滁州市城西水庫(kù)大壩防滲加固方案比選

向 建，鄭作民，王 珂

（山東水利工程總公司，山東 濟(jì)南 250014）

城西水庫(kù)位于安徽省滁州市境內(nèi)的清流河支流小沙河上游(屬長(zhǎng)江水系)，水庫(kù)始建于1958年，1965年建成運(yùn)行，是一座以灌溉、城市供水、防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的全國(guó)防洪重點(diǎn)中型水庫(kù)，水庫(kù)集水面積168 km2，總庫(kù)容 7 112 萬 m3。主壩長(zhǎng) 1 650 m，壩頂高程33.0 m，最大壩高25 m。樞紐工程由大壩、溢洪道、灌溉涵洞、非常溢洪道等建筑物組成。

壩基地層共7大層12小層，據(jù)鉆孔揭露情況，自上而下分述如下：①層，淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土：灰色，很濕~飽和，軟塑，局部夾有腐植質(zhì)；②層，重、中粉質(zhì)壤土、局部為粉質(zhì)黏土：灰黃色、灰色、局部黃色，濕~很濕，軟塑~可塑、局部硬塑；③層，淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土夾細(xì)砂、局部夾砂壤土：灰色，很濕~飽和，軟塑，局部夾有腐植質(zhì)；④層，重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)黏土：灰黃色、棕黃色，濕，硬塑~堅(jiān)硬、局部可塑，夾有Fe、Mn質(zhì)結(jié)核；⑤1層，重粉質(zhì)壤土夾細(xì)砂、局部夾砂壤土：灰黃色、棕黃色、灰色，濕，可塑~稍密、局部硬塑；⑤2層，中細(xì)砂：灰黃色、灰色，飽和，松散~稍密、局部中密；⑤3層，重粉質(zhì)壤土夾礫石：灰色，濕，可塑；⑤4層，泥礫石夾砂礫石，以泥礫石為主：黃色、灰黃色、灰色、礫石雜色，濕~飽和，中密，礫石一般粒徑30~50 mm、最大粒徑80 mm以上，含泥量極不均勻、局部為砂礫石。⑥1層，強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)玢巖：紫灰色、青灰色，濕，呈碎塊狀；⑥2層，中等風(fēng)化閃長(zhǎng)玢巖：紫灰色、青灰色，濕，呈柱狀、少量碎塊狀，含大量斜長(zhǎng)石斑晶；⑦1層，強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r：褐灰色、灰色，濕，呈碎塊狀；⑦2層，中等風(fēng)化灰?guī)r：褐灰色、灰色，濕，呈柱狀。

1 大壩第一次防滲加固

1.1 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)安徽省水利廳皖水基（2001）590號(hào)文《關(guān)于城西水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)的批復(fù)》，2002年10月開始進(jìn)行大壩加固，2003年5月完成第一次大壩防滲工程，采用的垂直防滲工藝為高噴灌漿結(jié)合劈裂灌漿，即壩基至砂卵石以上5.0 m范圍內(nèi)采用高噴灌漿施工工藝，上部土層采用劈裂灌漿工藝。

1.2 施工方法

鉆孔施工完成后，高噴臺(tái)車就位，下設(shè)噴射管到設(shè)計(jì)深度。同時(shí)啟動(dòng)高壓水泵、空壓機(jī)、攪拌機(jī)、泥漿泵等配套設(shè)備，將各項(xiàng)工藝參數(shù)調(diào)整到設(shè)計(jì)要求，開始噴射，待孔口返漿后按設(shè)計(jì)要求速度開始提升，自下而上形成高壓噴射灌漿防滲板墻。灌漿過程中隨時(shí)檢查漿液比重及孔口冒漿現(xiàn)象，如孔口出現(xiàn)不返漿現(xiàn)象，說明有大空隙或集中漏水通道，此時(shí)應(yīng)立即停止提升，采取充砂或摻加速凝劑等措施使其返漿，以確保防滲墻的連續(xù)性。

