大垅口水庫大壩除險加固技術方案

周偉峰

(寧德市蕉城區(qū)水利局，福建 寧德 352100)

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大垅口水庫大壩除險加固技術方案

周偉峰

(寧德市蕉城區(qū)水利局，福建 寧德 352100)

大垅口水庫位于寧德市蕉城區(qū)漳灣鎮(zhèn)半山村上游約500m處河道上，壩址上部流域面積為1.42km2，主河道長1.45km，河道的平均坡降為31.9‰。水庫總庫容為83.2 萬 m3，是一座以灌溉為主的小(2)型水庫。大垅口水庫工程各建筑物存在諸多問題，水庫長期處于帶病狀態(tài)，使水庫不能發(fā)揮應有的綜合利用效益，已嚴重影響水庫的安全運行。文章對蕉城區(qū)大垅口水庫大壩滲漏原因進行分析，論述了單管高壓旋噴防滲墻結合復合土工膜防滲技術要點、工程施工及體會、防滲加固效果。

病險水庫；大壩；單管高壓旋噴防滲墻；復合土工膜

1 工程概況

大垅口水庫位于寧德市蕉城區(qū)漳灣鎮(zhèn)半山村上游約500m處河道上，壩址上部流域面積為1.42km2，主河道長1.45km，河道的平均坡降為31.9‰。水庫總庫容為83.2 萬 m3，是一座以灌溉為主的小(2)型水庫。大壩壩型為均質土壩，壩頂長度133.0m，最大壩高13.5m，壩頂高程20.1m，正常蓄水位為16.74m，死水位為 10.74m。水庫工程始建于1957年9月，1958年12月完工。2011年5月，寧德市蕉城區(qū)水利局組成評審鑒定小組對《蕉城區(qū)大垅口水庫大壩安全評價報告》進行評審與鑒定，其結論為：大壩原施工質量評為不合格，水庫運行管理評價為差，防洪標準、滲流安全、金屬結構均評為C級，結構穩(wěn)定安全評為B級。評審鑒定小組評定本水庫大壩屬于Ⅲ類壩。

2 滲漏原因及處理方案

2.1 滲漏原因分析

該大壩壩面大部分長滿雜草，背水坡右側還長有樹木，局部有凹陷，大壩外觀形象差；粉質黏土作為主要的壩體填筑土，其局部為細粒土質砂或者低液限黏土，不夠均勻；局部壩體滲漏比較嚴重、左壩基滲漏較嚴重，背水坡左側下部輸水涵洞尾部坍塌漏水，造成背水坡塌陷，出現2個塌洞，當水庫水位超過16m高程時，左岸背水坡出現滲流、濕壩現象；上游護坡質量差、下游無護坡、貼坡排水體堵塞失效等，大垅口水庫工程各建筑物存在諸多問題，水庫長期處于帶病狀態(tài)，使水庫不能發(fā)揮應有的綜合利用效益，已嚴重影響水庫的安全運行。以地質勘察報告為依據，壩體填筑土質存在較大偏差，使其整體填筑達不到同等的質量標準，導致壩身密度不均，局部滲透也比較嚴重。同時注水試驗成果為壩體填筑土的滲透系數K=1.86E-05～8.20E-04(cm/s)，平均值為1.66E-04(cm/s)，其透水層呈現弱-中等性狀，而其中左岸鉆孔孔深4.6m處滲透系數達到8.20E-04強的中等透水，相較于相關規(guī)定，滲透系數也比較低。且根據鉆探揭示局部出現滲漏及接觸漏水的情況，說明壩體及壩體與壩基接觸部位防滲處理存在欠缺，由此可見壩體存在局部滲漏及接觸滲漏，長期發(fā)展會形成流土、接觸流失，進而會影響到壩體的使用功能甚至會造成局部或整體失穩(wěn)，造成嚴重的后果。對《大垅口水庫大壩安全評價報告》進行分析，并對現場進行勘察，筆者認為導致大垅口水庫壩體滲漏的原因主要表現在以下3個方面：①大壩施工過程中，受到施工環(huán)境和施工條件的限制，導致其填筑材料性能不達標、壓密度和施工質量達不到相關標準等，從而引發(fā)相關質量問題和安全隱患；②大壩投入使用的時間比較長，已經超出了安全年限，加之缺乏新型工藝和技術的支撐，大壩老化，防滲效果嚴重下降；③大壩受到蟻穴和樹根等外部條件侵襲。壩坡投入使用之后，不注重對其進行維護和管理，導致壩坡上方有較多的樹木、雜草和蟻穴等，影響壩體的滲透性，導致其防滲效果不佳[1]。

