懸掛式帷幕灌漿在水庫加固工程中的應用

喬 兵 張大雷 孫 穎

（1.煙臺市水利建筑勘察設(shè)計院 山東煙臺 264001；2.煙臺市膠東地區(qū)引黃調(diào)水工程建設(shè)管理局 山東煙臺 264001）

1 工程概況

門樓水庫是一座兼有防洪、城市供水、灌溉等綜合利用的多年調(diào)節(jié)大 （2）型水庫，控制流域面積1079km2。樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道和放水洞組成。主壩為粘土心墻砂殼壩，壩頂高程37.10m，最大壩高24.10m，壩長1440m。副壩3座，分別為閘北副壩、幸福渠副壩、東副壩，總長833m。閘北副壩為均質(zhì)壩，壩頂高程37.00m，最大壩高10.0m，壩長334.0m；幸福渠副壩為斜墻壩，壩頂高程35.71m，最大壩高19.2m，壩長150.0m；東副壩為粘土心墻壩，壩頂高程37.00m，最大壩高17.0m，壩長393.0m。溢洪道為開敞式，建有12孔10m×6m溢洪閘，凈寬120m，總寬136.5m，溢流堰為克－奧型實用堰，堰頂高程25.38m。水庫設(shè)有東、西兩座放水洞。

根據(jù)水庫工程地質(zhì)勘察報告，主壩、閘北副壩、幸福渠副壩及溢洪閘基巖巖溶裂隙極其發(fā)育，透水率100～1000Lu，存在嚴重的滲透穩(wěn)定問題，危及壩體和溢洪閘的安全，應及早進行除險加固。

2 工程地質(zhì)情況

2.1 主壩壩基地質(zhì)情況

根據(jù)水庫工程地質(zhì)勘察報告，主壩左岸樁號1＋000～1＋440段壩基20.0～21.50m高程以上巖體透水率53～230Lu，屬中等偏強～強透水，壩體與壩基接合部位存在接觸沖刷可能，20.0～21.50m高程以下巖石透水率16～19Lu，屬中等偏弱透水。

2.2 閘北副壩壩基地質(zhì)情況

閘北副壩樁號0＋021.5～0＋278段壩基為厚層大理巖，并有部分片巖相間，巖溶發(fā)育，透水率多為100～1000Lu，屬強透水層，賦存巖溶裂隙水，接受庫水補給，向下游排泄。受構(gòu)造及巖性影響，巖溶發(fā)育不均一，透水率變化很大，為5～2260Lu，勘探深度70m尚未見相對隔水層。壩下游有4處泉群長期漏水，水庫高水位時壩下居民家中產(chǎn)生涌水。

2.3 幸福渠副壩壩基地質(zhì)情況

幸福渠副壩壩基為強風化～中風化大理巖，巖石破碎，巖溶發(fā)育，漏水嚴重。樁號0＋461.95～0＋556.45段壩基為硅質(zhì)大理巖，透水率多為100～1000Lu，最大達2260Lu，強～極強透水，在樁號0＋469、0＋500鉆孔2個，孔深65m，透水率為7.6～26Lu，至孔底高程－29.29m，亦未見相對不透水層。水庫蓄水后的1960～2000年間，該副壩先后發(fā)生過4次大的滲漏險情，最大滲漏量1.05m3／s。由于大理巖溶蝕裂隙及溶洞發(fā)育，充填物主要為含碎石壤土，結(jié)構(gòu)松散，在高水位下易產(chǎn)生滲透破壞，上下貫通，形成塌陷及滲流通道，危及大壩安全。

2.4 溢洪閘閘基地質(zhì)情況

溢洪閘所處的河間地塊單薄，大理巖溶發(fā)育，透水率一般50～600Lu，最大1056～1296Lu，屬強－極強透水巖層。根據(jù)鉆探資料，－17m高程以上巖石透水率較大，為204～1296Lu，向下減少，－37m高程透水率為219Lu，仍未見相對不透水層。1988年水庫保安全雖曾對閘基進行過懸掛式帷幕灌漿處理，但由于灌漿質(zhì)量差，深度淺，效果不明顯。

3 截滲加固方案

在水庫大壩安全鑒定的基礎(chǔ)上，通過進行詳細的地質(zhì)勘察，根據(jù)各壩、閘基壩型、地質(zhì)條件及存在的不同問題，經(jīng)多方案分析論證，對主、副壩壩基和溢洪閘閘基提出了不同的截滲加固方案。

3.1 主壩壩基截滲方案

3.1.1 截滲方案

根據(jù)工程地質(zhì)情況，設(shè)計對樁號1＋000～1＋440段壩基進行帷幕灌漿處理。考慮到該壩段基巖相對不透水層埋藏深度較深，采用懸掛式帷幕灌漿方案，灌漿深度為至基巖面以下10m，灌漿頂面深入壩體內(nèi)1.0m。

3.1.2 工程布置

帷幕灌漿孔沿壩軸線布設(shè)。灌漿孔共布置一排，孔距2m，分三個次序施工。先鉆灌一序孔，再鉆灌二序孔，最后鉆灌三序孔。一序孔孔距為8m，二序孔孔距為4m，三序孔孔距為2m。灌漿后巖石透水率小于5Lu。

3.2 閘北副壩壩基截滲方案

3.2.1 截滲方案

根據(jù)工程地質(zhì)資料，樁號0＋062～0＋110段壩基5.0m高程以下透水率小于5Lu，按規(guī)范要求，帷幕灌漿的深度深入相對不透水層至少5.0m；其余兩段－25m高程 （勘探深度為70m）仍未見相對不透水層，設(shè)計采用懸掛式帷幕灌漿，據(jù)滲流計算結(jié)果，兩段灌漿的設(shè)計底高程為－5.0m。

