水庫除險加固方案比較淺析

□陳　光（福建省長樂市古槐鎮(zhèn)人民政府農(nóng)業(yè)服務(wù)中心）

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水庫除險加固方案比較淺析

□陳光（福建省長樂市古槐鎮(zhèn)人民政府農(nóng)業(yè)服務(wù)中心）

摘要：為進(jìn)一步了解和掌握高壓旋噴樁、帷幕灌漿和復(fù)合土工膜防滲的施工技術(shù)，促進(jìn)我國建筑行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展，文章結(jié)合長樂市井門水庫大壩施工中的高壓旋噴樁、帷幕灌漿和復(fù)合土工膜防滲技術(shù)的特點(diǎn)、施工方法及防滲效果進(jìn)行系統(tǒng)的研究和討論。力求能夠?yàn)轭愃乒こ淌┕ぬ峁┻m時的參考。

關(guān)鍵詞：單管高壓旋噴樁；帷幕灌漿；復(fù)合土工膜；大壩防滲加固

0　引言

新中國成立以來，我國已建成大、中、小型水庫8.70萬多座，其中小型水庫8.30萬多座，庫容在10～1000萬m3之間，這些水庫為防御洪水災(zāi)害和保障國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了重要作用。但由于各種原因，目前，許多水庫存在著防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，達(dá)不到有關(guān)規(guī)范、規(guī)定要求，以及工程本身質(zhì)量差，工程老化失修等問題，形成了大量的病險水庫，工程不能正常運(yùn)行，嚴(yán)重威脅著下游人民生命財產(chǎn)的安全或不能充分發(fā)揮其效益。有些病險水庫下游是重要城鎮(zhèn)、廠礦、交通干線，位置險要。影響城鎮(zhèn)安全的大、中型水庫，這些險庫急需抓緊除險加固。

1　水庫概況

井門水庫位于長樂市古槐鎮(zhèn)井門村，距離長樂市區(qū)約19km，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的小（2）型水庫。水庫壩址以上集雨面積0.70 km2，主河道長度0.73 km，河道比降181.82‰。井門水庫于1988年建成投入運(yùn)行，已運(yùn)行20多年。井門水庫總庫容13.01萬m3，興利庫容5.65萬m3，死庫容4.60萬m3。水庫實(shí)際灌溉面積40 hm2，下游保護(hù)人口2000人。依據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》和《水利水電工程等級劃分及防洪標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，井門水庫為Ⅴ等小（2）型水庫工程，大壩、放水涵管等主要建筑物為5級，施工臨時性建筑物為5級建筑物。大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)按20 a一遇洪水設(shè)計，100 a一遇洪水校核；消能防沖建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇洪水。水庫設(shè)計灌溉面積40 hm2，涉及下游人口2000人，受益古槐鎮(zhèn)，為古槐鎮(zhèn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮了巨大作用。

2　大壩現(xiàn)狀及存在的問題

井門水庫由于當(dāng)時的施工條件和施工水平限制，施工質(zhì)量一般，同時受條件限制，也沒有當(dāng)時的施工記錄和質(zhì)量檢測報告。經(jīng)20多年運(yùn)行，工程存在較多的安全隱患，建筑物一有不同程度的損壞，設(shè)施老化，很大程度上影響了工程效益的發(fā)揮。因此，需全面徹底進(jìn)行除險加固。根據(jù)安全鑒定報告和本次除險加固現(xiàn)場檢查、地質(zhì)勘探和理論分析計算，目前水庫存在的主要問題為壩體滲流，未設(shè)排水體的壩段浸潤線均從下游壩坡逸出，該段壩坡滲流不穩(wěn)定，不能滿足規(guī)范要求；工程運(yùn)行中，存在壩體、壩基及繞壩滲漏隱患。井門水庫建成以來，在灌溉等方面發(fā)揮了重要作用，產(chǎn)生了顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。但水庫建成運(yùn)行已經(jīng)20多年，受水庫管理和資金上原因的限制，水庫自竣工蓄水運(yùn)行以來水庫經(jīng)歷多次險情，但都沒有進(jìn)行過較為徹底的加固處理。鑒于井門水庫存在的諸多問題，工程的三大建筑物不同程度出現(xiàn)了不安全因素，危及水庫的正常運(yùn)行，需要進(jìn)行除險加固。該水庫的安全直接關(guān)系到當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和下游群眾的生命安全。為確保水庫的安全運(yùn)行，充分發(fā)揮水庫的灌溉、防洪等綜合效益，對井門水庫進(jìn)行除險加固是必要的。