噴射過程中應(yīng)隨時(shí)檢查設(shè)備運(yùn)行狀況，高壓水泵泵壓應(yīng)保持在35 MPa以上，空壓機(jī)風(fēng)壓不小于0.6 MPa，泥漿泵泵壓保持0.2～1.0 MPa，同軸噴射。高噴孔分序施工，Ⅰ、Ⅱ序孔灌漿間隔時(shí)間不小于3 d。

1.3 運(yùn)行效果

水庫(kù)大壩經(jīng)第一次防滲加固處理后，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)老河槽段（0+720斷面附近）防滲墻后的壩基滲流壓力仍然偏高，壩基測(cè)壓管水位高出理論值2~3 m，出現(xiàn)高水位異常且長(zhǎng)期不下，大壩樁號(hào)0+700~0+900段壩身浸潤(rùn)線仍然偏高，壩后有明顯承壓水頭泉眼，壩內(nèi)仍存在滲流通道，防滲效果不明顯。

鑒于城西水庫(kù)地理位置的重要性及存在的問題，2009年6月14日水利部專項(xiàng)檢查組召開了水庫(kù)安全度汛督查會(huì)，要求盡快查明原因，補(bǔ)充測(cè)量鉆探，以進(jìn)一步查明大壩壩體質(zhì)量及壩基滲透范圍，透水層深度，并確定下一步加固處理方案。項(xiàng)目法人委托勘測(cè)單位進(jìn)行了補(bǔ)充勘測(cè)。

1.4 補(bǔ)充勘測(cè)

受項(xiàng)目法人委托，安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院承擔(dān)了補(bǔ)充勘察任務(wù)，通過勘察得出如下結(jié)論：老河槽（0+720斷面附近）壩基揚(yáng)壓力偏高的原因是：⑤4層泥礫石夾砂礫石層在大部分壩段是不透水層，在0+720壩段的壩后二平臺(tái)的下游也是不透水的，而這一層在0+720附近壩段的壩后二平臺(tái)的上游是強(qiáng)透水層而且在0+720壩段附近的上游繼續(xù)分布著一層中等透水的中細(xì)砂層，導(dǎo)致在0+720壩段附近的壩后二平臺(tái)的揚(yáng)壓力過高。

壩身填土的填筑質(zhì)量及防滲性能總體良好，但在0+750~0+800壩軸線上以及0+750~0+900迎水坡的上部，壩身填土滲透系數(shù)偏大，不符合規(guī)范要求，從而導(dǎo)致水庫(kù)高水位時(shí)浸潤(rùn)線偏高，大壩上游有部分斜墻已經(jīng)喪失擋水防滲的功能。鑒于勘察所揭露的地層情況及水庫(kù)的重要性，建議盡快對(duì)大壩重新采取防滲加固措施。

2 大壩第二次防滲加固

2.1 設(shè)計(jì)方案

第二次防滲加固設(shè)計(jì)在大壩樁號(hào)0+550~0+950段壩頂軸線處布置混凝土防滲墻，防滲墻頂高程為32.55 m，墻底高程在2.0~3.55 m，墻體嵌入基巖1.0 m。墻下基巖進(jìn)行帷幕灌漿，形成一道完整的防滲體系，帷幕灌漿從0+550~1+200樁號(hào)壩段，以達(dá)到壩體壩基一并截滲的目的，從而有效降低壩體浸潤(rùn)線，消殺壩后承壓水頭，防止?jié)B透破壞。防滲墻厚度為0.5 m，墻體最大深度為31.4 m；帷幕灌漿設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)為基巖透水率10 Lu，灌漿深度深入10 Lu線以下不小于3.0 m，單排孔布置分三序施工，孔距1.5 m，采用自上而下分段灌漿工藝。壩后增設(shè)4座減壓井。

