于 蓉，刘 巍，韩焕庆

（泰安市水利和渔业局，山东 泰安 271000）

南白楼水库位于泰安市岱岳区夏张镇南白楼村，控制流域面积27.4 km2。水库于1959年10月兴建，1960年5月底竣工建成，是一座防洪、农业灌溉及水产养殖等综合利用的小（1）型水库。南白楼水库原设计洪水50年一遇，校核洪水200年一遇。总库容 264万 m3，死水位 105.30 m，死库容 22万 m3，兴利水位111.50 m，兴利库容118万m3，设计洪水位113.85 m，校核洪水位114.25 m。大坝分两段，溢洪道左侧为主坝段、右侧为副坝段，均质土坝。主坝段现状坝顶高程116.20～116.60 m，最大坝高13.3 m，坝长200 m，坝顶宽3.1～4.1 m，无防浪墙，迎水坡为干砌石护坡，背水坡为草皮护坡，坝后无排水体；副坝段现状坝顶高程为115.00～115.80 m，最大坝高5.3 m，坝长250 m，坝顶宽1.5～3 m，无防浪墙，迎、背水坡均为土坡，坝后无排水体。

该工程经多年运行，老化损坏严重。坝体施工时采用人工推土筑成，分层夯实方法，填筑质量差，坝基未经防渗处理，大坝存在安全隐患。为保证下游群众、耕地及公路安全，对水库进行除险加固十分必要。

1 坝基防渗方案比选

1.1 工程地质情况

南白楼水库坝基主要由第四系松散覆盖层及寒武系页岩组成。覆盖层中细砂层为稍密～中密，分选性较差，该层分布于主坝,厚度2.0～4.8 m，主河床较厚。干密度平均值为1.59 g/cm3；孔隙比平均值0.678；相对密度平均值0.59；渗透系数为2.17×10-3cm/s，具中等透水性，为坝基渗漏主要通道。

大坝坝基的渗漏成因主要是清基不彻底，砂层贯通形成渗漏通道，地下水连通性好形成渗漏。

1.2 坝基防渗加固方案比选

根据南白楼大坝坝基地质情况，参照类似工程经验，坝基防渗加固可供选择的有高压摆喷防渗墙和水泥搅拌桩防渗墙2个方案。

1）高压摆喷防渗墙方案。该方案是采用高压摆喷混凝土防渗墙作为坝体防渗体，施工场地要求不高，不存在塌孔的问题，可控性好。根据该水库坝基覆盖层的地质特性，设计旋喷桩采用单排布置，喷射直径 D≥1.5 m，孔距 1.3 m，折角 25°，摆角 30°（±15°），搭接长度≥20 cm，防渗墙厚度≥15 cm，墙下部深入强风化基岩0.5 m。此防渗墙工程投资约为51.6万元。

2）水泥搅拌桩防渗墙。该方案是利用深层搅拌水泥土桩形成连续墙作为坝体防渗体。此方案适用于较密实的砂层，也可以进入强风化岩石的顶部0.5 m。但成墙效果难以保证，适应性比较低，对于含砾石砂层搅拌效果差，施工质量难以保证。根据该水库坝基覆盖层的地质特性，设计旋喷桩采用单排布置，成桩直径大于530 mm，桩中心间距430 mm，桩柱搭接长度100 mm，帐幕成墙最小有效厚度为300 mm。桩底深入坝基不透水层不小于0.5 m。此防渗墙工程投资约为56.1万元。

通过方案比较可见，高压摆喷防渗墙方案具有施工工艺简单，节省材料，工程投资相对较低；另外，白楼水库坝后即为南白楼村，上坝交通不便，需穿行村庄，路窄弯急，大型设备难以运输到位，而高压摆喷施工设备较小，便于运输，施工速度较快。综合比较，确定采用高压摆喷防渗墙方案。

2 高压摆喷防渗墙设计

南白楼水库坝基高压摆喷防渗墙为折板式结构 （详见图1）。墙体技术指标：墙体28 d抗压强度≥2 MPa、渗透系数≤3×10-7cm/s、破坏坡降≥500，允许坡降取100。

灌浆材料使用R325号普通硅酸盐水泥，纯水泥浆，浆液密度≥1.5 g/cm3，水灰比1.0左右。使用减水剂，掺量为水泥重的1%。本工程墙体凝结后为水泥黏土砂浆体，28 d后有较高的强度、较小的渗透系数和较大的破坏坡降。

