梅山水庫(kù)大壩防滲加固技術(shù)的探討

陳小玲

（惠安縣菱溪陳田水庫(kù)管理處，福建 惠安 362100）

1 工程概況

梅山水庫(kù)位于泉州市惠安縣螺城鎮(zhèn)梅山村石盤(pán)自然村、居仁溪峽谷處，壩址以上流域面積2.9km2，河長(zhǎng)1.85km，坡降3.15%。水庫(kù)正常蓄水位61.0m，總庫(kù)容237.5萬(wàn)m3，有效灌溉面積400hm2，保護(hù)人口3000萬(wàn)人。水庫(kù)于1970年10月動(dòng)工，1972年竣工，保壩加固工程于1980年動(dòng)工，1981年完成。水庫(kù)大壩原設(shè)計(jì)采用20年一遇洪水設(shè)計(jì)，100年一遇洪水校核，保壩加固時(shí)，大壩按20年一遇洪水設(shè)計(jì)，500年一遇洪水校核。設(shè)計(jì)洪水位61.9m；校核洪水位62.82m。2003年安全鑒定采用30年一遇設(shè)計(jì)，300年一遇校核。設(shè)計(jì)洪水位62.41m；校核洪水位62.98m。初步設(shè)計(jì)復(fù)核的防洪標(biāo)準(zhǔn)按30年一遇設(shè)計(jì)，300年一遇校核。其設(shè)計(jì)洪水位62.37m，校核洪水位62.99m。

大壩迎水坡為干砌塊石護(hù)坡，坡比從上到下為1∶1.75，1∶2.5和1∶3.0。第一平臺(tái)高程53.0m，寬4m，第二平臺(tái)高程43.5m，寬3.7m。背水坡為草皮護(hù)坡，坡比從上到下為1∶1.7，1∶2.5和1∶1.5。第一平臺(tái)高程52.0m，寬4m，第二平臺(tái)高程41.0m，寬3.2m，第二平臺(tái)以下設(shè)干砌塊石排水棱體。

2 大壩存在問(wèn)題

水庫(kù)已運(yùn)行近40年，一直處于低水位運(yùn)行狀態(tài)?，F(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)大壩背水坡樁號(hào)0+040，0+090，0+150，高程47.0～53.0m之間坡面存在滲漏散浸現(xiàn)象，面積約100m2。1973年4月23日遇到暴雨，水位由53.0m上漲至57.5m，大壩出現(xiàn)嚴(yán)重漏水現(xiàn)象，滲漏量0.75L/s。雖經(jīng)局部處理，但未根治。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，檢查期間水位53.0m，濕浸面積約100m2，大壩左岸下游坡高程47.0m附近存在滲漏現(xiàn)象。在水位53.0m以上時(shí)滲漏更普遍更嚴(yán)重。下游背水坡凹凸不平，草皮護(hù)坡質(zhì)量較差。

3 壩體防滲技術(shù)方案比選

梅山水庫(kù)壩體左右壩肩存在較為嚴(yán)重的滲漏，需要對(duì)大壩壩體防滲加固。

壩址工程區(qū)巖性為燕山早期侵入的黑云母花崗巖。兩岸山頂及緩坡處為坡殘積層，主要成分為砂質(zhì)黏土。河床基本為坡殘堆積土所覆蓋，中部壩基原河床處為粉質(zhì)②或殘積砂質(zhì)黏性土③層，兩岸壩基為強(qiáng)風(fēng)化巖或弱風(fēng)化巖。施工時(shí)未進(jìn)行有效的地基處理，其中，強(qiáng)風(fēng)化巖具有中等透水性，部分呈強(qiáng)透水性，壩基存在滲漏問(wèn)題。

根據(jù)大壩滲漏現(xiàn)狀，采用兩種防滲方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)及技術(shù)比較，選取合適方案。

3.1 方案1：壩體全段高壓旋噴樁防滲、兩壩肩壩基帷幕灌漿

在壩頂樁號(hào)B0+08.7～B0+176沿軸線布設(shè)旋噴孔1排，排間距0.5 m，共370孔，灌漿孔應(yīng)采用由疏到密的原則，分2序施工，第1孔距1.0m，第2孔距0.5m，旋噴樁的底部深入壩基層面以下1m，頂部高程61.0～63.0m。總進(jìn)尺寸7360m。兩壩肩壩基布設(shè)帷幕灌漿孔1排，總長(zhǎng)度74.7m，間距2.0 m，共36孔，施工時(shí)應(yīng)采用由疏到密的原則，分2序施工，第1孔距4.0m，第2孔距2.0m。壩基帷幕灌漿伸入相對(duì)不透水層（q＜10Lu）以下2m，總進(jìn)尺寸144m。

