壩體與壩基垂直連體防滲加固中墻幕結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)

林志敏

(福建省莆田市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院 351100)

1 工程概況

坑利水庫(kù)位于莆田市秀嶼區(qū)平海鎮(zhèn)北嶠村的鷺峰山谷中，距離平海鎮(zhèn)約7km，由四條支坑匯集一溪流筑壩而成。該水庫(kù)始建于1957年11月，1958年3月竣工蓄水，1964年對(duì)該壩進(jìn)行了加高處理。水庫(kù)集雨面積為2.08km2，總庫(kù)容62.74萬 m3，是一座以灌溉為主，兼有防洪功能的小(2)型水庫(kù)。該水庫(kù)大壩是一座土石混合壩，壩頂高程57.15m，最大壩高16.7m，壩頂長(zhǎng)113m、寬3.0m，上游設(shè)防浪墻，墻頂高程58.65m。防滲心墻上游為夯填砂質(zhì)黏土，下游壩體采用堆砌塊石夾砂礫、碎石，大壩防滲體采用等腰梯形漿砌條石心墻，心墻底寬3m、頂寬0.5m，嵌入基礎(chǔ)1m。

2 大壩主要病險(xiǎn)和原因分析

根據(jù)歷史資料，大壩自建成后的50多年間，右岸的下游壩腳處有一常年滲漏點(diǎn)，當(dāng)水庫(kù)蓄水至52.77m時(shí)，該處就出現(xiàn)滲漏，漏水量為0.8L/s，當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到55.77m時(shí)，漏水量達(dá)到14.34 L/s，但未觀測(cè)到壩體有砂性土流失現(xiàn)象。

綜合勘探、施工、運(yùn)行等資料和滲流穩(wěn)定計(jì)算成果，大壩滲漏明顯，說明水庫(kù)大壩存在嚴(yán)重滲流安全隱患。分析主要有以下四種原因:?大壩上游壩殼填土天然含水率偏高、壓實(shí)度低、均勻性差，壩殼填筑質(zhì)量較差，滲透系數(shù)大;?大壩心墻為漿砌條石，不符合現(xiàn)行規(guī)范要求，心墻可能斷裂或者存在裂隙，引起滲漏;?大壩壩基為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，某段存在順河向裂隙密集帶，發(fā)生壩基集中滲漏;?大壩放水涵洞為漿砌石結(jié)構(gòu)，可能斷裂或者存在裂隙，引起滲漏。

3 墻幕結(jié)合防滲加固設(shè)計(jì)方案

根據(jù)以上分析，大壩壩體、壩基及放水涵洞均存在滲漏問題，大壩防滲加固設(shè)計(jì)擬對(duì)大壩壩體、壩基進(jìn)行防滲加固，并對(duì)放水涵洞進(jìn)行套管處理。經(jīng)比較，大壩垂直防滲加固采用單管高壓旋噴樁與帷幕灌漿加固相結(jié)合(上墻下幕)，灌漿平臺(tái)設(shè)在大壩上游坡，灌漿平臺(tái)以上采用鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲處理，使帷幕灌漿、高壓旋噴樁防滲墻和復(fù)合土工膜防滲構(gòu)成大壩壩基和壩體的整體防滲體系。

3.1 墻幕結(jié)合布置型式

壩體采用單管高壓旋噴樁防滲加固，單排布置，樁徑0.60m，孔距0.4m。壩基采用帷幕灌漿防滲加固，單排布置，孔距2.0m，灌漿深度按深入相對(duì)不透水巖層(透水率小于5Lu)5m控制。土壩帷幕灌漿在無蓋板條件下進(jìn)行，裂隙無法沖洗，灌漿壓力受到限制，水泥漿液難以在基巖接觸段內(nèi)橫向發(fā)展或填充密實(shí)。運(yùn)用高壓旋噴防滲墻，建造帷幕灌漿蓋板，可以有效改善帷幕灌漿條件，提高灌漿效果。帷幕灌漿孔布置在高壓旋噴樁防滲墻的中心線上，與高噴孔同孔同心，這樣有利于保證整體防滲效果及墻幕搭接質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)上墻下幕二者的有機(jī)結(jié)合，減少壩基灌漿的工程投資，且防滲效果可靠，施工簡(jiǎn)單方便，施工效率高，進(jìn)度快(見圖1)。

圖1 墻幕結(jié)合布置型式示意圖

3.2 墻幕灌漿參數(shù)的確定

墻幕灌漿參數(shù)的確定關(guān)鍵在于合理確定單管高壓旋噴樁防滲墻的厚度與帷幕灌漿的深度，實(shí)現(xiàn)墻幕結(jié)合經(jīng)濟(jì)合理。單管高壓旋噴樁防滲墻的厚度主要取決于墻體材料的允許滲透比降，按經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，公式為

式中 T—防滲墻體厚度，cm;

H—設(shè)計(jì)水頭，cm;

