某小型水庫防滲加固方案及改進措施研究

趙 躍

(安徽省泗縣屏山水利工作站，安徽 泗縣 234317)

我國現(xiàn)有各類水庫八萬七千余座，水庫大壩以土石壩為主，多修建于20世紀50—70年代末期，受當(dāng)時經(jīng)濟、設(shè)計和施工等方面的制約，許多水庫存在防洪標準低、施工質(zhì)量難以保證、管理不到位等問題，水庫普遍帶病運行，威脅著大壩下游人民生命財產(chǎn)安全。水庫病險問題主要有：壩體填筑不密實、清基不徹底、滲流不安全、壩體斷面不足和護坡施工質(zhì)量差且破損嚴重等。21世紀以來，國家對病險水庫的除險加固工作陸續(xù)展開，截至目前，國內(nèi)大中型水庫的除險加固工作已基本完成，取得了良好的效果，小型水庫的除險加固工作正在大力開展，部分省市已基本結(jié)束。小型水庫除險加固工作有數(shù)量多、規(guī)模小、建設(shè)周期短、資金有限、建設(shè)標準低等特點，因此選擇合理、有效和經(jīng)濟的除險加固方案，尤其是防滲方案對大壩除險加固的效果有著直接的影響[1- 6]。小型水庫的大壩防滲方案受建設(shè)資金、建設(shè)周期等影響，通常采用深層攪拌樁防滲墻、沖抓套井粘土防滲、錐探灌漿、劈裂灌漿等防滲加固方案[7- 10]。本文以某小型水庫為例，通過2次不同的防滲方案設(shè)計和施工，對防滲效果進行了對比分析，并提出了改進措施，為今后小型水庫除險加固工程中的防滲方案設(shè)計提供有益的借鑒。

1 工程概況

某水庫位于長江流域水陽江水系郎川河支流，流域面積51km2，總庫容950萬m3，其中興利庫容320萬m3，死庫容20m3。主壩長1650m，副壩長420m，最大壩高25m，壩頂高程33m，壩頂寬5～7m。水庫設(shè)計洪水按50a一遇設(shè)計，相應(yīng)的設(shè)計洪水位為30.50m；校核洪水按1000年一遇設(shè)計，相應(yīng)的校核洪水位為31.40m；正常蓄水位29.00m，死水位21.00m。庫區(qū)屬亞熱帶濕潤性季風(fēng)氣候區(qū)，年平均降雨量1200mm，年平均氣溫16.0℃，無霜期240d，年平均積雪天數(shù)為5d。壩址區(qū)地層主要為第四系淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土、重粉質(zhì)壤土、中細砂、泥礫石、砂礫石，奧陶紀灰?guī)r。大壩填土以重粉質(zhì)壤土、中粉質(zhì)壤土為主，壩身總體填筑質(zhì)量較好，局部夾輕粉質(zhì)壤土透鏡體，局部含水量不滿足規(guī)范要求。大壩樁號0+710～0+900m段壩體土滲透系數(shù)大于1×10-4cm/s，不符合規(guī)范要求，水庫在高水位運行時該段浸潤線偏高。大壩樁號0+680～0+900m段壩基分布有強透水砂礫石、礫砂，存在壩基滲漏問題。

2 防滲方案設(shè)計

2.1 第一次防滲加固方案設(shè)計

根據(jù)水庫大壩的實際填筑及滲流、穩(wěn)定等情況，針對壩體和壩基存在滲漏和隱患部位，采用壩體劈裂灌漿和壩基高壓噴射灌漿結(jié)合的防滲方案，一次性成孔，分段灌漿。在壩軸線上、下游各1m布置一排劈裂灌漿孔，采用梅花形布置，孔距為3.0m，分兩序灌漿，劈裂灌漿先在河槽段進行，后在兩岸進行，灌漿順序按設(shè)計工序。土體中鉆孔直徑Φ110，基巖中采用Φ91。漿液應(yīng)先稀后稠，其中一序孔漿液容重1.2～1.3t/m3，二序孔漿液容重1.3～1.35t/m3，當(dāng)灌漿壓力突然下降時應(yīng)改用容重為1.6t/m3的稠漿，灌漿壓力最大不應(yīng)超過50kPa，復(fù)灌次數(shù)達6次，下游排單孔每次灌漿量依次0.6、0.8、0.8、0.8、0.6、0.5、0.5m3/m，上游排單孔每次灌漿量依次0.5、0.6、0.6、0.6、0.5、0.5、0.5m3/m，每次灌漿間隔為6d。壩基高壓噴射灌漿孔沿壩軸線布置，孔距為1.5m，鉆孔直徑Φ130，也采用兩序灌漿。采用制漿能力200L/min的自動高速攪拌機，最大壓力10MPa、最大排量200L/min的三缸單柱塞式灌漿泵，壓力20～50MPa、流量50～100L/min的3D-SZ型臥式三柱塞水泵，6m3的CYV型活塞式空氣壓縮機，采用全液壓控制、自動行走的cyp- 50型高噴臺車等設(shè)備進行高噴灌漿施工。擺噴角不超過25°，有效搭接厚度不低于15cm，養(yǎng)護28d后抗壓強度應(yīng)大于2.0MPa，滲透系數(shù)不超過1×10-4cm/s，允許滲透比降應(yīng)大于80。施工前應(yīng)做灌漿試驗，以確定最合適的灌漿參數(shù)，試驗孔或先導(dǎo)孔沿壩軸線每隔30m布置一孔，深度應(yīng)進入設(shè)計防滲墻底線下5m，施工完成后應(yīng)根據(jù)鉆孔灌漿情況及時做好記錄并繪制地質(zhì)剖面，為正式灌漿施工提供依據(jù)。根據(jù)灌漿試驗調(diào)整灌漿參數(shù)，進行正式灌漿施工，并定期檢查漿液容重，做好孔口返漿等情況的記錄，當(dāng)存在孔口不返漿時，應(yīng)立即停止噴射并提升灌漿管，向孔中填砂、速凝劑等堵漏材料，直到孔口返漿。兩序灌漿施工間隔需大于3d。

