振動(dòng)沉模組合防滲技術(shù)在五里峽水庫防滲墻中的應(yīng)用

林智艷

(遼寧省桓仁滿族自治縣水務(wù)局，遼寧 桓仁 117200)

防滲板墻作為水庫大壩除險(xiǎn)加固垂直防滲的主要工程措施，通過置換、填充、擠密和化學(xué)作用等手段，在壩體內(nèi)部形成具備截水、阻水等功能的防滲帷幕墻，以消除大壩病險(xiǎn)安全隱患，恢復(fù)水庫蓄水灌溉、引水發(fā)電、城市供水等功能[1]。對(duì)于中小型土石壩薄(超薄)防滲板墻而言，因其地質(zhì)條件復(fù)雜、施工作業(yè)場(chǎng)地狹窄、工程量較小和工程投資少等影響，傳統(tǒng)防滲墻技術(shù)及施工工藝很難實(shí)現(xiàn)成槽、護(hù)壁和澆筑一次性成墻，工程投資經(jīng)濟(jì)效益也不高。鑒于此，本文結(jié)合五里峽水庫粘土心墻土石壩特點(diǎn)，探討振動(dòng)沉模和高噴灌漿相結(jié)合的組合防滲技術(shù)，在保證土石壩薄防滲板墻具有較高施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提高施工工效，降低防滲工程綜合投資。

1 振動(dòng)沉模防滲墻施工技術(shù)

振動(dòng)沉模是針對(duì)中小型水庫壩高較低土石壩防滲墻工程中，傳統(tǒng)施工技術(shù)可能存在施工機(jī)械設(shè)備龐大致作業(yè)平臺(tái)難布置、槽孔間接縫難處理、斷墻開叉、施工工效低和工程造價(jià)高等問題，由山東水科院研究開發(fā)的新型防滲墻施工技術(shù)，通過雙模板交叉施工可實(shí)現(xiàn)無接縫、不開叉、一次連續(xù)平整成墻，成墻厚度為8～25 cm，可實(shí)現(xiàn)薄(超薄)防滲墻成墻，在20 m深度范圍內(nèi)具有明顯經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，非常適用于地層相對(duì)較復(fù)雜、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求較低、壩高低于20 m的中小型土石壩除險(xiǎn)加固工程[2]。

振動(dòng)沉模防滲墻施工主要設(shè)備包括壓模系統(tǒng)和注漿系統(tǒng)兩部分，目前，我國(guó)水利工程領(lǐng)域主要以“雙模板振動(dòng)沉?！睘橹?，其施工程序?yàn)椋孩?通過機(jī)械式振動(dòng)錘將模板A沉入到設(shè)計(jì)深度土層中；② 緊挨著上一模板A將模板B沉入土層中；③ 向壓入模板A內(nèi)部灌注漿液，并振動(dòng)提升模板A；④ 啟動(dòng)步履式樁機(jī)沿防滲軸線前移，并再次壓入模板A；⑤ 向壓入模板B內(nèi)部灌注漿液，并振動(dòng)提升模板B；⑥ 啟動(dòng)步履式樁機(jī)沿防滲軸線前移，并再次壓入模板B，如此循環(huán)直至完成整道防滲墻的施工。雙模板振動(dòng)沉模防滲墻施工程序如圖1所示。