2.2 施工方法

2.2.1 混凝土防滲墻施工

1）槽段劃分。結(jié)合地質(zhì)條件并考慮預(yù)埋帷幕灌漿管的孔距（帷幕灌漿孔距為1.5 m），確定標(biāo)準(zhǔn)槽段長(zhǎng)度為7.5 m，每一槽段中預(yù)埋5根灌漿管，兩邊的灌漿管距槽孔端頭的距離為0.75 m。

防滲墻設(shè)計(jì)厚50 cm，最大深度約31.4 m，壩體為重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)黏土為主，壩基為強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，采用“抓斗配合沖擊鉆成槽”工藝，接頭處理采用“接頭管”法。液壓抓斗選用寶峨GB30型液壓抓斗，沖擊鉆選用CZ-30型。

2）泥漿固壁。泥漿在施工中不僅直接影響槽壁穩(wěn)定，并且起到冷卻、潤(rùn)滑鉆具，懸浮巖屑及防止塌孔的作用。

泥漿制備時(shí)純堿液配制濃度為 1∶10～1∶5，CMC液對(duì)高粘度泥漿的配制濃度為1.5%。先將水加至攪拌筒1/3后開動(dòng)攪拌機(jī)，在定量水箱不斷加水同時(shí)，加入膨潤(rùn)土、純堿液，攪拌3 min后，加入CMC液繼續(xù)攪拌。攪拌好的泥漿靜置24 h后使用。

3）成槽施工。成槽施工采用“抓斗配合沖擊鉆”工藝，由液壓抓斗根據(jù)槽段長(zhǎng)度分“主、副孔”依次抓取。入強(qiáng)風(fēng)化巖石采用“鉆鑿法”施工。

按照設(shè)計(jì)及復(fù)勘孔揭示的地質(zhì)資料及設(shè)計(jì)防滲墻體嵌入風(fēng)化基巖1.0 m的標(biāo)準(zhǔn)確定成槽深度，成槽過程中當(dāng)發(fā)現(xiàn)接近基巖面時(shí)開始留取巖樣并記錄好深度，由現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)工程師會(huì)同監(jiān)理工程師共同鑒定巖樣。

槽孔終孔驗(yàn)收合格后下設(shè)潛水排污泵配振動(dòng)篩（泵吸法）清孔，直至淤積厚度滿足要求；二期槽孔清孔結(jié)束前，用鋼絲刷刷洗一期槽孔段混凝土孔壁上所吸附的巖渣、泥皮。

4）槽段連接。墻體連接采用“接頭管法”，Ⅰ期槽孔澆注前，在槽孔兩端下設(shè)直徑略小于槽寬的鋼制接頭管，孔口固定后澆注混凝土，澆筑過程中隨時(shí)松動(dòng)接頭管，待混凝土初凝后起拔接頭管，形成接頭孔。接頭管分節(jié)制作，插銷連接，采用液壓拔管機(jī)起拔。

5）防滲墻澆筑。防滲墻水下混凝土澆注采用直升式導(dǎo)管法，導(dǎo)管下設(shè)嚴(yán)格按規(guī)范要求，導(dǎo)管間距≤3.5 m，一期槽端的導(dǎo)管距接頭管為1.0～1.5 m，二期槽端的導(dǎo)管距孔端1.0 m。

澆筑時(shí)導(dǎo)管埋入混凝土深度≥1.0 m，不超過6.0 m；保持槽孔內(nèi)混凝土面均勻上升，上升速度≥2 m/h，每30 min測(cè)定一次混凝土面深度，保證混凝土面高差控制在0.5 m范圍內(nèi)；澆筑混凝土?xí)r，孔口設(shè)蓋板，以防雜物掉入槽孔內(nèi)。

澆筑過程中隨時(shí)測(cè)量并做好混凝土面上升記錄，防止堵管、埋管、導(dǎo)管漏漿和泥漿混摻事故的發(fā)生。每隔30 min測(cè)量一次槽孔內(nèi)的混凝土面深度，并及時(shí)填繪混凝土澆筑指示圖，以校對(duì)澆筑方量。

