黑河黃藏寺水庫大壩壩體與地基防滲施工工藝

常 斌

(黑河黃藏寺水利樞紐工程建設(shè)管理中心，甘肅 蘭州 730030)

0 前 言

黑河發(fā)源于祁連山中段，流域東起山丹縣境內(nèi)的大黃山，與石羊河流域接壤，西以嘉峪關(guān)境內(nèi)的黑山為界，與疏勒河流域毗鄰，北至中蒙邊界。黃藏寺水庫所在地的大地構(gòu)造單元屬祁連地槽褶皺系，次級構(gòu)造單元為北祁連優(yōu)地槽褶皺帶，新構(gòu)造運動以斷裂和斷塊活動為基本特征。黃藏寺樞紐庫區(qū)上游庫段為山間盆地地貌，地層以白堊系(K2)礫巖、含礫砂巖為主，盆地四周山體高大寬厚，河谷寬闊多沙灘，最寬達(dá)1 000 m以上；近壩庫段為陡峻岸坡、峽谷地形，河谷呈“V”字型，兩岸岸坡坡度平均40°～70°，地層以寒武系(∈2)綠泥石白云母石英片巖為主[1]。以下結(jié)合有關(guān)資料對黑河黃藏寺水庫大壩壩體與地基防滲問題做詳細(xì)分析。

1 黑河黃藏寺水庫大壩壩型與滲漏隱患

1.1 壩型選擇

黑河黃藏寺在初設(shè)階段比選了兩條壩線。上壩線(原可研壩線)位于H8堆積體下游約120 m處，壩軸線處兩岸岸坡陡峻，河水面寬15～25 m，水深約2.5 m，右岸岸坡坡度一般為45°～60°，左岸2 576 m以上，岸坡陡峻，坡度一般為60°～80°，地貌上為一基巖陡坎。下壩線位于上壩線下游約100 m處。河水面寬25 m左右，兩岸地形坡度總體45°～50°，左岸在高程2 570 m以下約67°。兩岸基巖裸露，僅兩岸岸坡頂部及右岸高程2 560～2 590 m處發(fā)育少量坡積物。從工程地質(zhì)條件來看，上下壩址均具備建壩條件；就工程地質(zhì)條件而言，上壩線的工程地質(zhì)條件略優(yōu)于下壩線。在設(shè)計時給出重力壩與面板堆石壩這兩種壩型，由于本工程位于高寒高海拔地區(qū)，生態(tài)修復(fù)功能較差，重力壩方案存在邊坡處理范圍較小，對環(huán)境的影響較??；防滲可靠性較優(yōu)；施工交通、導(dǎo)流條件較優(yōu)；抗震安全性較優(yōu)；樞紐布置緊湊，運行管理方便、安全；投資較省等優(yōu)點，因而推薦使用重力壩方案。進(jìn)一步對碾壓混凝土重力壩與常態(tài)混凝土重力壩進(jìn)行比較，碾壓混凝土重力壩在投資和工期方面均較優(yōu)，因此選定碾壓混凝土重力壩方案作為推薦壩型[2]。

1.2 滲漏隱患

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，黑河黃藏寺水庫混凝土重力壩的抗滑穩(wěn)定主要由大壩與壩基巖體間的滑動控制，局部分布的綠泥石白云母片巖可能產(chǎn)生壩基不均勻變形。左岸壩頂高程以上岸坡陡峻，現(xiàn)狀岸坡穩(wěn)定性較好，但邊坡存在不同規(guī)模崩塌、滑塌破壞的可能；右壩肩有F7、f1、f2近順河向斷層以及中陡傾角結(jié)構(gòu)面發(fā)育，存在壩肩邊坡穩(wěn)定問題。右岸發(fā)育F7斷層，斷層帶寬約0.5 m，需要單獨進(jìn)行防滲處理。此外，兩岸壩肩山體寬厚，右壩基壩肩斷層、節(jié)理等結(jié)構(gòu)面發(fā)育，存在繞壩滲漏的可能性，須進(jìn)行防滲處理。