圖1 雙模板振動(dòng)沉模施工程序示意

2 振動(dòng)沉模防滲加固應(yīng)用實(shí)例

2.1 大壩病險(xiǎn)現(xiàn)狀

五里峽水庫位于太白縣桃川鎮(zhèn)境內(nèi)，修建于1972年，1975年由于歷史政治原因暫停施工，1978年續(xù)建并與1980年投運(yùn)。水庫控制流域面積為13.66 km2，正常蓄水位為832.50 m，總庫容為628.65×104m3，庫底高程為809.30 m。大壩為粘土心墻土石壩，壩軸線長(zhǎng)為268.5 m，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉兼顧發(fā)電、農(nóng)村安全供水等綜合利用的小(1)型水庫。五里峽水庫已建成投運(yùn)近40 a，由于工程建設(shè)中的設(shè)計(jì)、施工等原因影響以及幾十年服役，大壩存在滲漏、局部坍塌等病險(xiǎn)問題。雖歷經(jīng)1988年和2005年的加固補(bǔ)強(qiáng)處理，但也僅停留在局部壩體充填灌漿、壩肩防滲灌漿等，尚未進(jìn)行全面系統(tǒng)的安全評(píng)估與鑒定，防滲處理效果均不佳，大壩病險(xiǎn)問題未全面查清且呈惡化趨勢(shì)。2016年，現(xiàn)場(chǎng)踏勘及鉆取芯樣試驗(yàn)室分析可知：大壩滲漏主要原因是由于壩基清基不徹底、填筑材料質(zhì)量差及夯實(shí)密實(shí)度低等因素引起。壩基直接置于強(qiáng)風(fēng)化巖體上且未對(duì)裂縫發(fā)育基巖面進(jìn)行灌漿防滲處理，大壩壩體和壩基存在嚴(yán)重滲漏問題，被鑒定為3類壩，不滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。水庫正常灌溉、供水和發(fā)電功能得不到正常發(fā)揮，急需采取合理防滲措施進(jìn)行大壩病險(xiǎn)處理，確保水庫運(yùn)行安全。

2.2 振動(dòng)沉模防滲加固方案

強(qiáng)風(fēng)化巖基、填筑質(zhì)量差和壩體夯實(shí)密實(shí)度低等是造成五里峽水庫大壩壩基及壩體滲漏的主要原因，尤其是高水位運(yùn)行工況條件下，壩體滲漏及繞壩滲漏問題尤為嚴(yán)重。大壩滲漏、裂隙射流、濕坡等直接威脅到大壩的運(yùn)行安全。根據(jù)大壩工程特性及病險(xiǎn)現(xiàn)狀，壩基及壩體防滲加固處理擬定3種方案進(jìn)行對(duì)比分析和選擇(見表1所示)。

表1 壩基及壩體防滲加固方案比選

從表1可知，高壓旋噴樁施工技術(shù)難度較大，需要專業(yè)施工隊(duì)伍進(jìn)行施工，施工中容易造成環(huán)境污染，防滲墻成墻成本較高；劈裂灌漿能有效處理上下游存在貫通橫縫的壩體病險(xiǎn)問題，但由于劈裂灌漿施工工藝影響，施工中對(duì)壩體結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較大，且施工工期較長(zhǎng)，防滲墻成墻后耐久性略差；雙模板振動(dòng)沉模利用A、B板交叉施工，具有施工速度快、功效高等優(yōu)點(diǎn)，且振動(dòng)沉默采用激振錘形成激振力將模板振入土層中，通過灌注漿液形成防滲板墻，成墻效果好、防滲質(zhì)量高，無污染[5]。同時(shí)，采用高壓旋噴處理壩體與壩基接觸帶，能有效解決振動(dòng)沉模難深入壩基相對(duì)不透水層的問題。

考慮五里峽水庫土石壩最大壩高26.5 m，而壩基破碎巖體深約為1.9 m，防滲板墻較薄僅為20 cm。通過振動(dòng)沉模與高壓旋噴相配合，利用振動(dòng)沉默處理壩體中上部滲漏問題，而壩基及壩體下部接觸帶則采用高壓旋噴灌漿形成防滲帷幕阻斷滲漏通道，可充分融合兩種施工技術(shù)優(yōu)勢(shì)，一次形成連續(xù)、完整的垂直防滲體，防滲效果好，投資較省。因此，優(yōu)選方案1(雙模板振動(dòng)沉模+高壓旋噴灌漿)對(duì)五里峽土石壩進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理(如圖2所示)。

圖2 土石壩振動(dòng)沉模防滲加固方案示意

因五里峽水庫土石壩最大壩高僅為26.5 m，防滲幕墻需貫穿壩頂至壩基且厚度僅為20 cm，經(jīng)與高壓旋噴樁和劈裂灌漿等施工技術(shù)對(duì)比分析，設(shè)計(jì)優(yōu)選雙模板振動(dòng)沉模與高壓旋噴灌漿相結(jié)合的防滲加固方案，即：壩體中上部(815.80～835.80 m共20 m)采用雙模板振動(dòng)沉模技術(shù),按原粘土防滲心墻軸線施工防滲墻，厚為20 cm；壩體與壩基接觸帶及嵌入基巖以下2.5 m范圍內(nèi)(總高為10 m，厚為5～30 cm)采用高壓噴射灌漿形成防滲帷幕，以提高壩基承載力和防滲性能；高噴灌漿防滲墻頂部與振動(dòng)沉模底部間搭接長(zhǎng)度為1 m。

