深層水泥攪拌樁在長(zhǎng)林塢水庫(kù)大壩防滲加固中的應(yīng)用

郭艷惠 蘇交科華東（浙江）工程設(shè)計(jì)有限公司

1.前言

水泥攪拌樁是通過(guò)特制的深層攪拌機(jī)，將軟土和水泥強(qiáng)制攪拌，并利用水泥和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，使土體固結(jié)，形成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥土樁。在土石壩工程中，通過(guò)多排水泥攪拌樁搭接布置，形成連續(xù)的防滲墻體，起到垂直防滲作用。深層水泥攪拌樁防滲墻具有可靠性好、施工場(chǎng)地適中，環(huán)境影響小、投資較少等優(yōu)點(diǎn)在土石壩防滲加固方案中具有突出應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

目前，安徽、河南、新疆等地均有使用此方法進(jìn)行土石壩防滲加固的工程實(shí)例，在浙江省目前還未有應(yīng)用實(shí)例，本文以該工程為例，為浙江省內(nèi)土石壩防滲加固設(shè)計(jì)提供參考。

2.工程概況

長(zhǎng)林塢水庫(kù)位于德清縣莫干山麓莫干山鎮(zhèn)燎原村，喬莫線(09省道)北側(cè)庾村至南路的交界處，屬阜溪流域治理工程之一，是以灌溉為主的小（2）型水庫(kù)。水庫(kù)于1968年建成，主要建筑物由大壩、溢洪道、放水設(shè)施等組成。洪水標(biāo)準(zhǔn)按20年一遇洪水設(shè)計(jì)，200年一遇洪水校核。設(shè)計(jì)洪水位71.74m，校核洪水位72.11m，相應(yīng)總庫(kù)容22.1萬(wàn)m3。大壩為均質(zhì)壩，壩頂高程為73.25m，壩高13.5m，壩頂長(zhǎng)度115.0m。

大壩于1985年、2005年進(jìn)行了2次除險(xiǎn)加固。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查看，在右壩段壩后發(fā)現(xiàn)面積18m×10m的滲水區(qū)域，右壩段壩基層存在含碎石粉質(zhì)黏土，滲透系數(shù)較大，壩基及壩肩表層砂巖透水性較大，存在滲漏問(wèn)題。后經(jīng)水庫(kù)大壩安全認(rèn)定專家組鑒定，水庫(kù)為二類壩，需要對(duì)水庫(kù)大壩等建筑物進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

3.設(shè)計(jì)方案比選

目前國(guó)內(nèi)對(duì)病險(xiǎn)土石壩進(jìn)行防滲加固處理常用方法有6種：套井黏土回填、高壓噴射灌漿防滲、上游坡面粘土防滲斜墻、壩體劈裂灌漿、混凝土防滲墻。水庫(kù)前2次加固均采用套井回填，并未徹底解決滲漏問(wèn)題。本次加固在主汛期間施工，為防汛搶險(xiǎn)工程，故粘土防滲斜墻方案不適合本工程，壩體劈裂灌漿可靠性不足，混凝土防滲墻投資太大。根據(jù)本工程特點(diǎn)深層水泥攪拌樁防滲墻與高壓噴射灌漿均是可行方案。本次設(shè)計(jì)對(duì)此兩種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較。

3.1 深層水泥攪拌樁+壩基帷幕灌漿

3.1.1 深層水泥攪拌樁方案設(shè)計(jì)

（1）平面布置。根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，大壩原套井土與壩殼土差異不大，為均質(zhì)壩。Ⅰ層壩殼土為含礫粉質(zhì)粘土，現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)滲透系數(shù)K=2.86×10-4cm/s～5.18×10-4cm/s，屬中等透水；Ⅱ?qū)臃圪|(zhì)粘土（套井土），現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)滲透系數(shù)K=1.69×10-4cm/s～7.37×10-4cm/s，屬中等透水。

