五里坡土石壩薄防滲墻組合防滲技術(shù)應(yīng)用

(德州市水文中心，山東 德州 253000)

除險加固是水庫提高防洪標準、提升防災(zāi)減災(zāi)能力的重要工程舉措?！笆奈濉逼陂g，水利部計劃到2025年底完成現(xiàn)有1.88萬座小型水庫除險加固任務(wù)，確保水庫安全運行。滲漏是中小型水庫常見的病險問題，而防滲墻是小型水庫大壩除險加固整治中重要的截滲防滲手段[2]。薄(超薄)防滲墻作為一種可靠的垂直防滲設(shè)施，具有工程量小、造價低、防滲效果好等優(yōu)點，在小型水庫土石壩除險加固工程中具有非常好的應(yīng)用效果。目前，水利工程中常用薄(超薄)防滲墻施工技術(shù)較多，各有其適應(yīng)性和弊端，單一防滲技術(shù)很難兼顧技術(shù)、經(jīng)濟等多方面因素。因此，結(jié)合工程特性選擇2種或多種防滲技術(shù)，通過相互間優(yōu)勢互補形成與工程實際相匹配、經(jīng)濟實用的組合防滲體系，合理消除水庫病險問題，恢復(fù)其興利減災(zāi)效益尤為重要。

1 工程概況

五里坡水庫建于1965年3月，建設(shè)中由于各種原因不間斷停工2次，于1972年2月竣工。大壩為均質(zhì)土壩，建基面高程228.30m，最大壩高29.80m。由于工程屬于典型“三邊”工程，加上建設(shè)中設(shè)計、施工、質(zhì)量監(jiān)管等原因，原壩基直接置于強風化巖石上，防滲深度未達到相對不透水深度，工程蓄水試運行期間就存在局部滲漏問題，雖采取局部防滲處理，但整體效果不明顯，導(dǎo)致降低水位運行。2016年，對大壩進行全面安全鑒定，開挖揭露大壩存在壩基面清理不徹底、壩基防滲未達相對不透水層、壩體及壩基滲漏嚴重等問題，嚴重威脅到水庫大壩的正常運行，鑒定為三類壩，急需采取合理除險加固措施，消除大壩病險隱患。

2 防滲加固技術(shù)比選

土石壩除險加固過程中，要考慮防滲技術(shù)的適應(yīng)性、防滲深度和工程投資等因素，優(yōu)選與工程較匹配的防滲加固技術(shù)方案，確保工程高效優(yōu)質(zhì)地施工建設(shè)。該水庫由于大壩施工時，筑壩材料選擇不佳、施工質(zhì)量控制不嚴和工程技術(shù)標準偏低等，存在透水層滲漏嚴重等問題。為優(yōu)選出與大壩病險現(xiàn)狀相匹配的技術(shù)性和經(jīng)濟性均較優(yōu)的防滲方案，根據(jù)五里坡水庫大壩病險現(xiàn)狀，結(jié)合同類型壩除險加固經(jīng)驗，擬定3種方案進行比選(見表1)。

表1 壩體防滲方案比選

從表1可知，方案二，防滲土工膜與兩壩肩、壩基結(jié)合可靠性較差，且與高壓旋噴樁間的搭接質(zhì)量控制和整體防滲效果難以保證；方案三，雖然劈裂灌漿和高壓旋噴可以形成連續(xù)防滲墻，但劈裂施工對壩體擾動較大、防滲墻耐久性不佳且綜合成本較高。相比之下，方案一，振動沉模不僅施工工效高且能無接縫形成連續(xù)密實防滲墻，同時不污染環(huán)境，防滲效果及經(jīng)濟性好。另外，采用高噴灌漿將防滲墻體深入基巖，有效解決振動沉模難達壩基相對不透水層的缺點，實現(xiàn)對壩基與壩體填筑土間接觸滲漏的有效切斷[5]。

綜上分析，方案一具有防滲施工技術(shù)可行、防滲效果好、綜合投資較優(yōu)等優(yōu)點，推薦采用“振動沉模+高壓旋噴”相結(jié)合的組合防滲技術(shù)進行大壩滲漏除險加固修復(fù)。

3 壩體組合防滲除險加固技術(shù)應(yīng)用

3.1 防滲加固方案

根據(jù)大壩病險現(xiàn)狀，優(yōu)選“振動沉模+高壓旋噴”組合防滲方案。振動沉模防滲板墻采用激振錘將A、B兩塊矩形鋼板樁交叉振入壩體內(nèi)部，達到預(yù)設(shè)深度后利用泥漿泵將防滲漿液灌入鋼板樁內(nèi)，邊灌漿邊交叉提升A、B鋼板樁，最終與壩體形成一面連續(xù)的防滲墻板[6](見圖1)。

