振動沉模組合防滲技術在五里峽水庫防滲墻中的應用

林智艷

(遼寧省桓仁滿族自治縣水務局，遼寧 桓仁 117200)

防滲板墻作為水庫大壩除險加固垂直防滲的主要工程措施，通過置換、填充、擠密和化學作用等手段，在壩體內部形成具備截水、阻水等功能的防滲帷幕墻，以消除大壩病險安全隱患，恢復水庫蓄水灌溉、引水發電、城市供水等功能[1]。對于中小型土石壩薄(超薄)防滲板墻而言，因其地質條件復雜、施工作業場地狹窄、工程量較小和工程投資少等影響，傳統防滲墻技術及施工工藝很難實現成槽、護壁和澆筑一次性成墻，工程投資經濟效益也不高。鑒于此，本文結合五里峽水庫粘土心墻土石壩特點，探討振動沉模和高噴灌漿相結合的組合防滲技術，在保證土石壩薄防滲板墻具有較高施工質量的基礎上，提高施工工效，降低防滲工程綜合投資。

1 振動沉模防滲墻施工技術

振動沉模是針對中小型水庫壩高較低土石壩防滲墻工程中，傳統施工技術可能存在施工機械設備龐大致作業平臺難布置、槽孔間接縫難處理、斷墻開叉、施工工效低和工程造價高等問題，由山東水科院研究開發的新型防滲墻施工技術，通過雙模板交叉施工可實現無接縫、不開叉、一次連續平整成墻，成墻厚度為8～25 cm，可實現薄(超薄)防滲墻成墻，在20 m深度范圍內具有明顯經濟優勢，非常適用于地層相對較復雜、技術標準要求較低、壩高低于20 m的中小型土石壩除險加固工程[2]。

振動沉模防滲墻施工主要設備包括壓模系統和注漿系統兩部分，目前，我國水利工程領域主要以“雙模板振動沉模”為主，其施工程序為：① 通過機械式振動錘將模板A沉入到設計深度土層中；② 緊挨著上一模板A將模板B沉入土層中；③ 向壓入模板A內部灌注漿液，并振動提升模板A；④ 啟動步履式樁機沿防滲軸線前移，并再次壓入模板A；⑤ 向壓入模板B內部灌注漿液，并振動提升模板B；⑥ 啟動步履式樁機沿防滲軸線前移，并再次壓入模板B，如此循環直至完成整道防滲墻的施工。雙模板振動沉模防滲墻施工程序如圖1所示。

圖1 雙模板振動沉模施工程序示意

2 振動沉模防滲加固應用實例

2.1 大壩病險現狀

五里峽水庫位于太白縣桃川鎮境內，修建于1972年，1975年由于歷史政治原因暫停施工，1978年續建并與1980年投運。水庫控制流域面積為13.66 km2，正常蓄水位為832.50 m，總庫容為628.65×104m3，庫底高程為809.30 m。大壩為粘土心墻土石壩，壩軸線長為268.5 m，是一座以農業灌溉兼顧發電、農村安全供水等綜合利用的小(1)型水庫。五里峽水庫已建成投運近40 a，由于工程建設中的設計、施工等原因影響以及幾十年服役，大壩存在滲漏、局部坍塌等病險問題。雖歷經1988年和2005年的加固補強處理，但也僅停留在局部壩體充填灌漿、壩肩防滲灌漿等，尚未進行全面系統的安全評估與鑒定，防滲處理效果均不佳，大壩病險問題未全面查清且呈惡化趨勢。2016年，現場踏勘及鉆取芯樣試驗室分析可知：大壩滲漏主要原因是由于壩基清基不徹底、填筑材料質量差及夯實密實度低等因素引起。壩基直接置于強風化巖體上且未對裂縫發育基巖面進行灌漿防滲處理，大壩壩體和壩基存在嚴重滲漏問題，被鑒定為3類壩，不滿足設計標準。水庫正常灌溉、供水和發電功能得不到正常發揮，急需采取合理防滲措施進行大壩病險處理，確保水庫運行安全。

2.2 振動沉模防滲加固方案

強風化巖基、填筑質量差和壩體夯實密實度低等是造成五里峽水庫大壩壩基及壩體滲漏的主要原因，尤其是高水位運行工況條件下，壩體滲漏及繞壩滲漏問題尤為嚴重。大壩滲漏、裂隙射流、濕坡等直接威脅到大壩的運行安全。根據大壩工程特性及病險現狀，壩基及壩體防滲加固處理擬定3種方案進行對比分析和選擇(見表1所示)。

