雙坑水庫帷幕灌漿除險加固工程分析

安東旭

（梅州市海河水利水電設計有限公司，廣東 梅州 514781）

0 引言

水庫在調節河流流量、防范洪澇災害等方面發揮著積極作用，也是社會經濟發展中非常重要的基礎設施，而其在長期的運行過程中，會受到各種因素的影響而出現病害和問題，如果不能對這些病害進行及時有效處理，水庫運行的可靠性和安全性會受到影響。帷幕灌漿技術在水庫除險加固中有著良好的效果，可以對水庫結構進行整體性補強，降低外部荷載對壩體的損害，也能夠提升壩基結構的耐水性，為水庫大壩的穩定運行奠定堅實基礎。

1 工程概況

雙坑水庫位于梅州市五華縣岐嶺鎮黃福村，水庫壩址流域為五華河水系（見圖1）。水庫于1973 年1月動工興建，1974年12月建成蓄水。實測復核水庫總庫容24.94 萬m3，工程等別為Ⅴ等，屬于?。?）型水庫，永久性主要建筑物級別為5 級，次要建筑物級別為5 級。水庫始建時按20 年一遇洪水設計、200年一遇洪水校核，此次復核設計洪水位為182.33 m，校核洪水位為182.65 m，正常蓄水位為181.41 m，死水位175.27 m。該水庫是以灌溉為主，結合防洪的綜合利用的小（2）水庫，設計灌溉面積33.33 hm2，保護耕地33.33 hm2，保護人口1 500 多人。

圖1 雙坑水庫位置圖

雙坑水庫是以灌溉為主，結合防洪的小（2）型水庫。由于水庫存在嚴重的安全隱患，經2021年安全鑒定評定為三類壩，2020年8月，五華縣水務局經復查后同意三類壩鑒定結論。根據水庫運行管理的有關規定，若不進行除險加固，水庫將不能正常蓄水，效益得不到充分發揮。相關勘查數據顯示，大壩填筑土體主要為粉質黏土，該土質較均勻，呈可塑狀，滲透性中等；但由于建壩時施工工藝有限，碾壓欠密實，導致壩體填土整體結構較疏松，填土壓實度達不到規范要求。大壩壩體填土以粉質黏土為主，含少量碎石，含量少于4%，土質較均勻，已完成自重固結，屬多年填筑土。標準貫入試驗實測擊數N=7～9擊，平均8擊，為松散-稍壓實，壓實度偏低。

綜上所述，此工程存在的多項安全隱患，時刻威脅著水庫下游人民群眾的生命和財產安全，水庫目前已不能正常運行，一定程度上制約著當地社會經濟的發展。因此，必須盡快除險加固，消除不安全因素，避免水庫可能出事的風險，發揮水庫的正常效益，水庫除險加固刻不容緩，應盡快動工修建。

2 方案設計和預期效果

此水庫未見滲漏，但根據地質報告滲透系數較大，大于規范值，此次設計采用充填灌漿方案作為均質土壩段壩體防滲加固設計方案，此工程壩體充填灌漿軸線布置在壩頂雙排孔，梅花形布置，共同形成一道防滲墻體以達到壩體防滲目的。壩體充填灌漿孔布置在大壩頂軸線處，灌漿孔設計為雙排，孔距和間距均為2 m，分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三序孔，Ⅰ序孔間距8 m，Ⅱ序孔間距8 m，Ⅲ序孔間距4 m。壩體、壩基接觸面灌漿設計中，灌漿排數根據壩體、孔隙率、壩體土料性質及透水性確定。充填灌漿采用雙排孔，孔、間距均為2 m；充填灌漿深入基礎到強風化層1 m，充填灌漿采用水泥粘土漿，壩體充填灌漿平面布置和縱剖面布置如圖2和圖3所示。

圖2 壩體灌漿平面布置圖 1∶250

圖3 壩體注漿縱剖面布置圖 1∶250

水庫加固后，大壩為均質土壩，壩長48 m，最大壩高9.43 m，壩頂寬7.50 m，上游坡預制混凝土六角塊護坡，坡比為1：2.55，下游坡比1：4.5，草皮護坡；溢洪道位于土壩左岸壩肩，為開敞式溢洪道，控制堰堰形為寬頂堰，堰頂高程181.41 m，溢洪道全長89 m，凈寬5.50 m，出口為底流消能。輸水系統位于大壩右側，放水設備為梯級放水臥管（哨涵），輸水涵為內徑0.30 m的鋼管，輸水涵洞進口高程175.27 m。

3 帷幕灌漿技術應用

3.1 前期準備

一是設備準備。在工程施工中，需要用到各種各樣的施工設備，這些設備也是保證施工順利進行的前提，結合該工程的實際情況，在帷幕灌漿施工中，需要用到1臺20 t汽車起重機，1臺10 t塔式起重機，6臺150型地質鉆機和1臺CASE6010水平定向鉆機，漿液的攪拌采用的是J1-400型混凝土攪拌機，配合4套灌漿設備完成灌漿作業。

二是材料準備。此工程所用混凝土均從攪拌站購買成品；砂料直接向岐嶺鎮砂場購買成品砂，砂料以中粗砂為主，褐黃色，較干凈，成分主要是石英、長石，質量能滿足工程要求。石料到石場直接購買塊石和碎石。料場產石大部分為中細粒鉀長花崗巖，石料強度高、質量好，是較好的建筑材料，儲量也完全能滿足本工程的要求。此工程主要土方用量為輸水涵和溢洪道處的開挖和填筑，以及輸水涵進口處圍堰土方用量?；靥钣昧峡沙浞掷瞄_挖料中的優質土石料，棄渣場可考慮設在庫區下游左岸低洼地段或山谷中。

