江攀毅



综合防渗技术在水库除险加固工程中的应用

江攀毅

福建省漳州市水利水电勘测设计研究院

对于填筑质量较差，碾压不实、土体疏松或老化失修，造成坝体内部某些土区抗渗坡降降低、坝体内部产生渗透破坏比较严重的大坝采用某单一的方法进行病险处理可能达不到理想的效果，分析土坝破坏机理和病险部位采用综合防渗技术措施则是除险加固工程中的关键所在。福建省长泰活盘水库就是分析了土坝存在的问题并且吸收了先进的施工经验，采取了振动沉模板墙和高压喷射灌浆相结合的综合防渗技术进行的除险加固。

大坝 除险加固 振动沉模 高喷灌浆

1 活盘水库的基本情况

1.1 工程概况

福建省长泰县活盘水库位于龙津溪支流上，地处长泰县陈巷乡上花村，距长泰城关10km，枢纽工程于1959年10月动工兴建，1962年3月建成，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电、渔业等综合利用的多年调节的重要中型水利工程。水库坝址以上集水面积30.5km2，坝址以下主河道长11km，坡降45.9‰。水库总库容1993万m3。水库枢纽工程主要包括大坝、溢洪道、进水口及输水管道、坝后电站等组成。大坝坝顶高程65.24m，最大坝高28.15m，坝顶长度94m，坝顶宽度5m。

1.2 工程地质情况

大坝坝体为均质土坝，坝体表层0~0.65m填筑土成分比较复杂，以砂质粘土为主，下部坝体填筑土为褐红色、浅灰色、灰黄色等杂色砂质粘土、粉质粘土，局部含有5~7cm的碎块石，坝体中间局部还杂有少量草根。坝基接触带为强风化花岗闪长岩体，该岩体断层节理发育，岩体完整性差，但坝基的整体强度能够满足土石坝的承载力要求，坝基稳定。

活盘水库大坝加固前存在以下几个方面的问题：

1.2.1经过地质勘探、地表测绘，发现迎水坡表部有局部沉陷，导致第一坡面与第二坡面接触带出现平行于坝轴线的长约40m、宽10~20cm的裂缝。

1.2.2大坝背水坡有漏水及湿坡现象，其中背水坡左侧（高程49.9m）与山坡交接处有一处漏水，漏水量达12t/d，且随库水位的升高而增加；背水坡51~53m高程处有8~12m2的湿坡；右侧高程41.3m处有两处湿坡，该处渗漏量为60~80t/d。

1.2.3通过勘探孔现场注水试验，测得坝体填筑土的渗透系数的最大值为8.55×10-4cm/s, 最小值为6.8×10-6cm/s，说明大坝坝体局部渗流量较大。

1.2.4经勘察揭露，坝基与填筑土接触部位现场注水试验的渗透系数为8.55×10-4cm/s~1.9×10-5cm/s，属于弱透水~中等透水性，坝体填筑土与坝基存在接触渗漏。

1.2.5溢洪道边墩与坝体填筑土接触部位存在接触渗漏，渗漏量较大。

2 工程施工方案设计

针对活盘水库大坝坝体及接触带存在的病险情况设计采用振动沉模防渗板墙及高喷灌浆的综合防渗方案进行除险加固。

2.1 振动沉模防渗板墙解决坝体上部（坝顶至坝基处）渗透破坏的问题

振动沉模的设计要求：

2.1.1防渗墙体渗透系数≤×10-7cm/s(1≤≤10)，渗透坡降max>500。

2.1.2防渗墙28d抗压强度≥4MPa，弹性模量采用4×103MPa。

2.1.3防渗墙墙体材料：水泥采用强度为32.5级的普通硅酸盐水泥，其浆液配方应根据设计墙体的物理力学指标要求及地质地层情况，通过现场试验得出。

2.1.4砂浆初凝时间不小于4h，终凝时间应不大于36h。

2.2 高喷灌浆解决大坝岸坡渗透问题和接触带的冲刷问题

单管高压旋喷灌浆施工设计要求：

2.2.1按《水利水电工程高压喷射灌浆技术规范》（DL/T 5200-2004）等国家相关规范进行。高压旋喷桩采用单管法施工，桩径600mm，桩端进入坝基开挖线以下深度不小于2m。

2.2.2高压旋喷浆液的水灰比为0.8~1.5，其浆液配方应根据旋喷桩的物理力学指标要求及地质地层情况。

2.2.3桩身水泥采用强度32.5级以上的普通硅酸盐水泥。单管法的高压水泥浆压力应大于20MPa。

2.2.4高压旋喷桩施工规定按《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》（DL/T5200-2004）、《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2002）、《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002）及其它的有关规定执行。