3.2 方案2：迎水坡土工膜防滲、兩端壩體高壓旋噴樁防滲、壩基帷幕灌漿

在高程53.0m以下采用旋噴樁防滲，處理范圍為樁號(hào)0+030～0+150，布設(shè)旋噴孔1排，間距0.5m，共240孔，施工時(shí)應(yīng)采用由疏到密的原則，分兩序施工，第1序孔距1m，第2序孔距0.5m。旋噴樁的底部深入壩基層面以下1m，頂部高程為53.0m?？傔M(jìn)尺寸2400m。

拆除高程53.0m以上迎水坡原有干砌塊石護(hù)坡，重新翻砌迎水坡，并鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲，復(fù)合土工膜底部高程53.0m，頂部高程為63.0m。護(hù)坡由上到下依次為：干砌塊石護(hù)坡厚30cm，砂碎石墊層厚15cm，砂墊層厚15cm，復(fù)合土工膜600g/m2，砂墊層厚15cm，復(fù)合土工膜連接采用熱熔焊，搭接寬度20cm。

為了閉合整個(gè)防滲，在壩頂樁號(hào)0+08.7～0+035、0+145～0+176壩軸線布設(shè)旋噴孔1排，總長(zhǎng)度74.7m，間距0.5m，共150孔，施工時(shí)應(yīng)采用由疏到密的原則，分2序施工，第1孔距1.0m，第2孔距0.5m。旋噴樁的底部深入壩基層面以下1m，頂部高程53.0～63.0m?？傔M(jìn)尺寸1500m；兩壩肩壩基布設(shè)帷幕灌漿孔1排，總長(zhǎng)度74.7m，間距2.0m，共38孔，施工時(shí)應(yīng)采用由疏到密的原則，分2序施工，第1孔距4.0m，第2孔距2.0m。壩基帷幕灌漿伸入相對(duì)不透水層（q＜10Lu）以下2m，總進(jìn)尺寸228m。在壩頂樁號(hào)0+035～0+145壩軸線布設(shè)充填式灌漿孔1排，總長(zhǎng)度110.0 m，共75孔，灌漿孔應(yīng)采用由疏到密的原則，分3序施工，第1孔距6.0m，第2孔距3.0m，第3孔距1.5m，灌漿的底部深入壩基層面以下1m（即高程52.0m），共進(jìn)尺寸825m，防滲方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如表1。

表1 防滲方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

方案1可在汛期施工，施工方便容易，工程投資大。方案2工程投資較少，但施工需拆除迎水坡原護(hù)坡，施工進(jìn)度慢，必須選擇非汛期施工?？紤]到施工方便，且水庫(kù)是惠安縣供水水源之一，有著特殊地理位置，因此采用方案1進(jìn)行防滲處理。

4 工程實(shí)施

根據(jù)防滲方案比較，采用方案1：壩體全段高壓旋噴樁防滲、兩壩肩壩基帷幕灌漿。壩基帷幕灌漿伸入相對(duì)不透水層（q＜10Lu）以下2m。

4.1 單管高壓旋噴

4.1.1 鉆孔

首先把鉆機(jī)對(duì)準(zhǔn)孔位，用水平尺掌握機(jī)身水平，墊穩(wěn)、墊牢、墊平機(jī)架。控制孔位偏差不大于1～2cm。鉆孔伸入壩基1.0m。鉆進(jìn)過(guò)程要記錄完整，終孔要經(jīng)值班技術(shù)人員簽字認(rèn)可。孔斜率小于0.1%。

4.1.2 下噴射管

將噴射管下放到設(shè)計(jì)深度，下管與鉆孔兩道工序可合二而一。為防止噴嘴堵塞，可采用邊低壓送漿，邊下管的方法。

4.1.3 漿液

噴射漿液采用黏土水泥漿，黏土和水泥重量比為1∶1，緩凝劑為水泥重量的1%，水與干料比為0.8∶1，漿液密度不小于1.5g/cm3。水泥采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5的普通硅酸鹽水泥；黏土應(yīng)選擇塑性指數(shù)8～15，黏粒含量20%～45%，粉粒含量40%～50%，沙粒含量10%以?xún)?nèi)，有機(jī)質(zhì)含量小于2%，可溶鹽小于8%。

