帷幕灌漿在北地水庫除險加固工程的應用

黃顯賓

（朝陽縣水利勘測設計隊，遼寧朝陽122000）

帷幕灌漿在北地水庫除險加固工程的應用

黃顯賓

（朝陽縣水利勘測設計隊，遼寧朝陽122000）

朝陽縣北地水庫位于朝陽縣古山子鄉(xiāng)北地村，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、養(yǎng)殖的綜合性利用水庫。針對壩體滲漏問題，除險加固工程采用帷幕灌漿技術。水庫帷幕灌漿長度3017m，孔距2m，單孔最大深34m。工程已竣工3年，通過檢測，帷幕灌漿后大壩單寬滲流量和滲透坡降均小于允許值，防滲效果達到水庫運行要求。該工程除險加固的成功實施為其他水庫除險加固提供了借鑒經(jīng)驗。

帷幕灌漿；水庫除險加固；應用及成效；水庫

1 工程概況

北地水庫位于朝陽縣古山子鄉(xiāng)北地村，所屬流域為大凌河三級支流，壩址以上河長4.0km，水庫集雨面積11.32km2，河道平均比降65.4‰，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、養(yǎng)殖的綜合性利用水庫。攔河壩壩型為粘土心墻壩，現(xiàn)狀最大壩高28.0m，大壩全長190.0m，水庫正常蓄水位564.0m，設計洪水位566.40m，校核洪水位567.77m，最大庫容127.63萬m3。水庫為下游1.0萬人及2km2耕地提供防洪安全。

2 帷幕灌漿應用

2.1 帷幕灌漿應用原由

北地水庫于1973年建成，共有3次除險加固過程，第一次是水庫建成后經(jīng)過二年汛期考驗，發(fā)現(xiàn)大壩病險情況非常嚴重，大壩下游出現(xiàn)五處漏水，大壩壩頂沉陷超過予留量多達1.4m，另外，壩頂出現(xiàn)近18m長的縱向裂縫，大壩左、右兩端出現(xiàn)橫向裂縫。1975年對以上出現(xiàn)的問題進行了補救，即對壩右端采取階梯開挖法破壩排險，重新砌筑排水體，降低浸潤線高度，對大壩縱向裂縫及兩條橫向裂縫進行了處理，1976年對大壩背水坡進行了補坡和整型，加大了壩體斷面，增強了大壩的穩(wěn)定性。第二次加固是1989年，發(fā)現(xiàn)壩體滲水較大及溢洪道堰體被破壞，最初計劃用土工膜對壩前坡進行防滲，但由于水庫淤積，庫水無法排空，土工膜無法深入不透水層，最后采取水平鋪蓋進行防滲處理，完工后滲水沒有得到很好的控制。第三次加固2010年，根據(jù)地礦部葫蘆島工程勘察院完成的《朝陽縣北地水庫除險加固工程地質(zhì)勘察報告》，認為:“壩體基礎的巖石層內(nèi)不存在連通庫內(nèi)外的斷層，但由于壩體填筑質(zhì)量差、滲透性強，心墻填筑料質(zhì)量不達標，不能起到很好的防滲作用。壩體與壩基接觸不緊密，壩基淺層巖土體透水性較大。由壩土體滲漏、接觸滲漏及壩基淺層滲漏形成集中滲水，并于壩下流出”。針對上述結論和嚴重滲漏情況，總結前兩次除險加固的失敗教訓，決定采用帷幕灌漿。

2.2 帷幕灌漿設計

2.2.1 帷幕灌漿孔的布置

帷幕灌漿孔采用單排直線布置，灌漿孔沿壩軸線方向，終孔間距2m，分三序進行，根據(jù)《朝陽縣北地水庫除險加固工程地質(zhì)勘察報告》提供的地質(zhì)圖，設計灌漿至弱風化層頂面線下1.00m，且透水率小于5L u，單孔最大深34m，帷幕灌漿頂高程為校核洪水位566.77m。

2.2.2 灌漿漿液要求及配比

灌漿漿液為水泥粘土漿，土料性質(zhì)控制在粘粒含量25～35%，粉粒含量30～50%，砂粒含量20～30%，水泥標號為P O.42.5R普通硅酸鹽水泥，水泥粘土配合比控制在水泥占干土重的10～30%。灌漿漿液水灰比分為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1六個級別，施工的漿液濃度由小變大逐漸改變。

2.2.3 帷幕灌漿孔壓力

灌漿的壓力根據(jù)施工時壓水試驗確定，經(jīng)過計算并結合以往工程經(jīng)驗，灌漿壓力為0.3～0.6M pa。

2.3 帷幕灌漿施工

灌漿施工按分序加密的原則施工，施工按Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序的順序進行。基巖段灌漿采用單段純壓式灌漿法。帷幕灌漿施工順序為:布孔→鉆機定位→安裝抬動裝置→開孔（下定向管）→鉆第一段→洗孔（壩土部分不做洗孔）→壓水試驗→灌漿→待凝→洗孔→灌后壓水合格（不合格復灌至合格）→封孔→搬遷。