2.2.2 帷幕灌漿施工

1）鉆孔。帷幕灌漿鉆孔采用XY-2B地質(zhì)鉆機(jī)，配Φ50鉆桿，采用Φ76巖芯鉆具。鉆孔要保證孔向準(zhǔn)確，如鉆孔方向發(fā)生偏斜將導(dǎo)致各孔灌漿的擴(kuò)散范圍不能互相搭接，會(huì)留有漏水通道。為控制鉆孔方向準(zhǔn)確，鉆機(jī)安裝必須平正穩(wěn)固，鉆孔時(shí)在孔口埋設(shè)孔口管，鉆機(jī)立軸和孔口管的方向與設(shè)計(jì)孔向一致，孔口管對(duì)全孔鉆進(jìn)能夠起到導(dǎo)向的作用，有利鉆孔的方向控制。

2）壓水試驗(yàn)。灌漿孔均進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)可結(jié)合裂隙沖洗進(jìn)行，簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)方法為：壓力為灌漿壓力的80%，該值大于1.0 MPa時(shí)，采用1.0 MPa，壓水20 min，每5 min測(cè)讀一次流量，取最后的流量值作為計(jì)算流量，成果以透水率表示。

3）制漿。制漿采用高速攪拌機(jī)制漿，水泥漿液的攪拌時(shí)間不少于30 s，攪拌轉(zhuǎn)速大于1 200 r/min，漿液在使用前過篩，自制備至用完的時(shí)間少于4 h。集中制漿站制備水灰比為5∶1~0.5∶1的純水泥漿液。各灌漿地點(diǎn)測(cè)定來漿密度，調(diào)制使用。

4）灌漿。灌漿漿液的濃度應(yīng)由稀到濃，逐級(jí)變換，帷幕灌漿的漿液水灰比有以下 7 個(gè)比級(jí)：5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1，開灌水灰比采用 5∶1。 灌注細(xì)水泥漿液， 可采用 3 個(gè)比級(jí) 2∶1、1∶1、0.6∶1 或 1∶1、0.8∶1、0.6∶1。灌注穩(wěn)定漿液、混合漿液、膏狀漿液，比級(jí)宜少，其配比和變換方法通過室內(nèi)漿材試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)確定。

2.3 運(yùn)行效果及蓄水安全鑒定

按照補(bǔ)充勘測(cè)設(shè)計(jì)實(shí)施第二次大壩防滲加固工程后，對(duì)加固前后測(cè)壓管資料分析，壩基滲流壓力、壩身浸潤(rùn)線有明顯降低。初步監(jiān)測(cè)成果表明，大壩滲流穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

2010年11月10日至14日，受項(xiàng)目法人委托，南京水利科學(xué)研究院組織有關(guān)專家對(duì)城西水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程進(jìn)行了蓄水安全鑒定，通過聽取匯報(bào)、查勘現(xiàn)場(chǎng)、查閱資料等方式，形成了《滁州市城西水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程蓄水安全鑒定報(bào)告》。結(jié)論為：

城西水庫(kù)大壩經(jīng)過第二次補(bǔ)充防滲處理后，除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求，施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。當(dāng)前工程面貌已經(jīng)具備下閘蓄水條件，可下閘蓄水。

3 結(jié)語

通過對(duì)比城西水庫(kù)大壩2次防滲加固的效果可以看出，在類似⑤4層泥礫石夾砂礫石地層中，采用高壓噴射灌漿防滲工藝局部未能有效截?cái)鄩位鶟B漏通道，防滲效果不佳；采用混凝土防滲墻下接帷幕灌漿防滲工藝，能有效降低壩體浸潤(rùn)線，截?cái)鄩位鶟B漏通道，形成最佳防滲體系，該防滲工藝近幾年來普遍應(yīng)用于國(guó)內(nèi)大中型水庫(kù)除險(xiǎn)加固大壩防滲加固中。