病險水庫大壩防滲加固技術方案及質量控制

夏玉峰

（深圳市鹽田區(qū)水務局，廣東 深圳 518000）

我國地域寬廣、水庫數(shù)量眾多，但出于自然災害、建設施工技術限制及管理程序不規(guī)范等問題,水庫大壩很容易發(fā)生險情,所以病險水庫的除險加固防滲工程在我國將是一個長期的主題。為了以后能夠更好做好水庫大壩除險加固防滲技術方案的選擇工作，故選擇此課題進行研究。

1 工程概況

梅山水庫位于福建省泉州市惠安縣，離泉州市區(qū)約35 km，該水庫壩址以上流域面積2.9 km2，河道長1.85 km，坡降3.15%，水庫正常蓄水位61.0 m，總庫容237.5萬m3。水庫始建于1970年10月，1972年4月竣工投入使用。原設計采用20年一遇洪水設計，100年一遇洪水校核，加固后按20年一遇洪水設計，500年一遇洪水設計。大壩迎水坡為干砌塊石護坡。水庫大壩剖面見圖1。

圖1 水庫大壩剖面圖

2 水庫大壩存在問題

該水庫至今運行已超過40年，由于大壩長久失修、土質復雜、防滲處理工作缺失。根據(jù)地質勘察發(fā)現(xiàn)，大壩背水坡樁號0+090、0+150，高程47.5 m出現(xiàn)滲漏散浸現(xiàn)象，面積約120 m2。2014年雖然進行了局部處理，但是對大壩滲漏問題沒有達到理想效果。此外，大壩草皮護坡存在草皮殘缺不全、不平整的情況[1]。

3 壩體防滲技術方案

考慮到工程施工條件、工程特點及投資等方面因素，決定采取壩體全段高壓旋噴樁防滲、兩壩肩壩基帷幕灌漿的防滲加固方案。帷幕灌漿就是用鉆孔機械（回旋式、沖擊式、回旋沖擊式）在大壩帷幕灌漿軸線上按照設計孔位造孔[2]。根據(jù)設計圖紙?zhí)峁┑膮?shù)，在帷幕灌漿軸線上確定孔口樁號、孔口高程、砼蓋板厚度、孔深、鉆孔角度等。在壩頂樁號B0+08.7～B0+176沿軸線布設旋噴孔1排，間距0.5 m左右，共370孔。采用由疏到密的原則，分兩道工序施工，第1孔距為1.0 m，第2孔距為0.5 m，旋噴樁底部深入壩基1 m以下，頂部高程控制在61.0 m～63.0 m之間。兩壩肩壩以帷幕灌漿的方式進行處理（見圖2），總長度為74.7 m，灌漿孔的間距為2 m，共打孔36個，壩基帷幕灌漿深入相對不透水層2 m左右，總尺寸144 m。

圖2 帷幕灌漿處理措施

4 工程質量控制

4.1 單管高壓旋噴

4.1.1 鉆孔

利用水平尺對機身的平穩(wěn)性進行控制，孔位偏差需控制在1 cm～2 cm以內。鉆孔伸入壩基1.0 m.鉆孔全過程需要記錄完整，孔斜率需要控制在0.1%以內。

4.1.2 下噴射管

在下噴射管的階段，將噴射管下放到設計深度，下管與鉆孔兩道工序可合二為一。為避免出現(xiàn)噴嘴堵塞的情況，可以以低壓送漿并下管的方式進行處理。

4.1.3 漿液

漿液包含水泥、緩凝劑、黏土、水等多種材料，在進行漿液濃度控制時，則需要從密度、粘性、防滲透效果等相關指標進行檢驗與控制。其中，黏土：水泥之間的比值為1∶1，黏粒的含量為30%左右，粉粒的含量為45%左右，沙粒的含量控制在10%以內，有機質的含量控制在2%以下，可溶鹽的占比控制在8%以下。

