小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固大壩灌漿技術(shù)設(shè)計(jì)措施探討

邱飛

【摘 要】文章介紹了玉林某小型水庫(kù)的工程概況，闡述了該水庫(kù)的水文及工程地質(zhì)情況，探討了大壩灌漿技術(shù)設(shè)計(jì)措施，通過(guò)對(duì)比幾種灌漿方法，總結(jié)了小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固的灌漿技術(shù)要點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】小型水庫(kù)；除險(xiǎn)加固；大壩施工；灌漿技術(shù)

【中圖分類號(hào)】TV697.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）03-0136-02

1 工程概況

玉林某小型水庫(kù)的地理位置為東經(jīng)110°15'、北緯22°58'，屬石垌河。該水庫(kù)距縣城42 km，距鎮(zhèn)政府所在地14 km，有多條村級(jí)公路相通，交通比較便利。巖石少見(jiàn)出露，覆蓋土層較厚。水庫(kù)區(qū)域?qū)賮啛釒夂?，洪水主要由暴雨形成，一般汛期為每年?～8月。多年平均氣溫為21.6 ℃，極端最高氣溫為37.5 ℃，極端最低氣溫為0.1 ℃。該水庫(kù)于1976年9月動(dòng)工興建，1977年5月建成投入運(yùn)行，工程特性原注冊(cè)登記如下：50年一遇設(shè)計(jì)洪水位為82.22 m，500年一遇校核洪水位為82.5 m。正常蓄水位為81.5 m，興利庫(kù)容為116萬(wàn)m3，總庫(kù)容為159萬(wàn)m3，死庫(kù)容為14萬(wàn)mm3。該水庫(kù)屬于?。?）型水庫(kù)，設(shè)計(jì)灌溉面積為124.67 hm2（1 870畝），最大實(shí)灌面積為124.67 hm2（1 870畝），防洪保護(hù)耕地面積為266.67 hm2（0.4萬(wàn)畝）?？値?kù)容為160.6萬(wàn)m3，興利庫(kù)容為116.7萬(wàn)m3，死庫(kù)容為14萬(wàn)m3。50年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為36.6 m3/s，500年一遇校核洪峰流量為50.8 m3/s。水庫(kù)正常蓄水位為81.50 m，設(shè)計(jì)洪水位為82.17 m，校核洪水位為82.54 m。該水庫(kù)樞紐工程主要由以下建筑物組成。

1.1 主壩

主壩為水墜壩，現(xiàn)狀壩頂高程為83.4～83.7 m，壩頂長(zhǎng)72 m，壩頂寬4.5 m，壩底高程為68.50 m，最大壩高15.2 m。上游坡為干砌石護(hù)坡，自下而上護(hù)坡至壩頂。內(nèi)坡坡比為1∶2.802；大壩下游坡為草皮護(hù)坡，坡比為1∶2.185。壩腳設(shè)堆石反濾體，頂高程為70.50 m，頂寬0.5 m，棱體外坡坡比為1∶1.5，內(nèi)坡坡比為1∶1。

1.2 副壩

一副壩為均質(zhì)土壩，最大壩高10.2 m，壩頂高程為83.7 m，壩頂長(zhǎng)49.4 m，壩頂寬6.1 m；二副壩設(shè)計(jì)為均質(zhì)土壩，最大壩高5.2 m，壩頂高程為83.7 m，壩頂長(zhǎng)50.3 m，壩頂寬5 m，但此壩未建。

1.3 溢洪道

溢洪道位于壩首右側(cè)，為開(kāi)敞式溢洪道，由進(jìn)水渠、控制堰、陡坡段組成，總長(zhǎng)71.35 m。溢洪道底寬5 m，堰頂高程為81.50 m，溢洪道沿原山體開(kāi)挖而成，底板及邊墻為50#漿砌石砌筑。陡坡段長(zhǎng)44 m。消力池及海漫未建。

1.4 輸水設(shè)施

輸水涵管位于一副壩中間，穿過(guò)壩體，為無(wú)筋砼管外包80號(hào)水泥砂漿砌石的無(wú)壓拱門管，總長(zhǎng)50 m，過(guò)流斷面面積為0.74 m2，進(jìn)口底高程為73.70 m，出口高程為73.5 m，設(shè)計(jì)最大輸水流量為0.4 m3/s。輸水涵管進(jìn)口由斜拉閘控制，配5 t千斤頂啟閉，閘門為鑄鐵平板閘，拉桿為φ36 mm鋼管。