［J］—允許滲透比降，取80。

經(jīng)計(jì)算，T=20cm，考慮到施工鉆孔孔斜度的影響，綜合確定設(shè)計(jì)旋噴樁樁徑60cm，中心距40cm，最小搭接厚度31cm，最大深度13.6m。高壓旋噴灌漿作業(yè)分為兩序施工，灌漿注漿壓力、注漿流量及提升速度等施工參數(shù)通過現(xiàn)場(chǎng)試樁確定。

帷幕的深度與水頭大小和相對(duì)不透水層深度有關(guān)，只有帷幕深入相對(duì)不透水層，才能有效地截?cái)酀B流。壩基下存在相對(duì)不透水層，且埋藏深度不大時(shí)，帷幕應(yīng)深入該層至少5m。灌漿深度按深入相對(duì)不透水巖層(透水率小于5Lu)5m控制，單排布置，帷幕灌漿作業(yè)分為三序施工，終孔間距2.0m，灌漿壓力、注漿率等參數(shù)具體通過現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)確定。

4 墻幕結(jié)合灌漿施工技術(shù)方案

4.1 單元施工程序

同一施工單元按先高壓旋噴灌漿形成蓋板，壩基帷幕在蓋板內(nèi)鉆孔灌漿完成后，再高壓旋噴灌漿形成壩體防滲墻的順序進(jìn)行(見圖2)。

圖2 單元施工程序示意圖

4.2 施工工藝

4.2.1 帷幕灌漿蓋板的施工

帷幕灌漿蓋板利用高壓旋噴防滲墻底部結(jié)構(gòu)，高壓旋噴采用單管法，直接噴射水泥漿。每孔先從灌漿平臺(tái)上鉆孔，深入基巖0.5m。旋噴時(shí)，將旋噴管下至孔底，自下而上進(jìn)行旋噴至設(shè)計(jì)蓋板頂高程，形成水泥土蓋板，蓋板厚1.5m。起鉆后，下套管護(hù)壁，保護(hù)好孔口。

4.2.2 墻下帷幕灌漿的施工

單元高壓旋噴水泥蓋板施工完畢，且在蓋板強(qiáng)度達(dá)到70%以上后方可進(jìn)行帷幕鉆孔和灌漿作業(yè)，避免過早施工損壞墻體，降低防滲效果。帷幕灌漿為單排孔，布置在高壓旋噴樁軸線上，分三序施工，終孔間距2.0m，與旋噴孔同孔同心。

帷幕灌漿施工工藝為:鉆孔→裂隙沖洗→壓水試驗(yàn)→灌漿→封孔。

帷幕灌漿采用水泥漿，濃度應(yīng)由稀到濃，逐級(jí)變換。帷幕灌漿深度10m，分為三段，采用自上而下分段循環(huán)法、孔口封閉灌漿法，阻塞器下設(shè)至灌漿段頂，以保護(hù)墻體安全。高噴防滲墻與基巖接觸段灌漿是重點(diǎn)，該處是墻幕結(jié)合搭接的關(guān)鍵部位，搭接長(zhǎng)度不小于0.5m，由于高噴蓋板施工時(shí)孔底沉積了大量的巖屑和泥皮，結(jié)構(gòu)松散，因此帷幕灌漿第一段(接觸段)采用分級(jí)升壓方式逐級(jí)升壓至設(shè)計(jì)壓力，并加大灌漿設(shè)計(jì)壓力，以提高墻體的密實(shí)度，待凝24h后，再進(jìn)行下一段的鉆灌作業(yè)，確保灌漿質(zhì)量。

4.2.3 壩體高壓旋噴防滲墻的施工

高壓旋噴灌漿為單排布置，噴射直徑0.6m，分兩序施工，終孔間距0.4m。

高壓旋噴施工工藝為:高噴臺(tái)車就位→套管提升→噴具入孔→制漿→噴射提升→孔口回填→機(jī)具沖洗→成墻施工。

單元帷幕灌漿施工完畢后，壩體高壓旋噴防滲墻的施工與一般旋噴樁施工相同。但是重點(diǎn)在于與底部蓋板的搭接，此時(shí)蓋板強(qiáng)度已達(dá)70%以上，超過漿液初凝時(shí)間，應(yīng)重新進(jìn)行掃孔，復(fù)噴搭接長(zhǎng)度不小于0.5m，采取提高噴射壓力、降低提升速度等措施，確保旋噴樁墻體的可靠搭接。

