水庫大壩灌漿施工技術(shù)及其防滲加固策略

張 君

許多水庫大壩因為修建的時間較早，而且受到各方面因素的影響，水庫工程的設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)較低，施工質(zhì)量較差，各方面的建設(shè)管理相對較為落后，造成水庫運行過程中出現(xiàn)的問題較多，發(fā)生事故的幾率相應(yīng)增加。導(dǎo)致水庫發(fā)生安全事故的原因較多，比如防洪標(biāo)準(zhǔn)較低、工程質(zhì)量較差、管理不善、設(shè)備長時間失修等。發(fā)生安全事故后，會嚴(yán)重威脅到人們的生命財產(chǎn)安全，對水庫大壩進(jìn)行除險加固顯得尤為必要。隨著社會的不斷發(fā)展，水利工程的各項技術(shù)規(guī)范不斷完善，工程施工中所使用的機械設(shè)備也在不斷更新，國內(nèi)對于病險水庫的除險加固工作越來越重視，根據(jù)水庫大壩的運行規(guī)模，選擇經(jīng)濟有效的除險加固方案，對于水庫大壩的安全運行具有重要的現(xiàn)實意義。

一、國內(nèi)水庫大壩灌漿施工技術(shù)以及防滲加固技術(shù)分析

1.地下連續(xù)墻施工工藝

使用液壓抓斗或者沖擊鉆機等機械設(shè)備，在大壩的壩體中進(jìn)行施工，以泥漿等施工材料對其進(jìn)行造孔成槽。在成槽結(jié)束后需要在槽孔埋設(shè)導(dǎo)管，向孔內(nèi)灌注混凝土，形成類似墻形的建筑物體。連續(xù)墻分段施工時，需要進(jìn)行分段分序施工，槽孔施工完成后形成一個強段，強段完成后，將強段連接在一起，形成一個完整的大壩防滲體系，對大型以及中型的水庫中能夠起到一定的除險加固效果，但是成本較高，施工的工序較多，對技術(shù)要求也較高。

2.深層攪拌樁防滲墻技術(shù)

用水泥漿作為凝結(jié)劑材料，使用一些特殊的機械進(jìn)行強制攪拌，鉆進(jìn)大壩的土體中，在攪拌的過程中需要將準(zhǔn)備好的水泥漿通過固定的設(shè)備噴出，讓水泥漿能夠與土體形成混合，在不斷的攪拌中凝結(jié)成水泥土墻體。該墻體具有一定的厚度和較好的防滲性能，施工工藝簡單，施工成本較低，比較適用于壩高較小的水庫。

3.高壓噴射灌漿技術(shù)

使用地質(zhì)鉆機設(shè)備在壩體中進(jìn)行施工，施工到一定的高程時，安裝注漿管，然后使用高壓泥漿泵讓其形成高壓射流，從噴嘴的注漿管中噴射出高壓射流，對土體進(jìn)行沖擊。高壓射流與被沖擊的土體進(jìn)行混合，經(jīng)過返漿和沉淀后需要進(jìn)行重新排列，形成一個新的水泥墻體，具有較好的防滲效果。該項技術(shù)施工工序簡單，容易操作。

4.帷幕灌漿

帷幕灌漿施工技術(shù)需要采用地質(zhì)鉆機在大壩壩基巖石中進(jìn)行鉆孔，鉆孔完畢后需要采用特定的壓力設(shè)備進(jìn)行灌漿，形成防滲帷幕。防滲帷幕需要具備不透水性，帷幕灌漿防滲工藝比較適用于一些特殊的巖層中，能夠達(dá)到200m的深度，在我國的大中型水庫除險加固中使用頻率較高，一般應(yīng)用于壩基巖石滲漏的處理工程中。

二、工程概況

1.水庫大壩現(xiàn)狀

某水庫大壩距離城鎮(zhèn)約4km，水庫的流域面積為53km2，總庫容1045萬m3，以1000年一遇的洪水校核為防洪標(biāo)準(zhǔn)，洪水的設(shè)計水位為30.5m，正常的蓄水位為29.5m，是一座以灌溉為主、兼顧防洪和養(yǎng)殖的小型水庫。

2.水庫大壩安全復(fù)核

對護坡進(jìn)行計算，由波浪的壓力大小確定護坡塊石的粒徑和厚度。塊石在波浪壓力的作用下需要的直徑計算公式可以表示為：

D—換算球形直徑。

表面砌石在局部波的壓力作用下需要的直徑計算結(jié)果為：

D50—石塊的平均粒徑；Kt—坡率變化的系數(shù)；ρk，ρw—塊石的密度和水的密度；hρ—波高。

圖1 混凝土防滲墻施工平臺結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 大壩0+150斷面校核洪水位等勢線圖