2 工程地質(zhì)及水文情況

工程區(qū)地下水按埋藏條件及巖性可分為孔隙潛水及巖石裂隙潛水2類?？紫稘撍植荚谄路e層，水量小，季節(jié)變化大，接受大氣降水補(bǔ)給，向下伏巖石排泄。裂隙潛水分布在條紋狀中眼球中粒斑狀黑云二長(zhǎng)花崗巖及花崗片麻巖中，接受上部松散層及大氣降水補(bǔ)給，向河谷排泄。條紋狀中眼球中粒斑狀黑云二長(zhǎng)花崗巖及花崗片麻巖巖體在長(zhǎng)期風(fēng)化作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈的風(fēng)化，形成不同狀態(tài)的風(fēng)化巖體，如全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化等。全風(fēng)化巖體呈土狀，強(qiáng)度低，其物理力學(xué)性質(zhì)相當(dāng)于土的性質(zhì)。強(qiáng)風(fēng)化巖體呈碎塊狀、巖屑狀，其強(qiáng)度比全風(fēng)化巖體高，但透水性強(qiáng)，局部受斷層、裂隙、地下水等因素控制形成球狀或槽（囊）狀風(fēng)化。

3 幾種灌漿技術(shù)的對(duì)比

3.1 高壓噴射灌漿

高噴灌漿于20世紀(jì)70年代開(kāi)始引進(jìn)中國(guó)，但在廣西發(fā)展較晚，廣西于20世紀(jì)90年代初才開(kāi)始引進(jìn)，普遍用于工民建基坑防滲及支護(hù)，也用于水庫(kù)防滲，如廣西百色市澄碧河水庫(kù)大壩防滲。形成的復(fù)合材料的強(qiáng)度要比原土體高得多。也可用于軟基處理，形成的地基稱復(fù)合地基，特別是在工民建工程中應(yīng)用較多，是解決地基承載力不足的一種辦法。水利工程中，也有兩者兼有的（防滲與提高地基承載力）。在水利工程中，主要用于防滲，也有用于提高地基承載力，或者兩者兼顧。例如，欽州市沿海工業(yè)園大風(fēng)江調(diào)水工程中的大風(fēng)江閘壩處在深厚砂層上，最終通過(guò)高壓旋噴進(jìn)行了地基處理及防滲處理。在工民建工程中，主要用于基坑防滲、支護(hù)，形成復(fù)合地基，提高地基承載力。左右封閉原則：考慮鉆孔傾斜狀態(tài)下，柱與柱能正常交接，以不開(kāi)叉為原則，確定孔距。高噴墻是按照上下封閉原則：以封閉底部為原則，深入基巖或相對(duì)不透水層0.5～2 m，界線清楚情況下按小的執(zhí)行，地質(zhì)復(fù)雜時(shí)按大的執(zhí)行。常規(guī)帷幕灌漿一般深入基巖或相對(duì)不透水層3～5 m。如果上部是旋噴灌漿，下部是帷幕灌漿，兩者間的交接，在保證封閉的情況下盡量用小值，因?yàn)樾龂妷ν茸?，帷幕后做，所以在旋噴樁中進(jìn)行帷幕壓力灌漿，可能會(huì)對(duì)旋噴樁造成直接破壞。高壓噴射灌漿施工參數(shù)很多，主要的參數(shù)有漿密度、水壓力、提升速度、轉(zhuǎn)速或擺速、擺角。確定原則：根據(jù)試驗(yàn)確定。

3.2 靜壓灌漿

進(jìn)漿管不動(dòng)，采取一定壓力值的漿液進(jìn)行孔口灌注。充填灌漿、帷幕灌漿、固結(jié)灌漿都屬于靜壓灌漿。一般來(lái)說(shuō)，存在壓力，進(jìn)漿管不動(dòng)就叫靜壓灌漿，狹義上主要指基巖灌漿。

（1）固結(jié)灌漿是利用鉆孔將高標(biāo)號(hào)的水泥漿液或化學(xué)漿液壓入巖體中，使之封閉裂隙，加強(qiáng)基巖的完整性，達(dá)到提高地基或圍巖的完整性，增強(qiáng)地基，提高巖體強(qiáng)度和剛度的目的。常規(guī)的灌漿是在整個(gè)基礎(chǔ)大面積內(nèi)進(jìn)行，此時(shí)應(yīng)分批逐步完成整個(gè)灌漿工程，應(yīng)根據(jù)壩基壓力、地質(zhì)條件等合理設(shè)計(jì)灌漿孔深、孔距、灌漿壓力和漿液稠度，即先進(jìn)行灌漿試驗(yàn)。