根據(jù)壩體地質(zhì)特征，深層水泥攪拌樁沿壩軸線布置兩排，樁中心距0.4m，搭接寬度0.2m，單樁直徑0.6m，防滲墻有效厚度0.80m。

（2）防滲墻有效厚度驗(yàn)算。防滲墻最小厚度：

式中：S－最小防滲墻厚度

△H－防滲墻兩側(cè)水位差（m），根據(jù)滲流計(jì)算，ΔH=5.5m；

[J]－容許水力坡降，取50

防滲墻最小厚度S=5.5/50=0.11m，深層水泥攪拌樁防滲墻有效厚度0.80m＞0.11m，滿足要求。

（3）防滲墻深度。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，大壩壩基由Ⅳ層凝灰質(zhì)砂巖及Ⅲ層含碎石粉質(zhì)粘土組成。Ⅲ層含碎石粉質(zhì)粘土，現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)滲透系數(shù)K=1.36×10-3cm/s～5.57×10-3cm/s，屬中等透水；弱風(fēng)化基巖上部與強(qiáng)風(fēng)化基巖接觸段現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)滲透系數(shù)K=8.04×10-4cm/s，屬中等透水，下部現(xiàn)場(chǎng)壓水試驗(yàn)呂榮值q=6.99 Lu～8.17Lu，屬弱透水。強(qiáng)風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖及Ⅲ層含碎石粉質(zhì)粘土均為中等透水，需處理。深層水泥攪拌樁防滲墻處理深度能穿透Ⅲ層含碎石粉質(zhì)粘土，直達(dá)基巖，本工程實(shí)際處理最大深度為16m。

（4）壩體防滲布置。Ⅲ層含碎石粉質(zhì)粘土由于含碎石較多，采用充填灌漿處理，灌漿壓力0.05MPa。

中間壩體樁號(hào)0+004～0+111m為深層水泥攪拌樁防滲墻，兩壩肩壩0+000.00～壩0+004.00m、壩0+111～0+115 m為明挖段，要求開(kāi)挖至基巖，開(kāi)挖邊坡1:1，設(shè)0.8m寬C20混凝土截水墻，截水墻兩側(cè)回填粘土壓實(shí)。截水墻下面亦進(jìn)行帷幕灌漿。截水墻墻頭嵌入水泥攪拌樁中，形成防滲整體。

3.1.2 壩基帷幕灌漿

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告結(jié)論：壩體與壩基接觸段，Ⅱ?qū)犹拙廖椿靥钪料鄬?duì)不透水層，ZK3號(hào)和ZK4號(hào)鉆孔顯示套井未坐落至基巖，ZK4號(hào)鉆孔顯示套井土坐落在殘坡積含碎石粉質(zhì)粘土上部。根據(jù)注水試驗(yàn)，Ⅱ?qū)犹拙僚c壩基接觸段以及Ⅰ層壩體土與壩基接觸段均為中等透水，防滲質(zhì)量不滿足要求。因此大壩全軸線基巖進(jìn)行帷幕灌漿以截?cái)酀B漏通道。帷幕底部深入相對(duì)不透水層（≤8Lu）5m。

設(shè)單排帷幕灌漿孔，沿壩軸線布置，其中心線與水泥攪拌樁中心線重合。終孔距2m，總共布置灌漿孔65孔。

3.2 高壓噴射灌漿+壩基帷幕灌漿

3.2.1 高壓噴射灌漿方案設(shè)計(jì)

（1）平面布置。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告中壩體地質(zhì)特征，高壓噴射灌漿布置單排孔，為達(dá)到理想效果，孔距適當(dāng)加密，為0.8m，分兩序進(jìn)行灌漿，防滲墻有效厚度0.8m。

（2）高噴防滲墻排數(shù)與排距。

防滲墻的有效厚度根據(jù)下式初步擬定：

表1 防滲處理方案綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

式中：T－計(jì)算防滲墻的有效厚度（m）；

Δ H－防滲體上下游水位差（m），根據(jù)滲流計(jì)算，ΔH=5.5m；

J－防滲墻的允許滲透坡降，取50。

則防滲墻要求有效厚度T=5.5/50＝0.11m。

本次設(shè)計(jì)高噴防滲墻孔距0.8m，理論有效厚度0.8m＞0.11m。

（3）防滲墻深度。高噴防滲墻范圍為樁號(hào)0+004～0+111m，基巖上部和Ⅲ層含碎石粉質(zhì)粘土上部壩體進(jìn)行高噴防滲墻處理后，對(duì)下部基巖進(jìn)行帷幕灌漿。本工程實(shí)際處理防滲墻最大深度為16m。

（4）壩體防滲布置。壩體防滲布置同深層水泥攪拌樁方案。

3.2.2 壩基帷幕灌漿

高噴防滲方案中壩基帷幕灌漿設(shè)計(jì)同深層水泥攪拌樁防滲方案。

3.3 方案比較

兩種方案在技術(shù)上均可行。方案一可比投資為111.8萬(wàn)元，方案二可比投資為180.2萬(wàn)元。方案二一比方案二節(jié)省68.4萬(wàn)元，但高壓噴射方案壓力較大可達(dá)20MPa～30MPa，易引起壩體隆起和開(kāi)裂。故選擇方案一作為推薦方案。

4.結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)林塢水庫(kù)施工完成后已運(yùn)行近2年，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，深層水泥攪拌樁防滲墻防滲效果明顯，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。由于該加固方法在浙江省水庫(kù)防滲加固應(yīng)用上為首例，對(duì)浙江省正在施工和即將進(jìn)行除險(xiǎn)加固的小水庫(kù)防滲加固具有重要的借鑒意義。