每間隔3 m設三孔夾角呈45°的回填灌漿孔（深入巖土層0.1 m），并在隧洞軸線方向每隔3 m（與回填灌漿孔隔開1.5 m）沿隧洞橫斷面周壁均勻布設6個固結灌漿孔（深入巖土層0.6 m），進行固結灌漿；灌漿材料為純水泥漿，其中回填灌漿設計壓力為150 kPa，固結灌漿設計壓力為100～150 kPa。此外，新建隧洞出口接消力池（長5 m，深1.0 m）和出水渠。根據水文特征與地質地形條件，結合本工程性質和施工條件及施工進度，水庫施工前先將水位降至死水位以下，在新建涵管口外側利用洞口開挖廢渣適當設立土石圍堰，新建涵管進口施工時可用原進口進行導流，待輸水涵管進口改建完成后，再封堵原進口。

5 結語

本次加固設計擬對壩基進行帷幕灌漿防滲處理，壩體進行充填灌漿處理。灌漿分2段灌漿：壩基以下3 m為帷幕灌漿，灌注材料為純水泥漿；巖土分界線以上至壩頂為充填灌漿，灌注材料為含20%水泥的黏土漿。灌漿效果要求達到滲透系數小于1.0×10-6 cm/s，灌漿壓力通過現場灌注試驗確定。大壩帷幕灌漿防滲標準為透水率q≤10 Lu，溢洪道帷幕灌防滲標準為透水率q≤10 Lu，伸入相對不透水層不小于5 m。通過本次防滲加固措施，大壩達到了防滲標準，效果良好，在防洪工程中起到了至關重要的作用。

參 考 文 獻

[1]SD 266—88，土壩壩體灌漿技術規范[S].

[2]SL 62—94，水工建筑物水泥灌漿施工技術規范[S].

[3]王少敏.水庫大壩灌漿施工和防滲技術研究[J].江西建材，2016（12）.

[責任編輯：陳澤琦]