（2）帷幕灌漿是將漿液灌入巖體或土層的裂隙、孔隙，形成連續(xù)的阻水帷幕，以減小滲流量和降低滲透壓力的灌漿工程。目的是對(duì)巖層中存在的裂隙孔洞等用水泥漿液進(jìn)行壓力的封堵，提高地基的防滲能力。

（3）接觸灌漿是指為了提高兩個(gè)物體（如壩體與地基、鋼管與洞壁、擋墻與邊坡）接觸面間的強(qiáng)度或防滲性能而進(jìn)行的有壓力灌漿。

（4）充填灌漿是指注入漿液充填地基土內(nèi)的大孔隙、大空洞的注漿，例如卵石層、碎石層、沙礫層等的注漿。對(duì)存在空隙的地層（主要為土體）進(jìn)行低壓灌注，以滲透理論、充填理論為基礎(chǔ)，僅適用于處理性質(zhì)和范圍都已確定的局部隱患。

（5）劈裂式灌漿技術(shù)在土壩壩體除險(xiǎn)加固中具有投資小、見(jiàn)效快、設(shè)備和技術(shù)簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛地運(yùn)用。但在具體操作中應(yīng)注意施工工藝，只有保證灌漿的質(zhì)量，才能達(dá)到預(yù)期的效果。灌漿就是將一定的材料配制成漿液，用壓送設(shè)備將其灌入地層或縫隙內(nèi)，使其擴(kuò)散、膠凝或固化，以達(dá)到加固或防滲堵漏。？譹？訛對(duì)有較大滲流速度的地基或建筑物的防滲堵漏。？譺？訛大壩、堤岸的基礎(chǔ)帷幕防滲。？譻？訛地基加固，如增加大壩、堤岸、橋墩和其他建筑物的基礎(chǔ)承載力。？譼？訛地下建筑工程和水工建筑物的裂縫防滲堵漏和補(bǔ)強(qiáng)。？譽(yù)？訛隧洞、礦井在掘進(jìn)中，參軟弱土層的止和固結(jié)穩(wěn)定的預(yù)注漿。？譾？訛油井或地質(zhì)勘探孔漏水、硫砂處理和鉆孔護(hù)壁。？譿？訛鋼板樁連接處的止水處理。？讀？訛消除機(jī)械基礎(chǔ)振動(dòng)。出現(xiàn)問(wèn)題能及時(shí)地采用正確的處理措施，將隱患消滅在萌芽之中，這并非一般的施工隊(duì)伍所能做到。做不好，劈裂灌漿就變成了破壞灌漿。一般采用孔底注漿全孔封閉、分段灌注、少灌多復(fù)的方法。要精確測(cè)定并采用鉆孔起裂壓力值Pb和裂縫擴(kuò)展壓力值Pc（也叫裂縫合攏壓力值，相當(dāng)于小主應(yīng)力σ3），控制在整個(gè)施工過(guò)程中，以“內(nèi)劈外不劈”（壩頂表面劈裂也能閉合）為原則。

絕不允許一次性劈裂很長(zhǎng)及壩頂全線劈開(kāi)的情況，也不允許一次灌漿量很大很快以致壩頂劈開(kāi)很長(zhǎng)很寬且不能閉合的情況。

4 本工程防滲加固設(shè)計(jì)（灌漿技術(shù)）

4.1 主壩防滲加固設(shè)計(jì)

根據(jù)大壩的運(yùn)行情況及安全復(fù)核的需要，對(duì)大壩填土及壩基的試樣進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)及室內(nèi)滲透試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如下：主壩壩體現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)滲透系數(shù)K20為1.05×10-4～3.66×10-4 cm/s，平均值為2.11×10-4 cm/s；室內(nèi)試驗(yàn)滲透系數(shù)K20為7.30×10-7～2.47×10-5 cm/s，平均值為7.9×10-6 cm/s，大值平均值為2.16×10-5 cm/s。一副壩壩體現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)滲透系數(shù)K20為1.04×10-4～2.78×10-4 cm/s，平均值為1.91×10-4 cm/s；室內(nèi)試驗(yàn)滲透系數(shù)K20為3.50×10-7～2.93×10-5 cm/s，平均值為8.3×10-6 cm/s，大值平均值為1.64×10-5 cm/s，從現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)結(jié)果看，大壩土體屬中等透水性土。漿液水灰比為1.5～0.6∶1，灌漿壓力為0.2～0.5 MPa，漿液流量為60～80 L/s，密度為1.3～1.6 g/cm3，灌漿提升速度V=10～25 cm/min。灌漿效果要求達(dá)到滲透系數(shù)小于1.0×10-6 cm/s，灌漿壓力通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)灌注試驗(yàn)確定。對(duì)主壩進(jìn)行灌漿處理。其中，壩體為充填灌漿，壩基為帷幕灌漿。灌漿孔沿壩軸線布置，采用單排布孔，孔距為1.5 m，孔徑為75 mm。灌漿分2段灌漿：巖土分界線至全風(fēng)化下限以下3 m為帷幕灌漿，灌注材料為純水泥漿；巖土分界線以上至壩頂為充填灌漿，灌注材料為含20%水泥的黏土漿。