4.1.4 噴射灌漿

在進行噴射灌漿操作的過程中，則是從灌漿參數(shù)、注漿操作等角度進行控制。黏土水泥漿以20 MPa的灌漿壓力通過高壓泥漿泵，向土中進行噴射，以旋轉噴射的方式，逐漸向上提升，實現(xiàn)旋噴樁灌漿。

4.1.5 沖洗

在進行高壓噴射灌漿后，需要將所用的噴射機具進行清洗處理，并確保機器內部的漿液全部排出[3]。

4.1.6 移動機具

利用鉆機分別進行鉆孔處理。

4.2 灌漿工藝

4.2.1 造孔

利用XJ-100A型鉆機進行鉆孔，采用干法造孔，底部進入相對不透水層下2 m。

4.2.2 漿液

采用帷幕灌漿的方式對漿液進行灌漿處理，在對漿液的相對密度進行控制時，其相對密度在1.44左右。

4.2.3 灌漿

在進行灌漿處理的過程中，利用下套管進行灌漿，每段灌漿的壓力為0.5 kg/cm2（即4.9×104Pa）。在灌漿的過程中，先稀漿灌漿，再進行稠漿灌漿，持續(xù)半個小時，確保灌漿注滿，最后進行封孔處理。

4.2.4 灌漿探井效果檢查

在灌漿基本結束后，則需要對灌漿效果進行檢查與分析。

4.3 壩坡整修

在灌漿防滲處理后，則需要對大壩壩頂、上游、下游的壩坡進行整治、美化處理，在實際操作與處理的過程中，利用M10的砂漿進行勾縫處理。排水設施及路肩采用M7.5漿砌塊石，壩頂夯實整平并培土加厚50 cm。在進行美化與整治的過程中，需要清除背水坡雜草，并根據(jù)原坡進行夯實整治。背水坡則是采用鋪設草皮的方式進行護坡。

4.4 防滲處理效果檢驗

灌漿結束之后，對施工的工序進行反復細致的檢查、確認，確保零隱患，將風險降到最低。同時要對帷幕灌漿的施工部位進行沉降情況的觀測。根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL 274-2001）規(guī)定要求，結合水庫運行中可能出現(xiàn)的不利情況，擬定5種工況進行分析計算。

正常運行條件：

工況Ⅰ：上游庫水位為設計水位Z=62.41 m，下游水位51.2 m；

工況Ⅱ：上游庫水位為正常蓄水位Z=61.0 m，下游水位51.2 m；

工況Ⅲ：上游水庫為校核洪水位Z=62.98 m，下游水位51.2 m。

非常運行條件：

工況Ⅳ：上游庫水位從設計水位Z=62.41 m驟降到正常水位61.0 m時的不穩(wěn)定滲流；

工況Ⅴ：上游庫水位從正常蓄水位61.0 m驟降至死水位47.5 m時的不穩(wěn)定滲流。

通過完成防滲加固時間、加固后壩體滲流及穩(wěn)定安全復核，得出加固后的大壩滲流成果，見表1。

表1 加固后大壩滲流成果

表2 大壩加固后壩坡的穩(wěn)定性

從表1加固后大壩滲流成果可以看出，5種工況下，壩體滲流量均較小、出逸坡降均滿足規(guī)范要求[4]。從表2大壩加固后壩坡的穩(wěn)定性可以看出，在正常運用條件下壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)應不低于1.25，非正常運用條件下壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)應不低于1.15，大壩滲流及穩(wěn)定性均能滿足規(guī)范規(guī)定的要求。

5 結語

綜上所述，病害水庫除險加固中大壩滲漏直接影響大壩的滲漏穩(wěn)定和蓄水，需要從加工工藝、防滲處理控制等角度進行綜合分析。實踐表明，通過對梅山水庫大壩進加固處理，有效提高了水庫大壩的安全穩(wěn)定性，確保其等功能的正常高效發(fā)揮。該大壩滲流及穩(wěn)定安全系數(shù)均能滿足規(guī)范規(guī)定的要求，在施工過程中，其工程進度順利，質量得到保證，取得了良好經(jīng)濟效益和社會效益。