表1 壩基及壩體防滲加固方案比選

從表1可知，高壓旋噴樁施工技術難度較大，需要專業施工隊伍進行施工，施工中容易造成環境污染，防滲墻成墻成本較高；劈裂灌漿能有效處理上下游存在貫通橫縫的壩體病險問題，但由于劈裂灌漿施工工藝影響，施工中對壩體結構擾動較大，且施工工期較長，防滲墻成墻后耐久性略差；雙模板振動沉模利用A、B板交叉施工，具有施工速度快、功效高等優點，且振動沉默采用激振錘形成激振力將模板振入土層中，通過灌注漿液形成防滲板墻，成墻效果好、防滲質量高，無污染[5]。同時，采用高壓旋噴處理壩體與壩基接觸帶，能有效解決振動沉模難深入壩基相對不透水層的問題。

考慮五里峽水庫土石壩最大壩高26.5 m，而壩基破碎巖體深約為1.9 m，防滲板墻較薄僅為20 cm。通過振動沉模與高壓旋噴相配合，利用振動沉默處理壩體中上部滲漏問題，而壩基及壩體下部接觸帶則采用高壓旋噴灌漿形成防滲帷幕阻斷滲漏通道，可充分融合兩種施工技術優勢，一次形成連續、完整的垂直防滲體，防滲效果好，投資較省。因此，優選方案1(雙模板振動沉模+高壓旋噴灌漿)對五里峽土石壩進行除險加固處理(如圖2所示)。

圖2 土石壩振動沉模防滲加固方案示意

因五里峽水庫土石壩最大壩高僅為26.5 m，防滲幕墻需貫穿壩頂至壩基且厚度僅為20 cm，經與高壓旋噴樁和劈裂灌漿等施工技術對比分析，設計優選雙模板振動沉模與高壓旋噴灌漿相結合的防滲加固方案，即：壩體中上部(815.80～835.80 m共20 m)采用雙模板振動沉模技術,按原粘土防滲心墻軸線施工防滲墻，厚為20 cm；壩體與壩基接觸帶及嵌入基巖以下2.5 m范圍內(總高為10 m，厚為5～30 cm)采用高壓噴射灌漿形成防滲帷幕，以提高壩基承載力和防滲性能；高噴灌漿防滲墻頂部與振動沉模底部間搭接長度為1 m。

3 土石壩防滲加固修復效果分析

五里峽水庫粘土心墻土石壩壩基與壩體接觸帶 10 m范圍內高噴灌漿施工結束后，即進入壩體中上部振動沉模薄防滲墻施工，歷時58 d，共完成板墻(厚為20 cm)面積為2 155.8 m2。防滲板墻施工結束后，采用圍井鉆孔壓水和取芯樣室內試驗等方法進行墻體施工質量檢測，檢測主要內容包括：防滲墻體外觀觀察、抗壓強度檢測和滲透系數檢測。根據大壩整體布置在典型部位設置4處圍井，其鉆孔取芯樣外觀觀察及齡期 7 d試驗室檢測結果(見表2所示)。

表2 防滲墻體取芯樣檢測結果

鉆孔取芯樣外觀觀察，防滲施工后在壩體內部形成一道寬20 cm，表面光滑、連續完整的防滲板墻帷幕，振動沉模兩板間未出現開縫、錯位等現象。4組芯樣試驗檢測，其抗壓強度平均值為3.61～5.88 MPa，滲透系數為0.46×10-7～0.73×10-7cm/s，均滿足設計要求的“≥3 MPa和≤1×10-7”的技術指標。防滲板墻的施工建設，有效阻斷壩基及壩體滲漏通道，滲流量明顯減少。同時，施工中也進一步擠密大壩土石體，后期土石體回彈作用可以加強壩體原填筑材料與防滲板墻間的結合度，壩體整體抗滲性能得到提高，防滲加固修復效果顯著。

4 結語

為解決五里峽水庫粘土心墻土石壩除險加固工程中，壩基至壩頂需貫穿防滲，防滲深度較深、防滲板墻薄等問題，綜合考慮大壩病險現狀及施工技術優勢，探討壩基接觸帶采用高噴灌漿與壩體采用振動沉板相結合的組合防滲結構。經2種防滲施工技術優勢融合，大壩整體防滲性能得到提高，取得較好防滲效果和投資經濟效益。主要研究結論如下：

1)振動沉模相對高壓旋噴樁和劈裂灌漿，具有地質適應性強、施工工效高和投資較省等優點，較適用于防滲板墻厚度薄(30 cm以下)、防滲深度淺(20 m以下)的土石壩防滲工程，技術可行性較高且經濟性優越。

2)根據五里峽水庫粘土心墻土石壩病險現狀，設計優選壩基高噴灌漿和壩體振動沉模相結合的組合防滲結構，通過在壩基及壩體內部構筑連續、完整防滲幕墻，有效阻斷壩基和壩體滲漏通道，提高壩基承載力和整體防滲性能。

3)鉆孔取芯樣測試結果表明：防滲墻體連續完整，大壩土石體壓實度得到有效提高，抗壓強度和滲透系數均滿足設計指標要求，防滲加固修復效果好、投資經濟效益高，具有較好的推廣應用前景。