水庫壩體壩基灌漿施工技術(shù)及設(shè)計(jì)探討

黃德順

(望謨縣水務(wù)局，貴州望謨552300)

水庫壩體壩基灌漿施工技術(shù)及設(shè)計(jì)探討

黃德順

(望謨縣水務(wù)局，貴州望謨552300)

隨著貴州省水利事業(yè)的快速興起，已建或新修的水庫越來越多，大壩施工帷幕灌漿技術(shù)被廣泛應(yīng)用于水庫基壩的處理中，最大限度減小大壩底部的滲透壓力，提高水庫大壩的安全性、穩(wěn)定性和承載能力。文章結(jié)合實(shí)例工程概況、施工設(shè)計(jì)、帷幕灌漿技術(shù)措施以及工程質(zhì)量的檢查等方面進(jìn)行探討。

水利工程;大壩建設(shè);帷幕灌漿;防滲加固;施工設(shè)計(jì)

0 概 述

桑郎水庫設(shè)計(jì)庫容量達(dá)1 480萬m3，年供水量633萬 m3，發(fā)電裝機(jī)12 600 kW，除改善桑郎壩子200 hm2農(nóng)田的灌溉外，新增自流灌溉面積637 hm2，提水灌溉429.3 hm2，還可為生活及工業(yè)提供日用水2萬t。年供水能力為630 m2，工程設(shè)計(jì)引用流量為20.14 m/s。其防洪標(biāo)準(zhǔn)為300 a一遇。

1 壩基(肩)防滲處理方案的選擇

該水庫建成蓄水后，存在壩體、壩基肩滲漏，特別是庫水位蓄至935.0 m高程時(shí)，大壩外坡及下游壩腳附近出現(xiàn)嚴(yán)重漏水，滲漏量達(dá)12.5 L/s，且滲漏量隨庫水位升高而增大，滲漏嚴(yán)重，存在滲透破壞問題，不利于大壩安全;同時(shí)根據(jù)本次勘探試驗(yàn)成果分析，壩基也存在嚴(yán)重的滲漏問題，且壩基滲流性態(tài)存在嚴(yán)重安全隱患，故應(yīng)對大壩壩體、壩基進(jìn)行防滲處理，結(jié)合壩址工程地質(zhì)條件及滲漏特點(diǎn)，對壩基及溢流堰采用帷幕灌漿治理的方案適合本工程的實(shí)際情況。

對大壩壩體的防滲處理方案，一般可采用大壩劈裂灌漿、大壩沖填灌漿、或在上游壩面用土工防滲膜等方案，根據(jù)該工程的實(shí)際情況，本次大壩壩體的防滲處理方案，采用劈裂灌漿方案治理;對壩下游滲漏塌陷處采用開挖后回填方式治理［1-2］。

2 壩基防滲帷幕灌漿設(shè)計(jì)

主要包括9個(gè)方面的內(nèi)容:

2.1 防滲標(biāo)準(zhǔn)及邊界條件

該壩壩高21 m屬低壩，防滲標(biāo)準(zhǔn)采用巖體的透水率q≤5 Lu。根據(jù)壩址工程地質(zhì)條件和其他工程類比，并結(jié)合勘探孔壓水試驗(yàn)透水率、裂隙發(fā)育情況及地下水位等確定本工程防滲帷幕的邊界條件［3］。具體的帷幕布置及帷幕底界深度如下。

2.1.1 主帷幕

1)帷幕線在壩體段沿壩軸線偏上游布置(便于施工時(shí)交通不斷)。

2)左岸帷幕線在壩端斜溢洪道延伸至左岸坡，帷幕端點(diǎn)高程945.0 m，底界高程控制在896.0～915.0 m。

3)右岸帷幕線在壩端斜向上游沿公路邊延伸至民房空隙后再轉(zhuǎn)向右岸岸坡，帷幕端點(diǎn)高程942.0 m，底界高程控制在896.0～921.0 m;根據(jù)以上布置原則，主帷幕長218 m。其防滲邊界條件可在先導(dǎo)孔實(shí)施的基礎(chǔ)上作相應(yīng)的調(diào)整［4］。

2.2 帷幕排數(shù)、孔距及孔序和工程量

主帷幕及溢流堰補(bǔ)強(qiáng)帷幕均按單排2 m的孔距設(shè)計(jì)，孔序?yàn)?序。

灌漿工程量如下:主帷布孔109個(gè)，灌漿總進(jìn)尺4 181 m。

2.3 鉆孔灌漿施工

灌漿施工本著逐漸加密的原則，先Ⅰ序、后Ⅱ序、再Ⅲ序。先鉆灌先導(dǎo)孔，根據(jù)先導(dǎo)孔施工后的鉆灌參數(shù)，對灌漿施工作相應(yīng)調(diào)整。嚴(yán)格孔位，注意孔斜，并控制孔深［5］。