3.2 灌漿技術

3.2.1 造孔

施工人員需要依照設計方案的要求，通過放樣的方式確定每一個鉆孔的位置，依照先上游排，后下游排，分4序跳躍式造孔。在造孔過程中，需要切實做好施工管理，要求造孔必須保持鉛直，允許存在的最大偏斜率不能超過鉆孔深度的2%。同時，施工人員需要切實做好鉆孔的記錄工作，對造孔過程進行準確描述，對于造孔環節出現的特殊情況，需要做好全面詳細的記錄并進行深入分析和處理，保證造孔效果。

3.2.2 制漿

對照工程的現實需求，在制漿過程中，選擇的制漿材料為土料、水和水泥，漿液材料采用50%黏土加50%粉土，容重為1.40 t/m3漿液中摻入25%的水泥（重量比）。漿液配置中使用的水必須為沒有任何雜質和異味的淡水，不能使用污水。在確定好漿液配比后，使用J1-400 型混凝土攪拌機將所有原料充分混合，然后借助過濾篩和沉淀清除大顆粒和雜物。正式灌漿施工前，需要再次以進行過濾，篩目規格為35 孔/cm2。要求所有指標都能夠滿足設計施工方案的要求，灌漿過程中漿液容重和輸漿量應每小時測定施工準備備案、造孔、制漿、灌漿、終孔處理驗收1次并記錄，如：漿料發生變化，應隨時調整。

3.2.3 灌漿

在進行灌漿操作的過程中，先灌上游排孔，后灌下游排孔，各排按鉆孔順序分序進行灌注。帷幕充填灌漿采用了分段灌注的方法，要求由下而上進行，分段灌注的長度控制在5～10 m。在灌漿初始階段，應該使用稀漿，經過約3-5 min后，可以逐漸加大泥漿稠度，若孔口壓力下降和注漿管出現負壓（壓力表讀數為0 以下）立即再加大漿液稠度，漿液的容重按技術要求控制。同時，技術人員需要對灌漿的過程進行記錄，依照相應的數據變化情況，做好圖表繪制工作。

3.2.4 管理

帷幕灌漿作業過程中，必須切實做好施工管理工作，這也是確保施工質量和施工效率的前提，施工管理人員應該充分重視起來。具體來講，在水庫壩基帷幕灌漿施工中，需要做好灌漿量控制，灌漿壓力控制，橫向水平位移控制，裂縫開展寬度控制等，要求控制工作能夠貫穿整個施工過程。例如：在對灌漿量進行控制時，每孔每次平均灌漿量，以孔深計每米孔深控制在0.50～1 m3，每孔灌漿次數應要6次以上。充填灌漿按少灌漿多復的原則進行；前后兩次灌漿需要間隔一定的時間來保證施工效果，這個間隔時間不能少于5 d；灌漿口壓力的控制不能超過0.10 MPa，同時對灌漿情況進行跟蹤管控，確保表面不會出現裂縫。

3.3 異常處理

在實施帷幕灌漿施工的過程中，存在一些無法預知的風險，如停水停電、惡劣天氣等，必須提前做好風險防范工作，制定出有效的應急預案，才能保證工程施工的順利進行，在發生異常時及時做出處理和應對。這里對帷幕灌漿施工中的一些常見異常的處理措施進行討論。

3.3.1 吃漿過大

如果在灌漿過程中，出現了單次吃漿量過大的問題，可以嘗試采用少量多次的方式進行灌漿，對每次灌漿的量進行嚴格控制，直至最終灌漿量達到預設標準后，可以停止灌漿。

3.3.2 冒漿問題

帷幕灌漿環節如果在壩頂或者壩坡位置出現了冒漿的問題，必須立即停止灌漿，將冒漿口挖開，使用黏性土料進行回填夯實。如果冒漿位置出現在鉆孔周邊，可以使用水泥砂漿封堵。

3.3.3 串漿問題

灌漿時如果出現了相鄰孔串漿的問題，需要做好觀測分析，若串漿孔灌漿條件良好，并且對壩體不存在負面影響，可以對多個串漿孔進行同時灌漿，不過需要對灌漿順序進行控制，每個泵灌一個孔。如果灌漿孔的條件不允許同時灌漿，可以使用木塞將串漿孔堵住，然后繼續進行灌漿作業。完成灌漿工作后，需要對串漿孔進行沖洗和清掃，然后才能繼續該孔的灌漿作業。

3.3.4 灌漿中斷

如果因為突發狀況導致灌漿突然中斷，需要對鉆孔進行清洗，盡快恢復灌漿。灌漿作業需要連續進行，若整個沖洗過程中斷，需要先對鉆孔進行清掃，恢復灌漿后，使用與開始灌注時標號一致的水泥進行灌注。如果灌漿段水泥砂漿灌入過多，影響了灌漿的順利進行，則可以在漿液中加入速凝劑和穩定漿液，對流速和流量進行控制，適當降低壓力。處理完成后，需要再次進行掃孔，依照相關技術要求灌漿，回漿濃度變大時，可以使用相同水灰比的新漿進行灌注。

4 結語

總而言之，在使用帷幕灌漿技術對水庫大壩壩基進行除險加固的工程中，需要做好鉆孔工作，對孔的質量和安全性進行檢查，明確工程質量目標，推動各級工作人員責任的貫徹落實，做好施工工序的控制和施工經驗的總結，在保證防滲加固效果的同時，降低工程造價。