沙田岙水庫(kù)除險(xiǎn)加固灌漿防滲處理技術(shù)

肖 慧，肖擁軍，李玉泉

(湖南科技大學(xué)資源環(huán)境與安全工程學(xué)院,湖南湘潭411201)

20世紀(jì)60～70年代修筑的水庫(kù)長(zhǎng)期運(yùn)行后大部分存在不同程度的缺陷，最常見的為庫(kù)水繞壩和壩下滲漏嚴(yán)重。這些不同程度的缺陷都給水庫(kù)壩下管涌潰壩和水壩滲漏損失埋下了隱患，為保護(hù)緊缺的水資源和人民生命財(cái)產(chǎn)安全，我們需要對(duì)這些有缺陷的大壩進(jìn)行加固除險(xiǎn)工程。本文以沙田岙水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程為例，對(duì)壩區(qū)地質(zhì)及工程地質(zhì)條件、壩基防滲帷幕灌漿施工和工程質(zhì)量檢測(cè)簡(jiǎn)介如下。

1 工程概況

沙田岙水庫(kù)位于舟山市普陀區(qū)勾山街道。水庫(kù)始建于1972年，為蘆東水庫(kù)下游梯級(jí)式水庫(kù)，庫(kù)區(qū)總集雨面積4.53km2，其中沙田岙水庫(kù)自身集雨面積0.84km2。水庫(kù)總庫(kù)容 138.21×104m3，正常蓄水庫(kù)容111.10×104m3。主要功能為飲用水供水和農(nóng)田灌溉。水庫(kù)下游為村莊和農(nóng)田。工程主要建筑物包括大壩、溢洪道、放水隧洞、防水涵管（已封堵）、倒虹吸管、交通橋6部分。水庫(kù)大壩為粘土心墻壩，最大壩高24.93m，壩頂高程在31.84～32.02m之間，防浪墻高程在32.92～33.29m之間，壩頂寬在5.5～6.0m之間，壩底寬約為120m，壩頂長(zhǎng)244m。上壩坡(水位以上)坡比在1∶2.0左右，下游設(shè)有2級(jí)馬道，壩坡坡比自上而下分別在1∶1.75、1∶2.1、1∶2.25左右。

2 工程地質(zhì)條件與存在的問題

2.1 工程地質(zhì)條件

水庫(kù)庫(kù)周群山環(huán)抱，分水嶺寬厚，庫(kù)周為抗?jié)B性良好的熔結(jié)凝灰?guī)r等巖石組成，庫(kù)周未見滲透性良好的區(qū)域性斷層通過，無低矮分水嶺。水庫(kù)周邊庫(kù)岸均為堅(jiān)硬、塊狀的火山巖，自然邊坡穩(wěn)定，庫(kù)內(nèi)山坡植被茂盛，沿庫(kù)周未見大的塌方和崩滑體，除局部地段有順坡卸荷節(jié)理切割產(chǎn)生少量坍塌。

大壩壩體為粉質(zhì)粘土，大壩防滲體由人工填筑的粉質(zhì)粘土、背坡護(hù)心墻土及下游壩體反濾層等組成，壩基覆蓋層為粉質(zhì)粘土混礫砂，下伏基巖為侏羅系上統(tǒng)西山頭組凝灰?guī)r。大壩現(xiàn)有防滲體系為粘土心墻壩。

2.2 存在的問題及其解決方法

壩基土中的Ⅲ層粉質(zhì)粘土混礫砂，多數(shù)為中等透水性的坡殘積相的粉質(zhì)粘土混礫砂（局部趨向強(qiáng)透水性），該層是大壩壩基防滲穩(wěn)定的主要控制層，須采取防滲補(bǔ)強(qiáng)措施對(duì)該層進(jìn)行處理以消除壩基滲透而引起壩體及地基滲透變形的安全隱患，尤其是防滲體與壩基接觸帶的滲透系數(shù)值較大，必須著重進(jìn)行防滲補(bǔ)強(qiáng)。

經(jīng)與歷史資料比較發(fā)現(xiàn)，因各種原因水庫(kù)最后一次續(xù)建壩頂未達(dá)到設(shè)計(jì)高程，大壩也未按圖紙要求完成施工，溢洪道堰頂未達(dá)到設(shè)計(jì)高程，溢洪道堰頂寬度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。水庫(kù)放水涵管封堵后所建的放水隧洞出口與放水涵管出口位置相同，但隧洞出口采用了縮小砌筑，現(xiàn)狀出口僅為70cm。必須增高擴(kuò)建。

壩體整體情況尚好，上游壩坡未發(fā)現(xiàn)明顯異常變形，坡面砌石塊徑偏小，局部護(hù)面塊石松動(dòng)、剝落、水位經(jīng)常變動(dòng)部位局部凹陷，壩體中間部位坡面凹陷，壩體下游坡護(hù)砌塊石松動(dòng)、剝落現(xiàn)象較多，坡面上雜草滋生。左壩頭有漏水點(diǎn)，溢洪道無襯砌，表面巖石已風(fēng)化，堰頂背坡29m高程處有漏水點(diǎn)。

總體來看，大壩壩坡符合一般的經(jīng)驗(yàn)安全壩坡，下游壩坡及壩趾破損嚴(yán)重，在運(yùn)行過程中有漏水現(xiàn)象，壩體結(jié)構(gòu)安全存在一定的問題，需做一定程度的穩(wěn)定性修建。