2.2.5施工时旋喷桩桩顶高程应高于振动沉模板墙底端1.0m。

振动沉模防渗板墙轴线设计在原坝轴线上, 高喷灌浆轴线设计在振动沉模防渗板墙轴线两侧，振板下部由单管高压旋喷连接。布置如图1所示：

图1 振动沉模防渗墙与高压旋喷桩搭接示意图

3 工程施工

3.1 振动沉模防渗板墙的施工

3.1.1桩机、模板就位。桩机就位在施工轴线上将桩机调平，调整完毕后使A模板就位，利用振动体系自重将板刃压入土中，检测调整模板和立柱的垂直度达到设计要求。

3.1.2振动沉模。启动振锤，将A模板沉入地层中，达到设计深度，然后将B模板沿施工轴线在A模板前侧与A模板紧密并接，以A模为导向板，沉入地层设计深度。

3.1.3灌注提升A模板。向A模板内灌满浆体，然后边拔、边灌注，直至拔出地面，浆体留在槽孔内。灌注提升结束后，要保持浆体在墙顶设计高程。

3.1.4再沉入A模板。A模板提拔出地面后，立即沿施工轴线移至B模板前侧就位，以B模板为导向板，A模板沿B模板沉入地层达到设计深度。

a—A就位； b—A沉下、B就位； c—B沉下； d—A灌注提拔；e—A沉下； f—B灌注提拔； g—B沉下； h—A灌注提拔；

图2

3.2 高压喷射灌浆施工

3.2.1施工前的准备

⑴埋设各种观测点桩标；

⑵根据施工轴线上工作面的高程测量值，确定各高喷孔的起喷、终喷高度；

⑶水泥经过检验合格后方可使用；

⑷在坝左选择有代表性地层条件的场地进行3个孔的高喷灌浆试验，根据试验成果调整确定大坝灌浆工艺和工艺参数。

3.2.2钻孔

⑴在已布设的孔位上进行造孔，孔位差不大于2cm ,孔斜率不大于1%；

⑵钻孔直径为φ110~φ130mm；

⑶孔深应大于设计孔深0.5m；

3.2.3 制浆

使用PO42.5普通硅酸盐水泥，水灰比0.8~1.5，纯水泥浆液比重≥1.4cm3。

3.3.4灌浆

将高喷机移至已钻好的孔口上，先进行喷管试喷以检查喷射射流是否正常然后下管至设计深度开始喷射提升，直至终喷高程后停止喷射。高喷防渗墙布置形式如图3所示：

图3 高压旋喷桩套接示意图 单位:m

3.2.5返浆

要求返浆时带出细土颗粒，水泥返回减少，回浆比重不小于1.3g/cm3，废浆排到下游坡指定地段。

3.2.6回灌

已经喷灌结束的灌浆孔，因浆体的析水固结浆面会下落，应在下一个孔的喷射灌浆时，将其冒浆引入已灌的孔中进行回灌，以保证高喷墙体达到设计高度。

3.2.7封孔

已经喷灌、回灌完成的灌浆孔，经几天后应用稠粘土水泥粘土浆充填孔中直至填满为止。

4 综合技术方案中各项施工技术的作用

4.1 通过振动沉模防渗板墙的施工解决坝体上部渗透破坏的问题

利用高频振动的振锤（频率1050次／分钟），将空腹钢模板沉入地层的过程中，使模板周围的土体的得到挤密，挤密的范围可达2~3.5倍的模板厚度。向空腹模板中自下而上灌浆能够保证灌浆的质量，并且能够通过振捣使浆液更加均匀密实。在连续施工的的情况下能够保证墙体连续、平整、无接缝、无开叉的质量要求，从而形成一道连续的防渗帷幕。

4.2 通过高喷灌浆的施工解决大坝下部的渗漏和接触带冲刷的问题

高压喷射灌浆就是借助高压射流冲切搅拌地层，从而使浆液在高压射流的范围内与土体搅拌混合进行扩散、充填。射流束的末端还能够对周围的土体产生侧向挤压力，在浆液的重力作用下使射流冲切的范围以外得到渗透，尤其是在接触带处形成一道防渗帷幕，并且通过浆液充填使其周围一定的范围内得到密实。从而解决坝基接触带的渗漏问题。高喷板墙上部与振板板墙底部采用旋喷搭接，旋喷直径1.05m，能够有效地与振板板墙进行连接并且起到一定的托付作用，保证了大坝自坝顶到坝基形成一道连续的防渗帷幕。

5 综合技术的效果分析

5.1 振动沉模板墙成墙面积1202.38 m2，对板墙进行开挖检查发现成墙质量优良，板墙连接紧密、平整、无开叉、无断层、无裂缝并且厚度均匀能够达到并超过设计板墙厚度。通过取样送检，测得渗透系数≤×10-7cm/s。

5.2 高喷灌浆灌浆3575.45m，工程结束后进行开挖检查发现完全能够达到设计要求，经过注水试验得出渗透系数=×10-7~×10-8cm/s，完全满足设计指标。

6　结语

通过对该水库的除险加固施工及检测成果分析，综合防渗技术能够解决病险水库存在的问题，为以后水库的除险加固积累了一定的施工经验，可以予以推广。