振動沉模防滲板墻施工技術(shù)，非常適用防滲深度低于20m、防滲板墻厚8～20cm的薄(超薄)混凝土板墻工程，但其難以達基巖相對不透水層也是防滲工程中必須考慮的問題。根據(jù)除險加固大壩最大壩高29.80m，存在壩體滲漏、繞壩滲漏等問題，防滲板墻設(shè)計從壩頂一直貫穿到壩基相對不透水層，即：沿著壩軸線上半部20m范圍內(nèi)布置振動沉模，壩基、壩肩間則采用高壓旋噴，將防滲帷幕深入到壩基相對不透水層(3m以上)及兩壩肩(2m以上)范圍(見圖2)。

圖1 振動沉模灌漿工藝

圖2 “振動沉模+高壓旋噴”組合防滲方案

按施工工序，壩體上段采用振動沉模，下段采用高噴灌漿，搭接長度為1m。從壩頂往下20m范圍內(nèi)采用振動沉模技術(shù)進行全壩段灌漿，防滲板墻厚15cm；下部13.8m(嵌入基巖3m)則采用高壓旋噴施工防滲墻，厚10～25cm。帷幕灌漿按單排布置，孔距為1.5m。灌漿漿液配合比為水 ∶水泥 ∶粉煤灰 ∶砂=0.56 ∶1 ∶1 ∶2。帷幕防滲墻28d齡抗壓強度為4MPa，彈性模量為2×103MPa。

3.2 防滲加固修復(fù)效果分析

防滲板墻灌漿結(jié)束60天后，對防滲板墻開挖進行外觀檢查，即：根據(jù)大壩整體布置在典型部位挖3個探坑(深2.0m×長3.0m×寬1.0m)。開挖揭露，振動沉模形成的防滲板墻連續(xù)性、平整度、完整性均較好，漿液與壩體固結(jié)密實可靠，無接縫、無斷板和開叉等缺陷，沉模灌漿縫貫通到壩頂頂部，厚度較均勻為20mm左右，灌漿鋼樁孔間漿脈搭接在92%以上，成墻質(zhì)量好。

為進一步檢測防滲板墻的綜合防滲效果，通過施工過程中留取試塊和非利用段鉆孔取芯樣，對防滲墻體特性參數(shù)進行試驗室檢測，結(jié)果見表2。

表2 防滲板墻鉆孔取芯樣檢測結(jié)果

從表2可知，鉆孔取芯樣檢測的28d滲透系數(shù)最大值為0.82×10-7，滿足不大于1×10-7要求；抗壓強度最小值為6.8MPa，滿足不小于4MPa要求；彈性模量最小值為3.98×103MPa，滿足不小于3×103MPa要求。防滲板墻的28d滲透系數(shù)、抗壓強度和彈性模量等指標，均滿足設(shè)計技術(shù)指標要求。通過振動沉模和高壓旋噴灌漿施工，大壩壩體、壩基和壩肩等部位的裂隙、空洞等滲漏通道得到有效充填，壩體滲漏、繞壩滲漏等得到有效處理，防滲加固效果良好。

4 結(jié) 論

采用“振動沉模+高噴灌漿”組合防滲體系，通過防滲技術(shù)間的優(yōu)勢互補，有效解決了五里坡水庫土石壩薄(超薄)防滲板墻墻板厚度小、防滲深度大和難以達到壩基基巖相對不透水層等問題。組合防滲體系綜合發(fā)揮了振動沉模在薄(超薄)防滲板墻施工中的施工工效高、防滲效果及經(jīng)濟性好、無污染等優(yōu)點。同時，結(jié)合高壓旋噴灌漿，克服了振動沉模防滲深度小、難達基巖相對不透水層等缺點。采用“振動沉模+高噴灌漿”組合防滲體系，在五里坡水庫土石壩壩體、壩基和壩肩等部位形成了一道連續(xù)性、平整度、完整性均較好的垂直防滲體，有效阻斷了裂隙、空洞等滲漏通道。

探坑開挖及鉆孔取芯樣檢測結(jié)果表明：防滲板墻外觀均一完整、連續(xù)密實，28d滲透系數(shù)、抗壓強度和彈性模量等指標均滿足設(shè)計要求。經(jīng)汛期高水位運行檢驗，大壩壩體滲漏、繞壩滲漏等現(xiàn)象基本消失，壩體浸潤線水位降低1.0～1.8m，除險加固防滲修復(fù)效果好，確保了水庫安全穩(wěn)定運行。