3 灌漿防滲設(shè)計(jì)

壩頂長(zhǎng)244.0m，如圖1所示，設(shè)計(jì)采用全壩段雙排粘土灌漿，粘土灌漿深度至壩基分界線以下1.0m，雙排布孔，在大壩軸線上、下游各0.5m，孔距2.0m，粘土灌漿孔245只孔，最大孔深估計(jì)在34.0m；帷幕灌漿設(shè)計(jì)采用全壩段及溢洪道堰頂段單排灌漿，帷幕灌漿深度至壩基相對(duì)不透水以下3.0m，單排布孔在大壩軸線上，孔距2.0m，帷幕灌漿孔159只孔。

4 除險(xiǎn)加固灌漿防滲施工技術(shù)

4.1 大壩充填灌漿

充填灌漿的基本工藝:運(yùn)料→堆料→攪拌→漿池（二道網(wǎng)篩）→攪拌灌漿桶→灌漿泵→孔口裝置→回漿→攪拌灌漿桶。

（1）造孔。布孔按雙排孔布置在距壩頂大壩軸線上、下游各0.5m，孔距2.0m，分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ次序施工（即8m孔距→8m孔距→4m孔距），終孔孔距2.0m,鉆機(jī)采用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，采用套管干打法或適量加水和稀泥漿鉆進(jìn)，嚴(yán)禁沖清水鉆進(jìn)，采用?108mm護(hù)壁套管進(jìn)行保護(hù)。

（2）灌漿。自下而上灌漿方式先灌注孔底再逐段往上分段灌注，射漿管下入灌漿段底以上0.5m處。

大壩粘土灌漿以粘土為主，摻15%水泥粘土漿。粘土灌漿土料及配制成漿液的有關(guān)指標(biāo)符合《土壩壩體灌漿技術(shù)規(guī)范》（SD266-88）要求。開始用稀漿（比重1.3）經(jīng)3～5min后再灌注濃漿（比重1.45以上），先進(jìn)行Ⅰ次序孔輪灌，再灌Ⅱ次序，最后Ⅲ次序。

（3）灌漿壓力。以孔口壓力控制，孔口壓力應(yīng)不大于0.05MPa。

（4）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)漿液升至孔口，經(jīng)連續(xù)復(fù)灌2次不再吃漿時(shí)，即可終止灌漿，并用容重大于1.5t/m3漿液灌漿封孔至孔口漿液不再下降為止。

4.2 壩基帷幕灌漿

壩基水泥防滲帷幕灌漿孔在大壩軸線上及溢洪道堰頂段，共159只孔，孔距2.0m，分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ次序施工（即8m孔距→8m孔距→4m孔距），終孔孔距2.0m，灌漿深度至壩基巖基面以下相對(duì)不透水3.0m。

鉆孔采用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，用?108mm套管干打至壩基面或泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)，但至壩基接觸面以上2.0m必須干打套管達(dá)到止水目的。壩基段可用清水循環(huán)鉆進(jìn)，如遇砂礫石粉質(zhì)粘土層可用少量稀泥漿護(hù)壁造孔。采用自下而上分段灌注，接觸段灌漿長(zhǎng)2.0m，以下各段段長(zhǎng)2.0～5.0m,橡塞塞在套管內(nèi)，射漿管下入灌漿段底以上50cm左右。灌漿材料采用42.5普硅水泥，漿液比級(jí)為六級(jí)控制，即5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1。采用P=Po+mD公式，式中：P為灌漿壓力；Po為表面地段允許的壓力，取0.05MPa；m為灌漿段頂板在巖石中每加深1m所允許的壓力值，取0.025MPa；D為灌漿段頂板以上巖石厚度；以孔口壓力為準(zhǔn)不大于0.05MPa。

在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入率不大于1L/min時(shí)，繼續(xù)灌注60min時(shí)即可結(jié)束。封孔采用濃漿壓力灌漿封孔法。

5 灌漿效果分析

加固前,發(fā)現(xiàn)左壩肩已出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，鉆孔試驗(yàn)分析表明滲透系數(shù)最大值1.26×10-4cm/s，超出了正常允許范圍。加固后，原來出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象基本消失，加固后充填灌漿的綜合滲透系數(shù)為8.85×10-5cm/s,均小于1.0×10-4cm/s,符合設(shè)計(jì)要求。經(jīng)灌漿充填密實(shí)后,防滲效果顯著。

6 結(jié)語

沙田岙水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程,根據(jù)實(shí)際情況采用多種灌漿綜合防滲處理加固技術(shù)。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用多種手段對(duì)灌漿質(zhì)量進(jìn)行全面檢查,對(duì)施工全過程實(shí)施質(zhì)量控制和跟蹤監(jiān)理，充填灌漿和帷幕灌漿部分工程及壩基防滲帷幕單位工程均取得優(yōu)良效果。

[1]SD266-88土壩壩體灌漿技術(shù)規(guī)范[S].

[2]SL62-94水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 鐘漢金.湯溪水庫(kù)大壩灌漿防滲處理加固技術(shù)[J].西部探礦工程,2006，17(2):17-18.

[4] 曹興山,陳志猛,陳厚軍.帷幕灌漿在壩基防滲處理中的應(yīng)用[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),2007,18(1):104-110.

[5] 江勇,閆新.帷幕灌漿防滲技術(shù)在壩基處理中的應(yīng)用[J].湖南水利水電,2008，12(3):19-20.