4.1.4 噴射灌漿

當(dāng)噴射管下到設(shè)計(jì)深度后，噴射灌漿參數(shù)達(dá)到規(guī)定值后，即可噴射注漿。黏土水泥漿通過(guò)高壓泥漿泵形成高壓黏土水泥漿，以超過(guò)20MPa的灌漿壓力，通過(guò)噴射管由噴嘴向土中噴射，噴射管一邊旋轉(zhuǎn)，一邊向上提升，噴射的黏土水泥漿一邊切削四周土體，一邊與土體攪拌混合，形成圓柱狀的水泥與土混合的加固體即旋噴樁。

4.1.5 沖洗

高壓噴射灌漿完畢，把噴射管等機(jī)具沖洗干凈，管內(nèi)機(jī)內(nèi)不得殘存漿液。通常把漿液換成水，在地面上噴射，以便把泥漿泵、噴射管內(nèi)的漿液全部排出。

4.1.6 移動(dòng)機(jī)具

把鉆機(jī)等機(jī)具設(shè)備移到新孔位上。

4.2 壩基帷幕灌漿、壩體黏土灌漿

4.2.1 造孔

造孔采用XJ-100A型鉆機(jī)，鉆孔直徑110mm，終孔直徑75mm。采用干法造孔，底部進(jìn)入相對(duì)不透水層（q＜10Lu）下2m。

4.2.2 漿液

強(qiáng)風(fēng)化層壩基采用帷幕灌漿，漿液采用純水泥漿，水灰比為1∶1，相對(duì)密度不小于1.45。

4.2.3 灌漿

采用充填式灌漿，由上而下，下套管分段灌注方法，段長(zhǎng)5～10m。灌漿壓力在孔口控制在0.5kg/cm2（即4.9×104Pa）左右，灌漿時(shí)先灌稀漿，再灌稠漿，直到全孔不再吃漿或達(dá)到規(guī)定壓力，持續(xù)半小時(shí)即可封孔，但應(yīng)適當(dāng)增加復(fù)灌次數(shù)。

4.2.4 灌漿探井效果檢查

灌漿結(jié)束后，隨機(jī)挖深2.0m，長(zhǎng)3.0m，寬1.0m的探井2個(gè)，取樣檢測(cè)防滲漿體的厚度、連續(xù)性及抗?jié)B指標(biāo)。漿體厚度不小于15cm，漿體干密度不小于1.6 g/cm3，漿體水平滲透系數(shù)小于10-5cm/s。

4.3 大壩壩頂、上游、下游壩坡整修

結(jié)合壩頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和上下游邊坡整治美化要求，將上游坡正常高水位以上至壩頂?shù)膲K石護(hù)坡在鋤草后，采用M10砂漿勾縫處理。

全面清除背水坡雜草等野生植物，并按原坡夯實(shí)整平。背水坡采用鋪設(shè)草皮護(hù)坡。排水設(shè)施采用M7.5 漿砌塊石排水溝0.5m×0.5m ，沿兩壩肩及背水坡平臺(tái)布置，總長(zhǎng)度251m；路肩采用M7.5 漿砌條石，對(duì)防浪墻進(jìn)行拆除重新砌筑，采用M7.5 漿砌條石，壩頂夯實(shí)整平并培土加厚50cm，設(shè)計(jì)補(bǔ)充草皮面積200m2，補(bǔ)充砂壤土回填量440m3。

4.4 完成防滲加固時(shí)間、加固后壩體滲流及穩(wěn)定安全復(fù)核

大壩加固后大壩滲流成果如表2，加固后壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果如表3。

表2 加固后大壩滲流成果

表3 大壩加固后壩坡的穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

從表2滲流理論計(jì)算成果可知，各工況下，壩體滲流量均較小、出逸坡降均滿足規(guī)范要求。

從表3可知，在正常運(yùn)用條件下壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)應(yīng)不低于1.25，非正常運(yùn)用I條件下壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)應(yīng)不低于1.15，大壩滲流及穩(wěn)定安全系數(shù)均能滿足規(guī)范規(guī)定的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）防滲工程施工期間，在確保螺城鎮(zhèn)的灌溉，又不影響工程施工，取得了較好成效。

（2）在做好防滲加固同時(shí)又結(jié)合壩頂結(jié)構(gòu)施工和上下游坡整治進(jìn)行綠化。將上游正常蓄水位以上至壩頂?shù)膲K石護(hù)坡在除草后，采用M10砂漿勾縫處理。全面清除背水坡雜草，并按原坡夯實(shí)整平，既起到水土保持作用，又美化了環(huán)境。

（3）由于采用方案1較好的防滲技術(shù)方案，對(duì)梅山水庫(kù)防滲工程的加固，工程進(jìn)度順利，工程質(zhì)量得到保證，取得了良好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。