2.4 壓水試驗(yàn)及灌漿試驗(yàn)

先導(dǎo)孔應(yīng)進(jìn)行壓水試驗(yàn)和灌漿試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)應(yīng)自上而下采用五點(diǎn)法進(jìn)行(詳見《水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程》SL 31—2003)，灌前宜進(jìn)行簡易壓水，可結(jié)合裂隙沖洗進(jìn)行，裂隙沖洗直至回水清凈時(shí)止，壓力為灌漿壓力的80%，≤1 MPa，對巖溶、破碎帶、斷層、軟弱夾層等地段的沖洗應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

2.5 灌漿方法和灌漿方式

2.5.1 灌漿方法

壩基采取自上而下分段灌漿法，段長一般5m，地質(zhì)情況良好時(shí)，最多≤8 m。若遇基巖裂隙發(fā)育，巖石破碎應(yīng)縮短至3～5 m。灌漿段重迭≥0.5 m。

2.5.2 灌漿方式

采用循環(huán)式灌漿，壩體與壩基接觸帶單獨(dú)灌漿。射漿管距孔底≤50 cm。

2.6 灌漿壓力和漿液變換

根據(jù)本工程實(shí)際情況和工程類比，壩體可控制在0.1～0.15 MPa，接觸帶壓力建議可控制在0.2～0.25 MPa，并以不引起壩體變形為原則，基巖段灌漿壓力建議控制在0.5～1.0 MPa。各孔的灌漿壓力，應(yīng)在先導(dǎo)孔灌漿試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行［6］。

2.7 灌漿材料

基巖采用的灌漿所用水泥的強(qiáng)度等級可為32.5或以上，所用水泥的細(xì)度宜為通過80 μm方孔篩的篩余量≤5%，并符合GB175規(guī)范或其它水泥標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.8 灌漿結(jié)束和封孔

灌漿段最大壓力下，注入率≤1 L/min后，繼續(xù)灌注60 min，可結(jié)束灌漿，灌漿封孔采用“分段灌漿封孔法”或“全孔灌漿封孔法”。

2.9 灌漿效果檢查

帷幕灌漿工程的質(zhì)量應(yīng)以檢查孔的壓水試驗(yàn)成果為主，結(jié)合竣工資料、施工記錄、成果資料和測試資料的分析，進(jìn)行綜合評定。檢查標(biāo)準(zhǔn)為:巖體透水率q≤5 Lu。

3 大壩壩體劈裂灌漿設(shè)計(jì)

大壩壩體劈裂灌漿設(shè)計(jì)包括以下3個(gè)方面:

3.1 目的和防滲標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)大壩安全鑒定結(jié)論，壩體填筑質(zhì)量較差，浸潤線較高，壩后坡出現(xiàn)大面積浸潤滲漏，滲漏嚴(yán)重，對壩體穩(wěn)定不利。為增強(qiáng)壩體的密實(shí)度，防止壩體滲漏，需進(jìn)行灌漿處理，確保大壩安全。

防滲標(biāo)準(zhǔn):幕體泥墻以滲透系數(shù)K≤1×10-6cm/s為標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 鉆孔深度

以深入到壩基接觸帶為限。

3.3 泥墻厚度的設(shè)計(jì)及滲透破壞驗(yàn)算

主要包括6個(gè)方面內(nèi)容:

3.3.1 泥墻厚度計(jì)算

該壩為黏土心墻土壩，根據(jù)滲流公式，當(dāng)上游最大水位高度H=20.69 m時(shí)，經(jīng)計(jì)算泥墻厚度0.15～0.20 m即可滿足防滲要求［7］。

3.3.2 泥墻厚度的確定

計(jì)算公式為:

式中:δ為固結(jié)后的泥墻厚度;W為灌進(jìn)壩體的干土總重;Hcp為泥墻平均高度;L為該壩灌漿段的長度;γd為漿體固結(jié)后的干容重，1.45g/cm3;經(jīng)計(jì)算，δ為0.19 m。

3.3.3 滲透破壞驗(yàn)算

當(dāng)J≤J允時(shí)該泥墻厚度滿足防滲要求，計(jì)算公式為:

式中:J為漿體泥墻中的滲透坡降;ΔH為上下游水位差;δ為泥墻厚度;J允為黏性土在有保護(hù)條件下的允計(jì)滲透坡降。

根據(jù)工程類比采用J允=250，如果取帷幕上下游水位差ΔH=20.69 m，當(dāng)漿體帷幕厚度δ=0.19 m時(shí)進(jìn)行驗(yàn)算，其結(jié)果為:109＜J允=250滿足要求。