深入調(diào)查研究可知，導(dǎo)致壩體壩基出現(xiàn)滲漏問題的主要原因有：材料性能質(zhì)量不過關(guān)，運用于水庫壩體工程的材料物理力學(xué)指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，容易引起壩體失穩(wěn)、壩基滲漏問題，其次是水庫工程在經(jīng)過較長時間的使用后出現(xiàn)滲漏變形，壩體或壩基被淘空，大壩工程存有很大的安全隱患與質(zhì)量隱患。在工程施工期間未對工程區(qū)內(nèi)的地質(zhì)問題做深入分析與有效處理，未能規(guī)范做好防滲工作，導(dǎo)致壩體與壩基出現(xiàn)滲漏問題[3]。

2 黑河黃藏寺水庫大壩壩體與地基防滲工藝

2.1 壩體防滲治理

對于水庫工程中的壩體部分，可采用高壓旋噴灌漿技術(shù)提高壩體防滲性，使壩體滲漏隱患得到有效預(yù)防與治理。在治理時采用沖擊水泥碎石樁，對樁與樁之間的連接使用高壓旋噴樁。研究與實踐證明，高壓噴射灌漿工藝技術(shù)在提升水庫大壩工程抗?jié)B性、防漏性等方面也有著重要作用。高壓噴射灌漿工藝施工速度快、抗?jié)B效果好、適用范圍也相對較廣。在將高壓噴射灌漿工藝運用于水庫大壩工程時，主要是通過砂礫卵石地基中的鉆孔向四周噴射高壓水泥漿，砂礫卵石顆粒與水泥漿充分混合且凝結(jié)硬化后形成具有抗?jié)B作用的樁，將這些樁進(jìn)行連接就會得到一個相對完整的地下防滲建筑物，從而使水庫大壩工程的防滲性能大大增強。在運用高壓噴射灌漿工藝對水庫大壩工程進(jìn)行處理時，需合理控制樁徑與樁距，只有樁徑與樁距合理，高壓旋噴樁才能充分發(fā)揮作用。

進(jìn)行高壓旋噴樁施工時要能按照有關(guān)文件以及工程設(shè)計圖紙做好高噴孔的布置工作，合理確定孔位與噴孔數(shù)量，為后續(xù)施工打好基礎(chǔ)。施工時嚴(yán)格按照鉆孔、下注漿管、旋噴提升以及成墻的標(biāo)準(zhǔn)順序進(jìn)行。鉆孔時采用專門的回轉(zhuǎn)鉆機，并在鉆進(jìn)過程中使用泥漿或孔壁進(jìn)行防護(hù)。合理控制實際鉆孔孔位與設(shè)計孔位之間的偏差，確保兩者最大偏差不超過50 mm。鉆孔過程中先將鉆機放置平穩(wěn)，然后操作鉆機控制鉆進(jìn)速度，嚴(yán)格掌控孔深、孔徑等參數(shù)。鉆孔結(jié)束后開始制備水泥漿，水泥漿各原材料以及外加劑的添加比例要合理，水泥漿需攪拌均勻，并將制備好的水泥漿在4 h內(nèi)使用完。旋噴灌漿需要用到噴頭、噴射管、送液器等，這些機械器具必須有良好的密封性能，噴射管的剛度要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。在正式施工前對高壓水泵、灌漿泵的流量、壓力等參數(shù)進(jìn)行檢查與調(diào)試，確保設(shè)備的額定壓力不小于設(shè)計規(guī)定壓力的1.2倍[4]。為確保最終的施工質(zhì)量能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，需在正式施工前先進(jìn)行試噴，確保各項情況均正常后再正式施工。在施工時先將噴頭下至設(shè)計深度，然后按照規(guī)定參數(shù)進(jìn)行原位噴射，等到漿液返出孔口后且無異常情況發(fā)生后開始提升噴射。在噴射過程中若出現(xiàn)孔口回漿、壓力驟降或回漿量異常等情況就需要及時查明原因并做出處理，防止問題影響擴大。在進(jìn)行旋噴施工時，如果出現(xiàn)串漿問題需及時將串漿液封堵嚴(yán)密，并在灌漿結(jié)束后將串漿孔進(jìn)行掃孔處理。