經(jīng)過計算，得到安全復(fù)核的結(jié)論。護坡塊石的厚度為0.21m，符合相關(guān)的規(guī)范要求，塊石砌縫也符合相關(guān)要求，但是在局部容易出現(xiàn)松動的情況。護坡石的亂石層并不符合相關(guān)的級配要求，但是由于亂石的墊層較厚，在長期的運行下，大壩的土體并未發(fā)生墊層的現(xiàn)象，因此，只需要對上游的干砌塊石進(jìn)行翻修即可。

三、水庫大壩除險加固的方案設(shè)計

1.方案擬定

大壩的壩頂高程為195.2～195.5m，但是在壩體的185.5～186.2m高程處存在砂礫碎石，其滲透的系數(shù)不符合防滲要求。大壩的壩體建筑質(zhì)量較差，壓實度與滲透系數(shù)不符合規(guī)范要求。針對這些問題，需要擬定水庫大壩防滲加固處理方案。

采用混凝土防滲墻作為水庫大壩的防滲加固處理方案?；炷练罎B墻的軸線位于上游2.1m處，墻頂為196.82m，高于校核的洪水標(biāo)準(zhǔn)，墻底嵌入基巖中。大壩的樁號為0-005～0+081厚400m，為了能夠提高其適應(yīng)變形的能力，需要對墻身進(jìn)行混凝土塑形施工。在進(jìn)行防滲墻施工之前，要先沿著軸線的位置進(jìn)行設(shè)置，并壩基巖石上進(jìn)行帷幕灌漿施工?；炷练罎B墻施工方案施工簡單，防滲效果好，近年來得到快速發(fā)展，具有較高的可靠性，比較適合工程實際情況。

2.水庫大壩除險加固設(shè)計

（1）基巖帷幕灌漿

壩基基巖主要為灰?guī)r，受到斷層的影響，將壩基巖的滲漏進(jìn)行分段設(shè)計，大壩樁號為0+311～溢洪道，主要以白云質(zhì)灰?guī)r為主；大壩樁號為0+000～0+280屬于含有燧石的灰?guī)r，巖溶發(fā)育較為活躍；大壩樁號為0+080～0+311受到斷層的影響，整個局部呈現(xiàn)蜂窩狀，上述都是屬于中等透水，具有極強的透水性，是壩基出現(xiàn)滲漏的主要通道。對其進(jìn)行核算后發(fā)現(xiàn)大壩的滲漏量較大，但是該水庫的庫容較小，水資源極為珍貴，因此需要根據(jù)壩基的實際情況進(jìn)行防滲處理，對一些中等的透水部分進(jìn)行水泥帷幕灌漿。

（2）混凝土防滲墻

大壩的壩體滲透系數(shù)為6.83×10-6～5.89×10-3cm/s，壓實度范圍為0.83～1.00，質(zhì)量較差，高水位的條件下存在一定的安全隱患，并且沼澤化較為嚴(yán)重，需要對壩體以及壩基進(jìn)行混凝體防滲墻的處理。將防滲墻的軸線設(shè)置在中心線的上游位置，盡量與巖基的灌漿軸線重合，墻底的高程設(shè)置為192.5m。塑性混凝土防滲墻效果較好，對壩體變形具有一定的適應(yīng)性，因此該工程的混凝土防滲墻采用塑性混凝土進(jìn)行施工。施工中要控制混凝土防滲墻的墻體厚度，同時還要考慮到墻體的使用壽命。墻體的允許水力受到材料的影響，存在一定的變化，塑性混凝土防滲墻的防滲效果較好，在進(jìn)行施工時要充分考慮到工程的地質(zhì)情況以及墻體的使用壽命，將防滲墻的墻體厚度設(shè)置為樁號0-005～0+081厚400m。在施工之前，要先對其進(jìn)行成墻實驗，檢查墻體是否具有一定的完整性，并確定其技術(shù)參數(shù)。防滲墻施工需要有施工平臺，其平臺的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

（3）壩頂設(shè)計

壩頂總寬設(shè)置為7.5m，按照二級公路的設(shè)計要求，采用瀝青鋪設(shè)路面，其中壩頂?shù)纳嫌涡枰O(shè)置防浪墻，采用M10的漿砌標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行砌筑，墻帽為細(xì)料石，壩頂?shù)南掠卧O(shè)置路緣石，并將其設(shè)置為A級。

四、水庫大壩除險加固的效果評價

對大壩0+150斷面的形態(tài)分布進(jìn)行分析，如圖2所示。

對水庫大壩采用防滲墻以及帷幕灌漿防滲技術(shù)進(jìn)行加固后，水庫大壩中的壩體滲漏量明顯減少，壩體的最大滲漏量也達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)，防滲透效果非常明顯，符合規(guī)范要求。

五、結(jié)語

針對不同的病險水庫，需要根據(jù)水庫實際的運行情況合理選擇灌漿技術(shù)以及防滲加固技術(shù)。上述設(shè)計方案中所采用的混凝土防滲墻技術(shù)，能夠起到較好的防滲加固效果，壩體和壩基的滲漏量明顯減少，防滲效果明顯，并且符合規(guī)范要求，對于水庫的安全運行具有十分重要的保障作用■