3.3.4 灌漿材料和漿液的性能要求

壩體灌漿采用黏土水泥漿，其配合比為水泥占干土料總重量的15%內(nèi)。灌漿土料選用與壩體填筑土近于一致的土料，建議指標(biāo):塑性指數(shù)8% ～15%、黏粒含量20% ～30%、粉粒含量30% ～50%、砂粒含量10%～30%、有機(jī)質(zhì)含量 ＜2%、可溶鹽含量 ＜8%，漿液物理力學(xué)指標(biāo)建議為容重1.3～1.6 t/m3、黏度20～70 s，灌前對所用的土料和漿液都應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)試驗(yàn)。

選用水泥同壩基帷幕灌漿設(shè)計(jì)。每孔每次平均灌漿量，以孔深每米孔深控制在0.5～1 m3，每孔灌漿次數(shù)應(yīng)在5次以上［8］。

3.3.5 灌漿壓力的確定

灌漿壓力指注漿管上端孔口壓力，灌漿施工時(shí)應(yīng)控制在最大允許灌漿壓力以下。本次劈裂灌漿最大允許灌漿壓力用以下公式估算:

式中:ΔPmax為孔口最大允許灌漿壓力，MPa;h計(jì)算點(diǎn)以上的壩高，m;h'為全孔灌漿時(shí)注漿管高度，m;γ為壩體土的容重，t/m3;γ漿為漿液容重，t/m3;бt為壩體土單軸抗拉強(qiáng)度。

計(jì)算時(shí)注漿管口高出壩頂0.5 m，管底距壩底0.5 m，即 h=h'，即 ΔPmax=h(γ土- γ漿)+ бt。

式中采用 γ =1.75 g/cm3、γ漿=1.6 g/cm3、бt=0.15 kg/cm2、1 kgf=9.8 ×104Pa，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 灌漿壓力計(jì)算成果表

根據(jù)以上壓力計(jì)算參數(shù)，暫推薦表1為本次灌漿使用壓力值，待施工時(shí)先導(dǎo)孔的鉆灌試驗(yàn)后，根據(jù)具體資料進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，使之更合理。在施工中，不允許壩頂產(chǎn)生很大的裂縫，要求達(dá)到“內(nèi)劈外不劈”的原則，壩頂劈裂長度控制在一序孔間距以內(nèi)，寬度控制在1～3 cm，以每次停灌12 h后回彈閉合為宜。

表2 灌漿壓力推薦表

3.3.6 灌漿施工

主要包括4個(gè)方面內(nèi)容:

3.3.6.1 準(zhǔn)備工作

1)選代表性壩段應(yīng)做灌漿試驗(yàn)，試驗(yàn)孔不少于3個(gè)，其內(nèi)容有灌漿壓力、吃漿量及泥漿容重、壩體位移和裂縫等。

2)灌漿所用土料和漿液都應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)，土料試驗(yàn)包括:顆粒分析、有機(jī)質(zhì)含量及可溶鹽含量等，漿液試驗(yàn)包括:容重、黏度、穩(wěn)定性、膠體率及失水率等。

3.3.6.2 鉆孔

按設(shè)計(jì)孔位分序造孔，應(yīng)干法造孔，不得用清水循環(huán)鉆進(jìn)，并作好造孔的記錄和描述，如發(fā)現(xiàn)特殊情況時(shí)，應(yīng)詳細(xì)記錄并分析處理。

3.3.6.3 制漿及灌漿

1)土料應(yīng)先在泥漿池內(nèi)浸泡數(shù)小時(shí)，攪拌成漿，通過過濾篩清除大顆粒和雜物，漿前再通過35孔/cm2的過濾篩。

2)應(yīng)先灌河床段，后灌岸坡段。采用孔底注漿全孔灌注的方法。先用稀漿3～5 min后再加大泥漿稠度。在灌漿中，應(yīng)先對第一序孔輪灌，采用“少灌多復(fù)”的方法，待第一序孔灌漿結(jié)束后，再進(jìn)行第二序孔。

3.3.6.4 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)及封孔

當(dāng)漿液升至孔口，經(jīng)連續(xù)復(fù)灌3次不再吃漿時(shí)，即可終止灌漿。灌完后，可將注漿管拔出，注滿容重＞1.5 t/m3的稠漿，若漿面下降，繼續(xù)灌注稠漿，直至漿面升至壩頂不再下降為止。

4 結(jié)語

帷幕灌漿技術(shù)是目前水利建設(shè)基底防滲加固的主要方法，根據(jù)工程實(shí)際情況，從灌漿施工前后對照可以看出，選擇用帷幕灌漿的這一常規(guī)方法處理水庫大壩壩基滲漏是可行的，施工易行、節(jié)省投資效果是明顯的，可以達(dá)到防滲加固的目的。

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TV543

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1007-7596(2014)05-0120-03

2013-09-06

黃德順(1978-)，男，貴州望謨?nèi)耍砉こ處?，研究方向?yàn)樗こ淘O(shè)計(jì)、建設(shè)及管理等。