2.2 第二次防滲加固方案設(shè)計

由于第一次防滲處理后，水庫運行過程中在老河道附近壩基揚壓力仍偏高，需進一步采用防滲處理措施。根據(jù)補充勘察的成果，第二次防滲方案在大壩樁號0+550～0+950m段沿壩軸線布置一排深層攪拌樁防滲墻，墻頂高程32.5m，墻底嵌入基巖0.5m，墻厚不小于0.3m，采用Po42.5普通硅酸鹽水泥作為固化劑，摻入量不低于12%，成墻后墻體的滲透系數(shù)不得超過10-6cm/s，無側(cè)限抗壓強度不低于0.3MPa。本次深層攪拌樁施工采用ZCJ- 25型深層攪拌機，該機共有3個攪拌頭，各攪拌軸間距為32cm，具有雙層液壓機座，設(shè)備移動較為方便，適用于小型水庫中粘土、粉細砂、細砂、中砂和粒徑小于5cm的砂礫石層等地層的施工，最大加固深度約25m，其施工過程如圖1所示。防滲墻下采用帷幕灌漿，帷幕灌漿的范圍結(jié)合壩基強透水層的分布，沿樁號0+550～1+200m段布置，帷幕灌漿應(yīng)超過10Lu線3.0m。鉆孔采用單排孔，孔距1.5m，孔徑76mm，采用自上而下分段灌漿，分三序進行施工，如圖2所示；此外在該段壩后增設(shè)4座減壓井。灌漿設(shè)備采用制漿能力200L/min的自動高速攪拌機，最大壓力2.4MPa、最大泵量200L/min的雙缸雙作用泥漿泵，最大壓力10MPa、最大泵量200L/min的SGB 6- 10型臥式三柱塞水泵三缸單作用柱塞式定量灌漿泵等設(shè)備進行帷幕灌漿施工。漿液的水灰比設(shè)定由稀到濃的7個級別，依次為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1和0.5∶1。采用由稀到濃、逐級變換的灌漿原則，一般巖體初始水灰比為5∶1，有大裂隙或溶洞的巖體初始水灰比為3∶1。

圖1 深層攪拌樁防滲墻施工過程示意圖

圖2 帷幕灌漿施工布置示意圖

3 防滲加固方案改進

大壩經(jīng)先后2次不同的方案處理后，壩基揚壓力滿足了要求，水庫也達到了預(yù)期的防滲效果，保障了水庫的正常運行。通過對2次不同防滲方案的分析，提出了以下幾點改進措施。

(1)改善漿液材料，提高防滲效果。采用攪拌樁時，原方案中只采用水泥作為固化劑，可以根據(jù)地層條件，加入粉煤灰或粘土，粉煤灰可以提高墻體密實度和抗?jié)B性能，粘土則可以提高墻體塑性及適應(yīng)變形能力。

(2)在帷幕灌漿中使用化學(xué)漿液。第一次的高壓噴射灌漿方案在遇到壩基承壓水時，不能在噴射管周圍形成有效的防滲體，在第二次帷幕灌漿中也出現(xiàn)了水泥漿吸水不吃漿、漿液易流失等問題，導(dǎo)致防滲效果不佳，為了解決這些問題，在第二次帷幕灌漿中局部采用化學(xué)漿液，保證了防滲效果。

(3)在攪拌樁防滲墻內(nèi)預(yù)埋帷幕灌漿管。當(dāng)采用深層攪拌樁防滲墻結(jié)合帷幕灌漿的防滲方案時，常見的施工順序是先帷幕灌漿，后攪拌樁防滲墻施工，易出現(xiàn)兩者連接不緊密，出現(xiàn)滲漏通道，影響防滲效果，在借鑒國內(nèi)外多座水庫防滲施工方案后，采用在深層攪拌樁防滲墻剛施工結(jié)束后，預(yù)埋灌漿管至防滲墻底，當(dāng)防滲墻的強度符合要求后，再利用預(yù)埋灌漿管進行帷幕灌漿，這樣可以節(jié)約帷幕灌漿的鉆孔費用，也形成了完整的防滲體系。

4 結(jié)論

通過第一次采用壩體劈裂灌漿與壩基高壓噴射灌漿結(jié)合的防滲方案，施工完成后，老河槽部位揚壓力較高，未達到設(shè)計要求的防滲效果，針對這一問題，又采用了深層攪拌樁防滲墻與帷幕灌漿結(jié)合的第二次防滲方案，并根據(jù)二次防滲方案施工過程中滲流情況，及時對第二次防滲方案進行了原水泥漿液中加入粉煤灰或粘土、采用化學(xué)漿液和在深層攪拌樁防滲墻中預(yù)埋帷幕灌漿管等改進措施，使水庫的滲流安全問題得到了解決。