基于套井回填防滲技術(shù)的水庫除險加固設(shè)計

沈霞 胡濤

【摘要】珠山寺水庫由于建造年代久遠，存在較多病險問題，主要表現(xiàn)為設(shè)計標準偏低以及壩體和壩肩滲漏嚴重等。所以，我們要加強對病險水庫的除險加固設(shè)計，積極應(yīng)用新技術(shù)、新材料、新工藝，嚴格按照設(shè)計規(guī)范要求，以保障水庫大壩的安全可靠。本文結(jié)合工程實例分析了珠山寺水庫大壩的滲流原因與防滲加固處理技術(shù)，對其防滲設(shè)計進行詳細探討，從而有效改善了珠山寺水庫大壩的滲漏及不穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】水庫大壩；除險加固；防滲設(shè)計；病險水庫

一、工程基本情況

珠山寺水庫位于寧波市鄞州區(qū)瞻岐鎮(zhèn)西城村。上游集水面積3.97km2，主流長度4.298km，總庫容68.76萬m3，正常蓄水位▼11.09m，屬大嵩江流域，是一座以灌溉為主結(jié)合防洪、供水的?。ǘ┬退畮?。水庫樞紐工程主要由大壩、溢洪道和輸水隧洞等組成。

二、工程存在的主要隱患

珠山寺水庫于1956年動工興建，工程建成至今已有50多年，在灌溉、防洪和供水等方面發(fā)揮了較大的效益，但在工程建設(shè)及運行過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題，主要包括以下幾個方面：

2.1 大壩的防洪能力達不到國家要求的洪水標準

根據(jù)分析：200年一遇校核洪水位高于壩頂最低點高程；實際防滲體頂高程低于校核洪水位28cm。

2.2 壩體施工質(zhì)量尚未滿足現(xiàn)行規(guī)范要求

防滲土的現(xiàn)場注水試驗測得的滲透系數(shù)K=1.36×10-4～1.40×10-3cm/s，平均值為5.18×10-4cm/s，屬中等透水性，其平均壓實度為0.91；在目前狀態(tài)下，防滲土的滲透系數(shù)不能滿足碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范應(yīng)小于1.0×10-4cm/s，壓實度應(yīng)為0.95～0.97的要求。

2.3 壩肩存在接觸滲漏和繞壩滲漏隱患

大壩左右壩肩建基面均為弱風化基巖，左壩肩接觸段滲透系數(shù)為k=9.98（10-4cm/s，為中等透水性；右壩肩接觸段滲透系數(shù)為k=1.42（10-3cm/s，也為中等透水性，兩壩肩均存在接觸滲漏隱患。壩址區(qū)未見斷層通過，但基巖中節(jié)理較發(fā)育，淺部巖體較破碎，為中等透水性，深部逐漸閉合，存在繞壩滲漏隱患，弱風化基巖深部透水率一般為q=5.1～6.7Lu，屬弱透水性。

三、大壩防滲加固設(shè)計的技術(shù)分析

3.1 防滲加固主導(dǎo)思想

針對本工程的特點，大壩防滲土體存在的質(zhì)量問題，大壩防滲的主導(dǎo)思想就是截斷壩體和壩肩的滲漏通道。大壩防滲加固處理的主要方法是垂直防滲，垂直防滲方案中又有套井回填（結(jié)合帷幕灌漿）方案和高壓定噴灌漿方案。

目前這二種方案均具有施工可行性，處理效果明顯的特點，在土石壩防滲處理方面都有成功的運用。結(jié)合本工程的實際情況，特提出二個方案進行比較：第一個方案是套井回填（結(jié)合帷幕灌漿）方案；第二方案是高壓定噴灌漿方案。上述二個方案各有其優(yōu)缺點，現(xiàn)從技術(shù)、經(jīng)濟及施工角度對這二個防滲處理方案進行比較。

3.2 套井回填（結(jié)合帷幕灌漿）方案

沖抓套井回填粘土防滲墻的設(shè)計，主要包括沖抓套井平面布置、孔距、排距、孔深和套井防滲墻厚度等。

①套井平面布置

套井防滲墻在平面上按主、套井相間布置，一主一套相交連成井墻，如圖1。套井為整圓，主井被套井切割，呈對稱蝕圓。根據(jù)本工程的實際情況，套井回填軸線與壩軸線重合。

②套井的排數(shù)與孔距

根據(jù)經(jīng)驗，一般在高度25m以下的土壩防滲，可采用一排套井，套井直徑為1.1m，按單排套井最優(yōu)布置形式確定孔距為0.778m，套井防滲墻有效厚度為0.778m。

套井的排數(shù)，即套井回填粘土防滲墻的厚度，根據(jù)滲透計算確定。計算內(nèi)容側(cè)重于滲透坡降的驗算。確定防滲墻的有效厚度如下：

經(jīng)計算：套井防滲墻的有效厚度須滿足T≥0.767m，滿足要求。

③套井深度

根據(jù)本工程的實際情況，套井防滲墻底部打入壩體底部滲透系數(shù)較小的部位，即3.80m高程。套井施工前先對壩頂進行開挖、整平至12.30m，即套井回填頂高程為12.30m。