4.2 涵管壁外充填灌漿

涵管封堵前先沿管軸線每隔2 m在管內(nèi)壁兩側(cè)及頂部鉆孔進(jìn)行回填灌漿，以充實(shí)由于漏水而帶出泥土局部壩體形成的空洞或松散部位。灌漿材料為純水泥漿，灌漿方法同大壩防滲回填灌漿。灌漿材料為黏土摻10%的水泥，漿液稠度控制在1.3～1.45 g/cm3，灌漿壓力控制在1.5～2.5 kPa，由小逐漸加大，并采取“少灌多復(fù)”的操作方法，最后一次灌滿后，若吸漿率小于0.015 m3/min，并保持穩(wěn)定，在灌漿壓力為25 kPa條件下，持續(xù)施灌30 min后即可結(jié)束。先封堵進(jìn)口段，逐段向出口進(jìn)行。

4.3 新建輸水隧洞防滲設(shè)計(jì)

新建的輸水隧洞布置于一副壩左側(cè)山體處，進(jìn)口底板高程為73.70 m，全長(zhǎng)L=84.838 m，底坡i=0.003 775，出口底板高程為73.50 m，設(shè)計(jì)灌溉面積為124.66 hm2（1 870畝），設(shè)計(jì)灌溉流量為0.4 m3/s，隧洞頂部及兩側(cè)壁的厚度為0.3 m，為C25鋼筋砼襯砌；底部壁的厚度為0.4 m（其中襯砌的C25鋼筋砼的厚度為0.3 m，底部C10素砼墊層的厚度為0.1 m）。放水塔下游為長(zhǎng)3 m的漸變段和長(zhǎng)62.738 m的城門洞形隧洞。設(shè)計(jì)隧洞壁厚度為0.4 m，此外在洞頂部，沿隧洞縱軸線方向每間隔3 m設(shè)三孔夾角呈45°的回填灌漿孔（深入巖土層0.1 m），并在隧洞軸線方向每隔3 m（與回填灌漿孔隔開(kāi)1.5 m）沿隧洞橫斷面周壁均勻布設(shè)6個(gè)固結(jié)灌漿孔（深入巖土層0.6 m），進(jìn)行固結(jié)灌漿；灌漿材料為純水泥漿，其中回填灌漿設(shè)計(jì)壓力為150 kPa，固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)壓力為100～150 kPa。此外，新建隧洞出口接消力池（長(zhǎng)5 m，深1.0 m）和出水渠。根據(jù)水文特征與地質(zhì)地形條件，結(jié)合本工程性質(zhì)和施工條件及施工進(jìn)度，水庫(kù)施工前先將水位降至死水位以下，在新建涵管口外側(cè)利用洞口開(kāi)挖廢渣適當(dāng)設(shè)立土石圍堰，新建涵管進(jìn)口施工時(shí)可用原進(jìn)口進(jìn)行導(dǎo)流，待輸水涵管進(jìn)口改建完成后，再封堵原進(jìn)口。

5 結(jié)語(yǔ)

本次加固設(shè)計(jì)擬對(duì)壩基進(jìn)行帷幕灌漿防滲處理，壩體進(jìn)行充填灌漿處理。灌漿分2段灌漿：壩基以下3 m為帷幕灌漿，灌注材料為純水泥漿；巖土分界線以上至壩頂為充填灌漿，灌注材料為含20%水泥的黏土漿。灌漿效果要求達(dá)到滲透系數(shù)小于1.0×10-6 cm/s，灌漿壓力通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)灌注試驗(yàn)確定。大壩帷幕灌漿防滲標(biāo)準(zhǔn)為透水率q≤10 Lu，溢洪道帷幕灌防滲標(biāo)準(zhǔn)為透水率q≤10 Lu，伸入相對(duì)不透水層不小于5 m。通過(guò)本次防滲加固措施，大壩達(dá)到了防滲標(biāo)準(zhǔn)，效果良好，在防洪工程中起到了至關(guān)重要的作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]SD 266—88，土壩壩體灌漿技術(shù)規(guī)范[S].

[2]SL 62—94，水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]王少敏.水庫(kù)大壩灌漿施工和防滲技術(shù)研究[J].江西建材，2016（12）.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]