2.2 處理方案

筆者對大垅口水庫大壩現狀、存在問題和原因進行分析，立足于大壩滲透根源。應用單管高壓旋噴防滲墻和復合土工膜防滲相結合的方式，與單一的單管高壓旋噴防滲墻方案進行比較分析。因為考慮到項目除險加固專項經費有限，全壩段單管高壓旋噴防滲墻造價高、技術要求高，而單管高壓旋噴防滲墻結合復合土工膜防滲既能有效對壩基進行防滲加固，質量容易控制，工程投資較低，所以采用單管高壓旋噴防滲墻(死水位以下)結合復合土工膜(死水位以上)進行防滲加固，具有質量、資金和便利度方面的優(yōu)勢。技術人員應該對管高壓旋噴防滲墻(死水位以下)和復合土工膜(死水位以上)防滲進行同步應用，以達到良好的防滲與加固效果。高壓旋噴防滲墻的應用原理是，借助鉆機、注漿管和高壓泥漿泵等裝置，對水泥漿液進行處理，使其形成高速噴射流，向土體中噴入。并通過液體沖擊力對土層進行切削，并對鉆桿旋轉速度和提升速度進行控制，確保土體和水泥漿能夠被充分攪拌混合，進而凝固，呈現樁柱或者板墻狀的凝結體，進而對達到良好的地基防滲和承載效果。其主要被應用到死水位以下壩體[2]。復合土工膜具有不透水性，能夠達到良好的防滲效果。其的應用原理是將土工膜和土工織物進行復合。技術人員在壩坡上對其進行平鋪，應用土工織物對土工膜進行保護，使其不受運輸和施工過程的影響，進而提升膜面的摩擦度。在本工程中主要應用在死水位以上壩體，以達到即防滲又能節(jié)省工程造價的目的。

3 工程施工

3.1 單管高壓旋噴樁防滲墻施工

本工程單管高壓旋噴樁布置在死水位以下，具體施工在上游壩坡高程10.74m(死水位)開挖一平臺，與壩軸線平行，寬度2m，沿平臺中心線布置一排單管高壓旋噴防滲墻，高壓旋噴灌漿軸線長65m，最大孔深6.5m，采用單排布孔，孔距 0.4m，孔徑 0.6m。在該高程以上則采用高強加筋復合土工膜防滲。主要工藝流程為：平整場地→挖排泥溝→放線定位→鉆機就位→鉆孔→旋噴→邊噴射邊提升→成樁→回填灌漿和起拔孔口管→下一道孔施工。

3.2 復合土工膜防滲施工

在上游壩坡死水位以上布置復合土工膜進行防滲，鋪設前要對大壩坡面先進行清潔和平整，然后再進行相關鋪設。施工人員要注重對復合土工膜的鋪設過程進行控制，在平地上對4m窄幅進行拼接，使其寬度達到20m，滿足相關要求。然后按照從上向下的順序對其進行鋪設，并注重于壩軸線方向進行垂直。坡面鋪設在驗收合格后，從壩頂向下沿垂直壩軸線方向緩慢展鋪到高壓旋噴的頂處，并與高壓旋噴形成的混凝土防滲墻相接。復合土工膜與水庫庫案周邊的連接，采用庫岸挖槽，嵌入現澆混凝土的方法連接。施工人員要將防浪墻體錨入壩頂部分，確保其與土工膜長度相匹配。進而應用C25混凝土對槽內進行回填錨固；同時，需要在壩體和山體交接處進行斷面開挖，將其底寬控制在30cm，深 50cm，邊坡 1∶0.3的溝槽，固埋溝中鋪上厚5cm、M10水泥砂漿，將膜鋪在上面一半的位置，墊上厚 5cm、M10水泥砂漿，然后澆筑C25混凝土截水墻固埋。下端固埋則采用混凝土防滑礅(高噴防滲墻混凝土平臺)，膜料嵌入其下，以防膜料和保護層滑動，上端嵌入壩體 1.5m 固埋。主要工藝流程為：壩坡面平整及壩坡調整 → 基礎部分開挖及清理 → 防滑齒槽開挖 → 周邊固埋溝開挖 → 鋪設復合土工膜、薄膜及無紡布連接 → 回填夯實齒槽→ 周邊固埋溝回填 → 鋪設砂石混合墊層 → 干砌塊石保護層 → 驗收。