3　大壩維修加固方案的選擇

3.1防滲問題分析

根據(jù)地勘鉆探揭露，水庫為均質(zhì)土壩，現(xiàn)有大壩填土多呈可塑狀，室內(nèi)試驗(yàn)總體屬于弱透水層，但壩體土質(zhì)均勻性較差，局部含防滲性能較差的碎礫石，注水試驗(yàn)結(jié)果表明壩體局部滲透系數(shù)＞1×10-4cm/s，屬于中等透水層，不滿足《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》要求，說明填筑土（壩體填土）不均勻，碎礫石及砂含量約占43.10%，壩體分層填土的結(jié)合情況一般，存在滲漏?？辈炱陂g發(fā)現(xiàn)涵管管道出口處見有滲漏現(xiàn)象。壩基表層分布有含碎礫石粘土。根據(jù)注水試驗(yàn)資料：大壩壩基分布含碎礫石粘土，屬于中等透水層（局部屬弱透水層），壩基存在滲漏。根據(jù)注水試驗(yàn)表明，粉質(zhì)粘土整體滲透系數(shù)＜10-4cm/s，屬于弱透水層。根據(jù)計算，壩基滲漏量為164.10 m3/d，建議對壩基進(jìn)行灌漿處理。大壩左右岸壩肩分布有含碎礫石粘土，據(jù)現(xiàn)場注水試驗(yàn)，屬于中透水層，存在繞壩滲漏。根據(jù)計算，繞壩滲漏為288.10m3/d，建議對壩肩進(jìn)行灌漿處理。

3.2防滲方案確定

3.2.1方案一：上游壩坡鋪設(shè)土工膜+壩基帷幕灌漿方案

本方案大壩壩體防滲采用復(fù)合土工膜（兩布一膜）防滲，壩基防滲采用帷幕灌漿防滲。具體方案為：在上游壩坡高程22.50 m處開挖帷幕灌漿平臺，平臺寬3.00 m，上游壩坡兩側(cè)壩體與壩坡結(jié)合處利用混凝土結(jié)合槽、壩頂兩側(cè)壩肩對壩基進(jìn)行帷幕灌漿，帷幕灌漿軸線為混凝土結(jié)合槽中心線，帷幕灌漿孔向兩岸延伸，向右岸壩肩延伸21 m，向左岸壩肩延伸19 m，單排布孔，帷幕灌漿軸線總長324 m，共布孔121孔。帷幕灌漿頂部設(shè)C20混凝土壓頂，22.50 m高程平臺處壓頂混凝土寬0.90 m，厚0.50 m，兩側(cè)壩體與壩坡結(jié)合處混凝土結(jié)合槽頂寬0.70 m，底寬0.50 m，高0.75 m。擬在大壩迎水坡自帷幕灌漿頂至壩頂防浪墻間鋪設(shè)一層復(fù)合土工膜防滲，土工膜向兩岸延伸1.00 m，兩岸延伸部分用粘土回填整平、拍實(shí)，再鋪設(shè)復(fù)合土工膜，在復(fù)合土工膜上鋪0.10 m厚的砂墊層和0.10 m厚的碎石墊層，最后鋪設(shè)干砌塊石，厚0.30 m，并設(shè)置C20混凝土結(jié)合槽，兩岸壩肩土工膜埋入混凝土結(jié)合槽；土工膜埋入帷幕灌漿頂部混凝土，土工膜彎折后深入混凝土的長度≥50 cm；新建壩頂防浪墻為漿砌石結(jié)構(gòu)，土工膜埋入防浪墻底部基礎(chǔ)，保證大壩防滲整體封閉。

帷幕灌漿范圍：在上游壩坡高程22.50m處開挖帷幕灌漿平臺，平臺寬3.00m，上游壩坡兩側(cè)壩體與壩坡結(jié)合處利用混凝土結(jié)合槽、壩頂兩側(cè)壩肩對壩基進(jìn)行帷幕灌漿，帷幕灌漿軸線為混凝土結(jié)合槽中心線，帷幕灌漿孔向兩岸延伸，向右岸壩肩延伸21m，向左岸壩肩延伸19 m，單排布孔，帷幕灌漿軸線總長324 m，灌漿樁號為灌0+000～灌0+324.00，共布孔121孔，帷幕灌漿鉆孔總進(jìn)尺740m，帷幕灌漿總進(jìn)尺680m。帷幕灌漿頂部設(shè)C20混凝土壓頂，22.50m高程平臺處壓頂混凝土寬0.90m，厚0.50m，兩側(cè)壩體與壩坡結(jié)合處混凝土結(jié)合槽頂寬0.70m，底寬0.50m，高1.00m，帷幕頂部嵌入壓頂20cm，上游壩坡鋪設(shè)土工膜伸入壓頂長度≥50cm。鋪設(shè)復(fù)合土工膜范圍：大壩迎水坡帷幕灌漿平臺頂部至壩頂防浪墻底部，同時向兩側(cè)岸坡延伸1.00 m，并設(shè)置混凝土結(jié)合槽，全斷面鋪設(shè)復(fù)合土工膜，共計2400m2。復(fù)合土工膜規(guī)格為：800 g/m2× 0.60mm×800g/m2兩布一膜，下、上層為無紡織布，中層為PE膜。