④回填土料

回填土料的質(zhì)量是套井回填成功的關(guān)鍵，要求為非分散性土料，粘粒含量在25%～40%，滲透系數(shù)小于10-5cm/s，干密度要大于1.50g/cm3。

⑤帷幕灌漿

帷幕灌漿布置于兩壩肩，以解決壩體土與弱風化基巖接觸段的滲漏隱患。擬采用一排灌漿孔，孔距2.0m，孔底深入相對不透水層（10lu）5m。

3.3 高壓定噴灌漿方案

高壓定噴灌漿是利用鉆機造孔，然后把帶有噴頭的灌漿管下至土層的預(yù)定位置，以高壓把漿液或水從噴嘴中噴射出來，形成噴射流沖擊土層，土粒從土體中剝落下來后，一部分細小土粒隨著漿液冒出地面，其余部分與灌入的漿液混合摻攪，在土體中形成凝結(jié)體。其原理是利用射流作用切割摻攪地層，改變原地層的結(jié)構(gòu)和組成，同時灌入水泥漿或混合漿形成凝結(jié)體，借以達到加固地基及防滲的目的。

高壓定噴灌漿材料：采用水泥漿，水泥為42.5普通硅酸鹽水泥。采用三管法施工，先是高壓氣、水噴射，而后是壓力灌漿，灌漿易被先噴入的水稀釋，所以使用的水灰比不應(yīng)大于1：1的濃漿。

孔距和孔序：根據(jù)本工程的特點，經(jīng)計算，設(shè)計定噴布置成單排，孔距為1.6m，噴射方向與軸線的夾角為20度，連接角度為140度，孔深27.4m，布置在壩軸線處。分兩序施工，先噴Ⅰ序孔，再噴Ⅱ序孔。

3.4 壩體防滲方案比較和結(jié)論

方案一：壩體套井回填+壩肩帷幕灌漿方案：

工程造價約57.8萬元。

優(yōu)點：①工程投資?。虎谑┕すに嚦墒?；③機械設(shè)備簡單、施工方便；④工效高、防滲效果好；⑤直觀性強，通過下井檢查，發(fā)現(xiàn)問題，及時處理，確保安全。

缺點：①回填土料要求高；②施工時必須放空水庫，套井回填時必須無水；③施工受天氣影響較大。

方案二：高壓定噴灌漿方案

工程造價約73.4萬元。

優(yōu)點：①可灌性好；②連接可靠；③施工場地要求不高。

缺點：①工程投資較大；②漿液在高壓作用下，擴散很遠，難于控制，用漿量大；③形成的幕一般只有0.1～0.3m，相對較薄；④施工技術(shù)要求較高；⑤耐久性相對較差。

經(jīng)比較，方案一優(yōu)于方案二，且與本工程類似的鄞州區(qū)很多小（二）型水庫均采用壩體套井回填+壩肩帷幕灌漿方案處理，取得了良好的效果，也為壩體套井回填+壩基帷幕灌漿方案的成功提供了保證。

故設(shè)計最終采用壩體套井回填+壩肩帷幕灌漿方案作為推薦方案。

3.5 防滲設(shè)計

3.5.1 壩體防滲設(shè)計

壩體采用一排套井，套井直徑為1.1m，按單排套井最優(yōu)布置形式確定孔距為0.778m，套井防滲墻有效厚度為0.778m，套井防滲墻底高程為3.80m，頂高程為12.30m。套井回填分二序施工，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。

新建防浪墻頂高程為13.50m，高度為0.80m，壩頂高程為12.70m。防浪墻采用砼結(jié)構(gòu)，防浪墻底板采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)，并設(shè)齒槽與防滲土體相連，形成整體防滲系統(tǒng)。

3.5.2 壩肩帷幕灌漿設(shè)計

壩肩帷幕灌漿孔布置1排，灌漿孔孔距2m。灌漿底部深入相對不透水層5m（相對不透水層以10lu控制）。

采用孔口封閉灌漿方式，灌漿壓力采用0.1到0.2MPa。

四、結(jié)語

通過以上分析，在國民經(jīng)濟建設(shè)中，水庫大壩工程占據(jù)著重要地位，關(guān)乎著人們的生命財產(chǎn)安全，所以，為了保證大壩安全運行，徹底消除洪澇災(zāi)害，必須加強管理水庫大壩施工質(zhì)量，提高施工技術(shù)，并不斷健全水庫鑒定制度，從而使水庫工程造福于人民。

參考文獻：

[1]寧波市水利水電規(guī)劃設(shè)計研究院.寧波市鄞州區(qū)珠山寺水庫除險加固工程初步設(shè)計報告[R]2010.12

[2]張艷玲.南柳水庫除險加固工程設(shè)計綜述[J].山西水利.2013（04）