后灣水庫大壩高噴灌漿試驗綜述

石瑞青

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

后灣水庫位于山西省襄垣縣虒亭鎮(zhèn)后灣村，是一座以防洪為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)供水的多年調(diào)節(jié)水庫，屬濁漳河西源的控制性工程。1959年11月開工興建，1960年3月完工。經(jīng)數(shù)次擴(kuò)建改建，最大壩高26 m，壩長300 m，設(shè)計總庫容1.3億m3，控制流域面積1 300 km2，屬大（二）型水利工程。2002年9月經(jīng)安全鑒定確定水庫為三類病險水庫。

建庫以來，水庫大壩曾發(fā)生過裂縫，雖經(jīng)幾次加壩培厚，但仍存在局部壩體質(zhì)量較差、壩體滲透性差異較大、浸潤線較高等問題。經(jīng)對現(xiàn)狀大壩滲流形態(tài)進(jìn)行分析，現(xiàn)狀設(shè)計洪水位和校核洪水位時，壩體和壩基最大出逸滲透比降均大于允許滲透比降，存在滲透穩(wěn)定問題。

為消除病險、保障下游人民生命財產(chǎn)安全，并使水庫正常蓄水、充分發(fā)揮其興利效益，必須對其進(jìn)行分析論證，以采取相應(yīng)的除險加固措施。

2 試驗?zāi)康?/h2>

后灣水庫壩址區(qū)基巖地層為中生界三疊系下統(tǒng)劉家溝組（T1）砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及泥巖，壩基巖體具中等滲透性。左壩肩臺上部為低液限黏土，下部為級配不良砂及卵石混合土，水庫蓄水后臺地下游邊緣和臺地壩坡腳處出現(xiàn)滲水。1982年在壩后臺地邊緣開挖排水減壓井后，滲水現(xiàn)象消失，形成了集中滲流。擬定采取高壓定噴防滲墻解決壩體滲漏。根據(jù)高噴灌漿初步設(shè)計及工程地質(zhì)條件，在大壩下游選取試驗場地，試驗論證在大壩上游采用高壓噴射灌漿進(jìn)行防滲處理的可行性；通過灌漿試驗獲得高壓噴射灌漿在這種地層內(nèi)的有效擴(kuò)散半徑，選擇經(jīng)濟(jì)、合理的定噴孔距布置形式；選取切實可行的施工工藝方法和技術(shù)參數(shù)以及配套的施工設(shè)備。

3 試驗場地選擇及試驗孔布置

選擇在大壩左岸下游與大壩地質(zhì)情況相接近的場地上進(jìn)行高噴試驗。根據(jù)施工進(jìn)度，由業(yè)主監(jiān)理、施工單位共同選取試驗場地，共進(jìn)行3次13個孔的噴漿試驗。

第1組與第3組試驗的地質(zhì)情況為：上部10 cm為磚塊及雜填土，下部為黏土，紅色，堅硬，1.3~1.5 m含灰白色鈣質(zhì)結(jié)核。第2組試驗的地質(zhì)情況為：上部10 cm為磚塊及雜填土，下部為回填黏土，紅色，較堅硬，含灰白色鈣質(zhì)結(jié)核及部分磚塊。3組試驗孔位布置分別見圖1，圖2和圖3。

圖1 第1組試驗孔位分布圖

圖2 第2組試驗孔位分布圖

圖3 第3組試驗孔位分布圖

完成工程量見表1。

表1 工程量表

4 試驗質(zhì)量控制

采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆孔，高壓噴射設(shè)備灌漿，自下而上一次提升成墻。將所有孔位統(tǒng)一編號，分2序進(jìn)行鉆孔和噴射灌漿。

第一，由測量人員測定軸線與孔位。第二，采用回旋鉆機(jī)鉆孔。泥漿護(hù)壁，必須將鉆機(jī)準(zhǔn)確地安在孔位上，偏差不大于5 cm，孔徑130 mm，并且將鉆機(jī)安置平穩(wěn)才能鉆進(jìn)，鉆進(jìn)時詳細(xì)記錄地質(zhì)變化情況。第三，下噴射管前，將噴漿系統(tǒng)安裝妥當(dāng)，并在地面上試噴檢查。第四，制漿時，必須使用質(zhì)量合格的普通硅酸鹽水泥，同時注意防潮和縮短存放時間，制漿用水一定要使用符合拌制混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)的水。第五，嚴(yán)格檢查噴射管，下放到設(shè)計高程才能開噴。第六，噴射管下至設(shè)計高程后，送水、送氣、送漿，并開始噴射，待孔口回漿比重不小于1.28~1.30 kg/cm3，方可進(jìn)行提升。高壓力、壓縮氣、水泥漿壓力分別為35 MPa，0.7 MPa和0.04 MPa，提升速度為11 cm/min。定噴應(yīng)一次成墻，不允許中途停噴。第七，在噴射管提升過程中，孔內(nèi)灌入水泥漿液，一部分與噴射脫落的土料或碎石攪和成墻。

5 試驗開挖檢查

由于試驗為單排折線墻，噴射試驗用50 h分別對3組墻體進(jìn)行開挖檢驗，結(jié)果為：第1組折線墻噴射長度為1.4~1.7 m，墻厚2.5~12 cm，墻與墻之間沒有搭接；第2組折線墻噴射長度為1.4~2.12 m，墻厚4~10 cm，上部墻與墻之間搭接緊密，連續(xù)性好，由于該地層為回填土地層，0.8 m以下含有磚頭和鈣質(zhì)結(jié)核，所以圍井下部搭接不好；第3組折線墻噴射長度為1.8~2.4 m，本次墻與墻搭接良好，由于地層黏粒含量不同，高噴成墻的噴射長度和墻體厚度有較大的差異，局部含黏粒大于40%的密實地層噴射成墻長度達(dá)0.75 m，約占地層的0.5%。

通過3組高噴技術(shù)參數(shù)試驗圍井的開挖與測量，由于Q2黏土層黏粒含量及密實度不同，加之該地層夾有薄層鈣質(zhì)結(jié)核，在薄層鈣質(zhì)結(jié)核地層成墻相對較難，為保證高噴墻體能在大壩內(nèi)完全搭接，建議高噴灌漿孔距調(diào)整為1.8 m。

6 結(jié)論和建議

通過3組重復(fù)試驗，高壓噴射構(gòu)筑防滲墻在黏土中高壓水切割較為困難，且切割長度較短、寬度較窄，局部成墻長度達(dá)不到設(shè)計目的，含黏量較大的地層只能達(dá)到1.8 m，單面墻最短處為0.75 m。墻厚在密實的黏土地層中最薄處只能達(dá)到2.5 cm，寬處12 cm，第3組試驗防滲墻最薄處達(dá)3 cm，建議高壓定噴孔距調(diào)整為1.8 m。

后灣水庫除險加固工程于2009年12月底通過驗收，大壩除險加固措施均已完建并投入使用，根據(jù)試驗，后灣水庫大壩除險加固防滲墻孔點布設(shè)一排，布置在防滲軸線上，頂部伸入壩體及左壩肩低液限黏土2.0～4.6 m，底部伸入基巖面1.0 m。目前，大壩在正常、非常運用條件荷載組合情況下均能滿足滲流要求，運行狀態(tài)正常，能夠發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，印證了試驗的合理性。