鋪設(shè)復(fù)合土工膜壩面處理：先拆除迎水坡22.50 m高程以上的干砌塊石護(hù)坡及碎石墊層，壩面凹凸不平處用粘土回填整平、拍實(shí)，再鋪設(shè)復(fù)合土工膜，在復(fù)合土工膜上鋪0.10 m厚的砂墊層和0.10 m厚的碎石墊層，最后鋪設(shè)干砌塊石，厚0.30 m。

3.2.2方案二：壩體高壓旋噴灌漿+壩基帷幕灌漿方案

單管高壓旋噴防滲墻的基本原理是利用鉆機(jī)造孔，并將注漿硬管（即鉆桿）及其噴頭置于預(yù)定的地層深度，用高壓泵將預(yù)制好的水泥漿加壓（壓力≥20 MPa），并經(jīng)過高壓軟管輸送到噴頭，從噴嘴中噴射出來，沖擊和切割土體，并以水泥質(zhì)漿液強(qiáng)制攪拌充填、摻混其中。同時以一定的轉(zhuǎn)速提升鉆桿，從而形成一種新的、有一定強(qiáng)度的人工地基或地下防滲構(gòu)筑物（旋噴呈圓柱狀）。當(dāng)這些個體的構(gòu)筑物相鄰連接膠合時即組成一道地下連續(xù)防滲墻。

單管高壓旋噴灌漿軸線位于壩軸線位置，灌漿起灌高程為校核洪水位，即25.90 m為起灌高程，高程25.90 m以上只鉆孔，不灌漿，僅采用混凝土封孔即可，旋噴灌漿單排孔布置，孔距0.45 m，樁號壩0+000～壩0+302，總長302 m，采用壩體高壓旋噴灌漿。旋噴灌漿總鉆孔數(shù)670孔，鉆孔總進(jìn)尺3615 m，高壓旋噴灌漿進(jìn)尺3015 m，設(shè)計樁徑≥0.60 m，鉆孔最大深度6.10 m。

壩基防滲采用單排帷幕灌漿，灌漿軸線與高壓旋噴灌漿軸線重合，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際地形，擬向左岸延伸11 m，向右岸延伸10 m。孔距2.70m，總鉆孔121孔，帷幕灌漿鉆孔總進(jìn)尺788 m，帷幕灌漿總進(jìn)尺748 m。帷幕鉆孔部分與高噴鉆孔重合。鉆孔機(jī)具采用巖心150型鉆機(jī)，鉆孔深度至相對不透水層線（q≤10 Lu），帷幕灌漿深入相對不透水層。施工分兩序孔進(jìn)行，第一序孔距為5.40 m，第二序孔距為2.70 m。

3.2.3方案比選

各方案的地形地質(zhì)條件、工程布置、施工條件、主要工程量、施工進(jìn)度、工程投資等綜合匯總見防滲方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件比較表1。

表1　大壩防滲加固方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件比較表

從比較表看出，方案二雖然投資較大，但防滲效果好，施工工序少，工藝簡單，工期短，就其適應(yīng)性上而言，旋噴樁是合適本工程相關(guān)地層施工的，而且技術(shù)也相對成熟，目前該加固方法在全省中小型水庫除險加固中也得到了較多的應(yīng)用。

經(jīng)綜合比選，本次壩體防滲加固設(shè)計推薦方案二，即高壓旋噴灌漿+帷幕灌漿的方案。

4　總結(jié)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，大壩防滲加固應(yīng)用防滲墻方法也在不斷的優(yōu)化和創(chuàng)新。通過高壓旋噴樁施工后，水庫恢復(fù)到了正常蓄水位。從而有效的提高了水庫的運(yùn)行效率和質(zhì)量，獲取了更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，值得更大范圍的推廣和應(yīng)用。

（責(zé)任編輯：韋詩佳）

收稿日期：2015-12-14

作者簡介：陳光（1979-），男，工程師，主要從事水利建設(shè)工作。

中圖分類號：TV697. 3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-8853（2016）03-0066-02