3.2.2 工程布置

考慮到該壩為均質(zhì)壩，且上游壩腳大部分在興利水位以上，設(shè)計帷幕灌漿孔沿上游壩腳布設(shè)。由于壩基巖溶極其發(fā)育，透水率達到2260Lu，根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》 （SL274－2001），灌漿孔布置三排，呈梅花型，排距2m，孔距3m。灌漿頂面深入壩體內(nèi)1.0m與粉質(zhì)粘土壩體可靠連接。灌漿后巖石透水率小于5Lu。

3.2.3 其它技術(shù)要求

為提高漿液與基巖裂縫的粘結(jié)力，設(shè)計在漿液內(nèi)摻水泥用量10%的REA摻加劑，通過REA的膨脹作用，增強灌漿帷幕的抗?jié)B性能。

對集中漏水嚴重的壩段，設(shè)計采用沖填級配料灌漿工藝。即開始先沖填小石子，當沖填到一定程度后，有堵孔返水現(xiàn)象，進行掃孔處理，再重復投料；當孔口形成一定壓力，漏水量小于200L／min時，再沖填粗砂；然后作壓水試驗，按常規(guī)要求進行灌漿。

3.3 幸福渠副壩壩基截滲方案

3.3.1 截滲方案

幸福渠副壩壩基大理巖溶蝕裂隙發(fā)育，溶洞中的充填物在高水位作用下可能上下貫通，形成滲流通道，危及大壩安全，應對壩基進行截滲處理。根據(jù)滲流計算結(jié)果并經(jīng)多方案比較，采取鋼筋砼鋪蓋和帷幕灌漿相結(jié)合的截滲處理方案。

3.3.2 工程布置

考慮到該壩為斜墻壩，設(shè)計灌漿軸線沿上游壩腳布置。鋼筋砼鋪蓋設(shè)在粘土斜墻齒槽的前端，厚0.4m。鋪蓋的長度經(jīng)滲流計算確定為60m，為避免繞滲，兩岸順岸坡鋪設(shè)至31.0m高程 （高于興利水位0.32m），因上部水頭較小，頂部31.0m高程處鋪蓋長度為15.0m，與壩腳鋪蓋呈漸變方式銜接。

根據(jù)地質(zhì)資料，幸福渠副壩壩基灌漿范圍為樁號0＋439～0＋610，防滲體總長199m （含斜坡段長）。由于主河槽部位壩基－30m高程仍未見相對不透水層，壩基截滲采用懸掛式帷幕灌漿加固措施。參照 《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》，對于壩基下相對隔水層埋藏較深者，灌漿的深度可取0.3～0.7倍的水頭。針對工程實際情況，經(jīng)滲流計算，灌漿底高程確定為－5.0m。對于左岸樁號0＋581～0＋610段，－5.0m高程以上有相對不透水層，其灌漿底部深入相對不透水層5.0m。

圖1 幸福渠副壩壩基截滲設(shè)計圖

帷幕灌漿孔位于鋼筋混凝土鋪蓋下游端齒槽的下面，共設(shè)兩排孔，呈梅花型布置，排距2m，孔距3m。灌漿孔上游一排距齒槽底上游邊緣1.5m，下游一排距齒槽底下游邊緣1.5m。帷幕灌漿的頂面與鋼筋混凝土齒槽可靠連接，灌漿后巖石透水率小于5Lu。灌漿的其它技術(shù)要求與閘北副壩相同。壩基截滲設(shè)計見圖1。

3.4 溢洪閘閘基截滲方案

3.4.1 截滲方案

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，該區(qū)至－35m高程仍未見相對不透水層，采用懸掛式帷幕灌漿截滲方案。為使灌漿帷幕與右岸的主壩和左岸的閘北副壩相接，灌漿的范圍為主壩樁號1＋426至閘北副壩樁號0＋021.5，長192.5m。

3.4.2 工程布置

考慮到1988年曾對溢洪閘進行過一次帷幕灌漿，灌漿范圍為主壩樁號1＋425至閘北副壩樁號0＋020，灌漿底高程為－5.0m和0.0m。本次根據(jù)地質(zhì)勘察資料和滲流計算結(jié)果，灌漿底高程適當加深，為－10.0m。設(shè)計共布置一排灌漿孔，為保證本次灌漿和前次灌漿較好結(jié)合，灌漿孔布置在前次灌漿孔的上游側(cè)1.5m處，孔距3m，灌漿底高程為－10.0m。灌漿后巖石透水率小于5Lu。

4 加固效果

通過對主壩、閘北副壩、幸福渠副壩、溢洪閘壩（閘）基帷幕灌漿工程不同部位、不同深度 （段次）進行壓水試驗抽樣檢測，其透水率檢測結(jié)果為：主壩1.04～1.91Lu，閘北副壩0.37～4.73Lu，幸福渠副壩0.83～4.31Lu，溢洪閘0.96～2.46Lu，均滿足設(shè)計要求。從加固前后的壩基漏水情況看，加固前溢洪閘－幸福渠副壩下游岸邊有4處泉群長期漏水，滲漏量約2513m3／d。加固后，壩下游的4處泉水均已干涸，可見截滲效果十分明顯。

5 結(jié)語

針對門樓水庫大壩及溢洪閘基巖相對不透水層較深的實際情況，結(jié)合各壩 （閘）基不同壩型、地質(zhì)條件及存在的問題，通過現(xiàn)場試驗和計算分析，提出了懸掛式帷幕灌漿技術(shù)，并采取了不同的截滲處理方案，該工程已經(jīng)實施，并通過了竣工驗收，取得了良好的截滲效果。