2.2 壩基防滲治理

在完成壩體防滲施工后，對壩基部分采用帷幕灌漿的方法進(jìn)行處理，使壩基的防滲性得到提高。對壩基進(jìn)行治理時重點要考慮基巖的透水率與工程投資問題。運用帷幕灌漿時，是從壩頂建造直達(dá)基巖的防滲墻，墻的兩端與岸邊基巖或防滲設(shè)施相連接，共同構(gòu)成一個完整的防滲體系，從而使水庫大壩的抗?jié)B功能大大增強。在正式施工時，在覆蓋層中利用專門的機具鉆出孔或槽，然后灌注水泥漿，使水泥漿與混凝土進(jìn)行固結(jié)、連接，形成連續(xù)的混凝土墻，使水庫大壩工程的滲漏問題得到有效解決。在帷幕灌漿施工中需要注意的技術(shù)要點是：射流沖切過程中，要邊旋轉(zhuǎn)邊提升噴射管，使水泥漿均勻注入到孔或槽中，使水泥漿與復(fù)合漿充分融合固化形成凝結(jié)體，利用該技術(shù)具有高穩(wěn)定性、抗?jié)B性以及強度的凝結(jié)體提升水庫大壩工程的防滲性，延長水庫大壩使用年限。

在運用帷幕灌漿法對水庫大壩壩基的滲漏問題進(jìn)行處理時還有以下要點需注意：首先是孔位需合理，孔位應(yīng)與設(shè)計圖紙相符。鉆孔時嚴(yán)格控制孔位偏差，確?？孜黄畈怀^12 cm；鉆孔結(jié)束后進(jìn)行洗孔，使用壓力小于灌漿壓力的水壓對鉆孔進(jìn)行清洗，清洗到孔返出清水為止；清孔結(jié)束后設(shè)置設(shè)漿管并進(jìn)行水壓試驗，確保一切正常后開始灌漿。灌漿漿液采用42.5強度等級的普通硅酸鹽水泥然后運用高速攪拌機攪拌超過30 s。在灌漿時漿液超過300 L可以變濃一級[5]。

2.3 其他處理工藝

除上文中提到的兩種工藝外也可運用混凝土防滲墻技術(shù)來提升水庫大壩工程的抗?jié)B性，目前，水庫大壩工程中的混凝土防滲墻通常有兩種布置形式，一種是在大壩斜墻腳下進(jìn)行布置，以此解決壩基滲漏問題；另一種是在大壩壩軸線或壩軸線附近上游區(qū)域布置防滲墻，使壩基、壩體等部位的滲漏問題得到有效解決。適用于水庫大壩工程中的防滲墻材料也較多，如有剛性鋼筋混凝土、純混凝土以及柔性塑性混凝土等。這些材料有不同的優(yōu)缺點與適用條件，在施工時可根據(jù)實際情況科學(xué)選擇、合理運用。

面板堆石壩防滲工藝也比較適用于黑河黃藏寺水庫大壩工程。在黃藏寺水庫大壩工程中運用防滲面板工藝時，主要是利用砂礫石分層或者堆石體碾壓填筑成為壩體，利用混凝土面板來達(dá)到防滲加固的目的。黑河黃藏寺水庫大壩周邊有許多料場，進(jìn)行防滲面板施工時取料也十分方便。如塊石料K2料場位于黃藏寺壩址下游右岸0.8～1.0 km處，巖性為綠泥石化的石英片巖，飽和抗壓強度為20.4 MPa～98.3 MPa，平均49.6 MPa，軟化系數(shù)0.45～0.65，總體屬中硬巖類。K2塊石料場弱風(fēng)化巖體可基本滿足填壩主堆區(qū)要求，但強度和軟化系數(shù)偏低，勘察儲量約790萬m3。料場內(nèi)砂礫石料儲量豐富，質(zhì)量滿足填筑料要求。

3 結(jié) 語

滲漏問題會縮短水庫大壩工程使用年限，影響水庫大壩工程灌溉、防洪、蓄水等多項功能，也會給工程周邊環(huán)境、建筑等帶來安全隱患。為此對于水庫大壩工程壩體、壩基滲漏問題，要能根據(jù)工程結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境、灌溉防洪功能需求等合理選用高壓旋噴樁、帷幕灌漿等工藝技術(shù)進(jìn)行有效處理，使水庫大壩工程滲漏問題得到有效解決。

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