图1 高压摆喷防渗墙结构示意图

3 施工流程与质量控制

3.1 施工流程

1）施工前的准备。场地平整，确保施工场地 “三通一平”；桩位放样；修建泥浆池、排污和灰浆拌制系统；水泥浆配制采用32.5级普通硅酸盐水泥，水灰比1∶1，浆液密度约 1.4～1.7 g/cm3。 水泥浆充分拌制并经过滤后存入贮浆桶。

2）钻机引孔。桩位定出后，引孔钻机就位、调平，确保钻杆垂直。在钻进的过程中随时观察钻杆的垂直度，确保引孔的垂直度不超过1%。引孔深度比设计深度深0.5 m，防止引孔深度不足，影响摆喷桩质量。为了防止引孔过程中发生坍孔，采用泥浆护壁。泥浆密度为1.1～1.2 g/cm3，泥浆可用膨润土配制，配比水：膨润土为 1∶0.07～0.1。

3）喷灌。摆喷机就位后，进行调平、对中，调整其垂直度，保证三重管垂直度误差小于1%，提喷前应调试水泵、空压机、泥浆泵，使设备运转正常；然后下管至孔底；校验三重管长度，并用红油漆在钻塔旁标注深度线，保证桩体顶底标高满足设计深度。

下管过程中注意记录好钻杆投放节数，以保证摆喷深度的准确性。

4）摆喷提升。下管到设计深度后，接通泥浆泵，然后由下向上摆喷，同时将泥浆清理排出。喷射时，应先达到预定的喷射压力、喷浆后再匀速提升三重管，以防扭断三重管。为保证桩底端的质量，喷嘴下沉到设计深度时，在原位置旋转10 s左右，待孔口冒浆正常后再提管。

5）回灌。已经喷灌结束的灌浆孔，因浆体析水固结浆面将会下降，应在下一个孔喷射出灌浆时，将其冒引入已灌的孔中进行回灌，以保证高喷墙体达到设计高度。摆喷提升到设计桩顶标高时停止摆喷，提升三重管出孔口，清洗注浆泵及输送管道，然后将摆喷机移位，回灌浆液。

6）封孔。已经喷灌、回灌完成的灌浆孔，经几天后应用稠粘土浆充填孔口直至填满为止。

3.2 质量控制

高压摆喷灌浆进行坝基防渗加固的效果关键在于确保施工质量，南白楼水库坝基防渗加固施工过程中采用以下质量控制措施。

1）高喷灌浆的孔距为1.3 m,高喷灌浆的成墙厚度不小于15 cm，喷射管下到设计深度以下0.5 m。

2）浆液水灰比采用1∶1。施工现场配备密度计，每天量测浆液密度，实行定量加灰制，严格控制水泥用量。灰浆搅拌应均匀，并进行过滤。喷浆过程中浆液应连续搅动，防止水泥沉淀。

3）浆液密度为 1.4～1.7 g/cm3，每 2 h检测 1次，浆液超过8 h应废弃,回浆密度控制在1.2 g/cm3。

4）提升速度：提升速度的快慢直接影响浆液用量，提升速度过快，则墙后不稳定、易产生空洞，且切割半径不符合要求，会造成防渗墙搭接处产生薄弱环节。提升速度太慢，则冒浆量过大，造成水泥浪费，因此需根据灌浆试验确定不同土层的提升速度。本工程基岩层的提升速度为8 cm/min，砾砂层的提升速度为6 cm/min，壤土层的提升速度为12 cm/min。

5）灌浆水压为 25～35 MPa，流量为 80 L/min；空气压力为 0.5～0.7 MPa，风量为 1.1～2.0 L/min；水泥浆压力为0.8～10 MPa,流量为80 L/min。

4 质量检测

施工完成后，现场进行了钻孔取芯检查和布置围井进行渗透试验，检查取芯芯样完整、表面光滑密实，水泥含量大，分布均匀，呈圆柱状，无断裂现象；根据水电水利工程高压喷射灌浆技术规范（DLPT5200—2004）提出的计算公式，计算出的围井试验渗透系数结果满足设计要求。另外，自从灌浆后,水库下游的渗流量明显减小,这也从一个侧面说明高压摆喷灌浆是成功的。