5 特殊情況處理

a.噴射中斷。高噴灌漿單孔作業(yè)連續(xù)進(jìn)行。在噴射過程中，因故中斷，中斷時(shí)間超過30min，須準(zhǔn)確記錄中斷位置，復(fù)噴時(shí)，將噴灌下入中斷處以下0.5m復(fù)噴搭接;若噴管下不到位，應(yīng)重新掃孔至搭接部位以下至少0.5m，確保搭接質(zhì)量，避免出現(xiàn)斷樁。

b.漏漿處理。若壩體空隙較大，孔口返漿濃度偏低，應(yīng)減慢提升速度或進(jìn)行靜噴，直至正常為止。若孔口沒有返漿，應(yīng)進(jìn)行靜噴，5min后仍不返漿，則從孔口回填細(xì)砂，減慢噴管提升速度，直至孔口返漿。待孔口返漿后，應(yīng)將噴管下放至原不返漿的最底部位置，再進(jìn)行正常噴射(復(fù)噴)，確保灌漿效果。

c.冒漿處理。冒漿量過大的主要原因，一般是注漿量超過旋噴體凝結(jié)所需的漿量所致，應(yīng)采取提高噴射壓力、加快提升速度等措施處理。在正常施工過程中應(yīng)避免這種情況的發(fā)生，施工前，應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)選擇具有代表性的地段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試噴，在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，選擇最優(yōu)的施工參數(shù)，確保灌漿的最佳效果。

帷幕灌漿作業(yè)時(shí)，如果遇到斷層破碎帶，可采取縮短灌漿段長(zhǎng)度、灌后待凝的方法。如果孔隙率較大且連通性較好、吸漿量較大，可改用濃漿或速凝水泥漿進(jìn)行灌注，同時(shí)降低灌漿壓力，確保灌漿效果。

6 質(zhì)量檢查與驗(yàn)收

高噴墻體質(zhì)量檢查方法主要是圍井開挖檢查和鉆孔檢查。每3～5個(gè)單元工程布置一個(gè)圍井，檢查孔數(shù)為高噴孔總數(shù)的5%。圍井檢查一般在高噴灌漿結(jié)束7天后進(jìn)行，采用人工開挖，每處井坑長(zhǎng)2m、深2m，對(duì)開挖揭露情況作描述并拍照。鉆孔檢查一般在高噴灌漿結(jié)束28天后進(jìn)行，檢查孔布置在墻體中心線上相鄰兩孔高噴凝結(jié)體結(jié)構(gòu)的搭接處，自上而下分段鉆至設(shè)計(jì)深度后，進(jìn)行注水試驗(yàn)。在每個(gè)開挖檢查部位、檢查孔取樣，做室內(nèi)抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)、破壞比降試驗(yàn)檢測(cè)，防滲墻的抗壓強(qiáng)度0.5MPa≤R28≤3.0MPa，墻體滲透系數(shù)K≤1×10-5cm/s。合格標(biāo)準(zhǔn):芯樣連續(xù)完整，壓水試驗(yàn)滿足墻體抗?jié)B要求;室內(nèi)試驗(yàn)成果滿足力學(xué)強(qiáng)度和抗?jié)B要求。當(dāng)檢查孔數(shù)不合格率大于10%時(shí)，增加檢查孔數(shù)量，直到不合格率小于10%，對(duì)不合格者應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)噴。

帷幕灌漿質(zhì)量檢查方法主要是鉆孔現(xiàn)場(chǎng)壓水試驗(yàn)。檢查孔的數(shù)量為灌漿孔數(shù)的10%，每個(gè)單元內(nèi)至少有一個(gè)檢查孔。壓水試驗(yàn)在該部位灌漿結(jié)束14天后進(jìn)行，檢查孔布置在帷幕中心線上。壓水試驗(yàn)透水率不大于5Lu，基巖接觸段合格率100%，以下各段的合格率不小于90%，不合格試段的透水率不超過設(shè)計(jì)規(guī)定的100%，且不集中，灌漿質(zhì)量認(rèn)為合格。

壩體高噴防滲墻及壩基帷幕灌漿質(zhì)量驗(yàn)收，綜合檢測(cè)成果、施工記錄及實(shí)際效果分析進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

7 結(jié)語(yǔ)

壩體高壓旋噴灌漿結(jié)合壩基帷幕灌漿垂直連體防滲，實(shí)現(xiàn)了上墻下幕二者的有機(jī)結(jié)合，減少了壩基灌漿的工程投資，且防滲效果可靠、施工簡(jiǎn)單方便、施工效率高、進(jìn)度快。壩體與壩基垂直連體防滲加固墻幕結(jié)合技術(shù)已成功應(yīng)用于莆田市重點(diǎn)小⑴型水庫(kù)除險(xiǎn)加固(桂山水庫(kù)、沁后水庫(kù)等)，關(guān)鍵技術(shù)逐漸成熟，在莆田市重點(diǎn)小⑵型水庫(kù)除險(xiǎn)加固中被廣泛推廣應(yīng)用。實(shí)踐證明:壩體高壓旋噴灌漿結(jié)合壩基帷幕灌漿垂直連體防滲效果明顯、技術(shù)成熟、施工效率高，可應(yīng)用于類似工程的防滲加固?！?/p>

1 DL/T5200—2004水利水電工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)電力出版社，2005.

2 SL62—94水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:水利電力出版社，1994.