3 土石壩防滲加固修復(fù)效果分析

五里峽水庫粘土心墻土石壩壩基與壩體接觸帶 10 m范圍內(nèi)高噴灌漿施工結(jié)束后，即進(jìn)入壩體中上部振動(dòng)沉模薄防滲墻施工，歷時(shí)58 d，共完成板墻(厚為20 cm)面積為2 155.8 m2。防滲板墻施工結(jié)束后，采用圍井鉆孔壓水和取芯樣室內(nèi)試驗(yàn)等方法進(jìn)行墻體施工質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)主要內(nèi)容包括：防滲墻體外觀觀察、抗壓強(qiáng)度檢測(cè)和滲透系數(shù)檢測(cè)。根據(jù)大壩整體布置在典型部位設(shè)置4處圍井，其鉆孔取芯樣外觀觀察及齡期 7 d試驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果(見表2所示)。

表2 防滲墻體取芯樣檢測(cè)結(jié)果

鉆孔取芯樣外觀觀察，防滲施工后在壩體內(nèi)部形成一道寬20 cm，表面光滑、連續(xù)完整的防滲板墻帷幕，振動(dòng)沉模兩板間未出現(xiàn)開縫、錯(cuò)位等現(xiàn)象。4組芯樣試驗(yàn)檢測(cè)，其抗壓強(qiáng)度平均值為3.61～5.88 MPa，滲透系數(shù)為0.46×10-7～0.73×10-7cm/s，均滿足設(shè)計(jì)要求的“≥3 MPa和≤1×10-7”的技術(shù)指標(biāo)。防滲板墻的施工建設(shè)，有效阻斷壩基及壩體滲漏通道，滲流量明顯減少。同時(shí)，施工中也進(jìn)一步擠密大壩土石體，后期土石體回彈作用可以加強(qiáng)壩體原填筑材料與防滲板墻間的結(jié)合度，壩體整體抗?jié)B性能得到提高，防滲加固修復(fù)效果顯著。

4 結(jié)語

為解決五里峽水庫粘土心墻土石壩除險(xiǎn)加固工程中，壩基至壩頂需貫穿防滲，防滲深度較深、防滲板墻薄等問題，綜合考慮大壩病險(xiǎn)現(xiàn)狀及施工技術(shù)優(yōu)勢(shì)，探討壩基接觸帶采用高噴灌漿與壩體采用振動(dòng)沉板相結(jié)合的組合防滲結(jié)構(gòu)。經(jīng)2種防滲施工技術(shù)優(yōu)勢(shì)融合，大壩整體防滲性能得到提高，取得較好防滲效果和投資經(jīng)濟(jì)效益。主要研究結(jié)論如下：

1)振動(dòng)沉模相對(duì)高壓旋噴樁和劈裂灌漿，具有地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、施工工效高和投資較省等優(yōu)點(diǎn)，較適用于防滲板墻厚度薄(30 cm以下)、防滲深度淺(20 m以下)的土石壩防滲工程，技術(shù)可行性較高且經(jīng)濟(jì)性優(yōu)越。

2)根據(jù)五里峽水庫粘土心墻土石壩病險(xiǎn)現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)優(yōu)選壩基高噴灌漿和壩體振動(dòng)沉模相結(jié)合的組合防滲結(jié)構(gòu)，通過在壩基及壩體內(nèi)部構(gòu)筑連續(xù)、完整防滲幕墻，有效阻斷壩基和壩體滲漏通道，提高壩基承載力和整體防滲性能。

3)鉆孔取芯樣測(cè)試結(jié)果表明：防滲墻體連續(xù)完整，大壩土石體壓實(shí)度得到有效提高，抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，防滲加固修復(fù)效果好、投資經(jīng)濟(jì)效益高，具有較好的推廣應(yīng)用前景。