（1）布孔。共布設灌漿孔93個，孔位放樣根據(jù)設計提供的測量控制網(wǎng)點，用全站儀確定帷幕軸線左右岸起點、轉點和帷幕軸線，用鋼尺放出各孔位，用水準儀測出個孔口高程。按照設計要求，先布設Ⅰ序孔，再布設Ⅱ、Ⅲ序孔，終孔間距2m，造孔時垂直向下，傾斜度不大于2%。

（2）安裝抬動裝置。在灌漿過程中進行抬動觀測，發(fā)生抬動現(xiàn)象時，通過降低灌漿壓力或注漿速率等措施。

（3）鉆孔。利用150型地質(zhì)鉆機鉆灌漿孔，鉆頭采用硬質(zhì)合金鉆頭。壩土采用無泵鉆進，基巖鉆進采用清水循環(huán)鉆進，供水量根據(jù)巖層情況及鉆進方式確定?？讖?8mm，采用C X-5b型鉆孔測斜儀進行孔斜檢測，每5m測量一次，不足5m終孔測量一次，經(jīng)過測量，所有鉆孔均沒有超出孔斜設計要求。

（4）灌漿。灌漿采用自上而下分段方法，段長5m，遇到塌孔和孔口不反水等情況適當縮減段長，當某一級的漿液注入量己達300L以上或灌漿時間己達1h，而灌注壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應改濃一級。當漿液注入率大于40 L/min，灌注量達500L后壓力和注入率無明顯變化時越一級變濃。在設計壓力下，當漿液注入率不大于0.4L/min時，繼續(xù)灌注60min或漿液注入率不大于1L/min時，繼續(xù)灌注90min結束。漿液待凝時間為2～3h。

（5）封孔。封孔采用“置換和壓力灌漿封孔法”，封孔分段分部位進行，不同部位用不同的漿液，基巖段封孔漿液濃度為0.6∶1的純水泥漿液，接觸段及土壩段采用0.5∶1的純水泥漿液，封孔結束后，用木塞封好孔口，待漿液沉淀后在繼續(xù)封填，直至孔段封填飽滿。封孔灌漿壓力為0.6～2MPa。

（6）檢測。灌漿結束后，采用布置檢查孔分段壓水試驗的方法檢測灌漿成果。

2.4 灌漿效果分析

2.4.1 單位注入量變化分析

本工程共完成灌漿孔93個，灌漿93段，壓（注）水試驗10段。平均單位注入量:Ⅰ序孔為305.4kg/m，Ⅱ序孔為321.9kg/m，比Ⅰ序孔減少5.1%，Ⅲ序孔為224.8kg/m，比Ⅱ序孔減少26.4%，比Ⅰ序孔減少30.2%，整體遞減。單位注入量變化逐序遞減明顯，符合灌漿規(guī)律。

2.4.2 透水率變化分析

施工對Ⅰ序孔和Ⅲ序孔壩土段進行了注水試驗，接觸段和基巖段進行了壓水試驗。工程透水率小于5l u的孔段頻率值:Ⅰ序孔為15.8%、Ⅲ序孔為66.7%；透水率5～10l u的孔段頻率值:Ⅰ序孔為63.2%、Ⅲ序孔為0%；透水率10～50l u的孔段頻率值:Ⅰ序孔為18.3%、Ⅲ序孔為0%；透水率50～100l u的孔段頻率值:Ⅰ序孔為2.6%、Ⅲ序孔為0%。各次序的透水率隨孔距加密，透水率小的孔段頻率值逐序增大，透水率大的孔段頻率值逐序減小，說明灌漿效果明顯。

2.4.3 檢查效果分析

灌漿工程布設10個檢查孔，合格率為100%，壩體的透水率由灌前平均6.7～20l u減小至3.7～4.8l u。各孔段透水率均滿足設計防滲要求。

通過以上透水率及單位注入量變化分析以及檢查孔壓水試驗成果說明，灌漿效果明顯，達到防滲要求，攔河壩灌漿帷幕已經(jīng)形成，達到水庫運行要求。

3 結語

北地水庫于2010年除險加固，目前已經(jīng)運行5年多，經(jīng)過汛期的考驗，水庫滲流量和滲透坡降均小于允許值，說明針對粘土心墻土壩滲漏問題采用帷幕灌漿的方法是可行有效的。

［1］張景秀.壩基防滲與灌漿技術［M］.北京:中國水利水電出版社，1992.

［2］聶志華，王伙財.三座店主壩帷幕灌漿施工技術［J］.廣東建材，2009（04）.

［3］高祖純.巖溶地區(qū)高壓帷幕灌漿試驗研究［D］.四川大學，2003.

TV52

A

1672-2469（2015）10-0115-02

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.10.37

黃顯賓（1980年—），男，工程師。