4 施工注意事項

1)由于考慮到項目除險加固專項經費有限，全壩段單管高壓旋噴防滲墻造價高、技術要求高，而單管高壓旋噴防滲墻結合復合土工膜防滲既能有效對壩基進行防滲加固，質量容易控制，工程投資較低，所以最終選擇了本方案進行加固。

2)本工程復合土工膜的錨固有上部與壩頂的連接和下部與高壓旋噴防滲墻的連接。為了防止因沉陷而導致復合土工膜破壞，所以在連接過程要求嚴密、牢靠，留有伸縮余量。

3)該水庫高壓旋噴灌漿過程中出現孔口不返漿現象，根據現場觀察分析，該情況主要是根源于壩體地質條件。其主要是因為壩體填土密實度不足、殘坡積或者全風化土層中的細小顆粒受地下水沖刷而流失，形成空洞和槽溝。施工人員要對其施工過程進行控制，應用原位噴射的方式，對水量、漿密度和濃度等進行控制，并對添加劑進行應用。

4)本工程灌漿過程中的間斷灌漿施工主要表現在設備故障、供電中斷、管路和噴嘴堵塞等。技術人員要對其故障原因進行分析，并對相關配件進行更改，將噴漿管下入事故控制在停噴前0.5m，進而對相關灌漿工作進行恢復。然后進行施工，避免間斷對防滲墻整體性能造成破壞。

5)注重對灌漿過程中的廢水和廢渣等進行回收和處理，避免對周邊環(huán)境造成影響。該工程中對廢渣進行收集，進而將其應用到防汛道路路基施工中或者停車場修建中，最大程度提高整體工程效益。

5 大壩加固效果

施工人員要嚴格按照正確的操作流程和工藝標準對大垅口水庫大壩進行施工。該工程于2012年2月15日開始，5月10日全部完成，單管高壓旋噴樁總鉆孔1167m，單管高壓灌漿1167m。完成單管高壓旋噴樁施工后，要對墻體開挖和抽芯進行檢測。檢測結果：芯樣試件抗壓強度試驗6組，最大代表值和最小代表值分別為4.8MPa和2.7MPa，與設計要求相匹配；依據抽芯完成樁孔施工之后，按照相關規(guī)范進行靜水頭注水試驗，通過試驗結果對孔各試驗段的滲透系數進行檢查，其與國家相關標準相符合。復合土工膜抽檢試驗數據也滿足國家相關標準。從水庫除險加固后運行4a多以來，壩體滲漏明顯減少，下游浸潤線降低，有利于下游壩坡穩(wěn)定，基本消除了壩體滲漏隱患。

6 結論和建議

本人結合大垅口水庫工程具體實例，詳細論述了單管高壓旋噴防滲墻結合復合土工膜防滲加固方案在工程中的應用，即壩體底部與壩基結合部位采用旋噴樁防滲、使得壩基結合面滲漏通道能得到較好封閉，也利用了在壩體水上部分鋪設土工膜、施工方便、防滲效果好且經濟的特點，二者各自優(yōu)勢能得到較好結合，其對壩體的防滲堵漏有著明顯的效果，具有較好的安全性和耐久性。

[1]楊國華.大壩工程除險加固設計實例及其分析探討[J].科技與企業(yè)，2015(09)：45-46.

[2]陳延生.葦子溝水庫大壩除險加固設計[J].黑龍江水利科技，2014(12)：62-63.

文章編號：1007-7596(2016)08-0086-03

[收稿日期]2016-07-24

[作者簡介]燕洪軍(1972-)，男，遼寧遼中人，工程師，研究方向為農田水利建設與管理。

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2016-07-18

張桂芳(1982-)，女，黑龍江大慶人，工程師。