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(1. 畢節(jié)市勘測設(shè)計研究院，貴州 畢節(jié)551700;2. 畢節(jié)市水利局，貴州 畢節(jié)551700)

1 工程概況

某地區(qū)水庫以灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖等綜合效益的中型水利工程。

大壩壩頂高程不夠，大壩施工質(zhì)量較差，目前大壩中上部滲漏嚴(yán)重，下游壩坡散浸嚴(yán)重，滲流逸出點(diǎn)高，危及大壩安全。輸水涵為漿砌石拱涵，由于施工時基礎(chǔ)處理不徹底，砌體質(zhì)量差，且經(jīng)過長時間運(yùn)行后，涵洞出現(xiàn)滲漏。目前裂縫寬度達(dá)4 ～5 cm，因此滲水大量滲入大壩，危及大壩安全。另外，溢洪道中部被毀并修建為公路，致使無法泄洪。

出現(xiàn)的險情已經(jīng)嚴(yán)重影響到水庫的正常安全運(yùn)作，對下游居民的生命財產(chǎn)安全威脅很大［1］。

2 土石壩主要病險情的除險加固設(shè)計

土石壩除險加固設(shè)計包括壩頂加高、壩體防滲處理。

2.1 土石壩壩頂加高

某水庫大壩壩頂高程為193.8 m，較規(guī)范要求的最小高程194.8 m低了1.0 m，大壩壩頂高程不能滿足防洪要求。

因此需對大壩進(jìn)行加高。壩頂加高常用的方案有大壩加高培厚和在壩頂修建防浪墻。對大壩加高培厚工程量大，施工復(fù)雜;而在壩頂修建防浪墻的工程量小，施工簡便。

某水庫壩頂高程為193.8 m，大于300 a一遇校核洪水位。因此，本設(shè)計在壩頂修建防浪墻以解決大壩壩頂高程不夠的問題。

2.2 壩體防滲處理方案比較

本次勘探對壩體進(jìn)行鉆孔檢查，發(fā)現(xiàn)壩體局部夯壓不密實(shí)，壩基接觸面清基不徹底，接觸面滲漏嚴(yán)重。

根據(jù)目前大壩現(xiàn)場檢查出現(xiàn)的異常滲漏情況和鉆孔檢查結(jié)果，必須考慮加固大壩防滲體。根據(jù)《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》以及結(jié)合當(dāng)?shù)刂尾牧虾褪┕そ?jīng)驗，加固大壩防滲體可以采用沖抓套井回填和上游加作黏土斜墻2 種方案:

2.2.1 方案一:沖抓套井回填

借鑒沖抓套井回填防滲加固的成功經(jīng)驗，在大壩頂離上游1.0 m位置進(jìn)行沖抓套井回填，沖抓套井回填采用1 排孔，孔距為0.78 m，形成的防滲墻有效厚度為0.78 m，沖抓范圍自壩頂至基巖，最大沖抓深度25.3 m。

2.2.2 方案二:上游加黏土斜墻

施工前，把水庫放干，按一定坡比修整內(nèi)坡，在內(nèi)坡腳清淤，清到基巖，做一道1.0 ～1.5 m高的混凝土防滲墻，在混凝土防滲墻上做斜墻，在斜墻上游設(shè)0.4 m厚反濾層，反濾層上設(shè)0.3 m厚塊石護(hù)坡。

黏土斜墻防滲體做在大壩上游側(cè)，淤積庫內(nèi)，減少庫容，在施工時要全部放干水庫，并要修建圍堰，施工項目較多，施工較為復(fù)雜。

因此，采用方案一作為壩體防滲處理方案。

2.3 土石壩沖抓回填

主要包括6個方面的內(nèi)容:

2.3.1 沖抓鉆孔套井原理

沖抓鉆孔套井回填處理土壩滲漏，是在漏水范圍內(nèi)利用沖抓機(jī)鉆孔，然后用黏土進(jìn)行分層回填，并利用鉆機(jī)的動力和卷揚(yáng)設(shè)備帶動夯錘加以夯實(shí)，造成一個連續(xù)的截水墻，截斷壩身或壩基中的滲流［2］。

2.3.2 沖抓套井防滲墻頂高程的確定

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL274—2001)4.2.4 條防滲墻頂部在靜水位以上的超高，對正常運(yùn)用情況，應(yīng)為0.6 ～0.3 m;對非常運(yùn)用情況，防滲體頂部應(yīng)不低于非常運(yùn)用的靜水位。對正常運(yùn)用情況時，防滲墻頂部高程最高為192.6 m，對非常運(yùn)用情況，防滲墻最高為193.6 m。

大壩壩頂高程193.8 m，沖抓套井在壩頂進(jìn)行，由上而下進(jìn)行鉆孔后回填，為便于施工和保證質(zhì)量，沖抓套井回填防滲墻頂高程與壩頂齊平，為193.8 m。

2.3.3 沖抓套井防滲墻軸線位置確定

大壩沖抓回填防滲墻的主要作用為在壩體內(nèi)形成防滲體以截斷壩身或壩基中的滲流［3］。為減少下游壩體內(nèi)的水壓力，壩體防滲墻在滿足防凍與保護(hù)層要求下盡量靠上游。因此，沖抓回填防滲墻軸線離壩頂上游側(cè)1.0 m。

2.3.4 套井回填土料的選擇

套井回填土料暫擬在壩區(qū)北面左岸10 km崗地取土，此處為荒地，貯量足，其物理性質(zhì)可以滿足防滲墻土料要求，根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》，防滲墻土料必須符合以下物理性質(zhì):回填土料為黏性土料，填土滲透系數(shù)要求K ＜1 ×10－5cm/s，填土干容重為1.6 g/cm3，壓實(shí)度≥0.95。

2.3.5 有效厚度的確定

防滲墻的有效厚度是根據(jù)滲透穩(wěn)定計算求得其滲透坡降小于允許滲透坡降的條件決定的。

表1 孔距、排距和有效厚度的相互關(guān)系

將防滲墻的有效厚度，按照防滲墻的滲透系數(shù)和壩體滲透系數(shù)的比值折算成等效的壩身厚度來進(jìn)行計算［4］。

防滲體厚度:由B = H/J (H = 3.2，J = 6)則B =0.53。假定大壩采用單排孔α =45°;所以L1=0.78 m;T1=0.78 m。T1=0.78 m ＞B =0.53，故采用單排孔布置可以滿足要求。因此本次選用單排孔沖抓作防滲墻。

2.3.6 鉆孔深度的確定

根據(jù)地質(zhì)情況及防滲要求，本次設(shè)計沖抓回填自壩頂而下至基巖，本次設(shè)計沖抓回填最深為從壩頂193.8 m到167.5 m的26.3 m。

2.4 壩體及兩壩肩帷幕灌漿設(shè)計

在對壩體進(jìn)行鉆孔檢查時，發(fā)現(xiàn)壩基強(qiáng)風(fēng)化巖石破碎，巖層吸水率在17.3 Lu ～25.3 Lu，壩基與兩岸山體巖石裂隙發(fā)育，漏水嚴(yán)重。因此，壩基和兩岸山體除險加固采用帷幕灌漿防滲處理。

2.4.1 帷幕設(shè)計

帷幕灌漿采用一排灌漿孔，孔距2.0 m，防滲標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)地勘成果及規(guī)范要求，取q =10 Lu，灌漿孔伸入相對不透水層(q =10 Lu)以下1 m，帷幕最深處高程為164.66 m，最終孔深應(yīng)由現(xiàn)場先導(dǎo)孔壓水試驗確定［5］。

2.4.2 灌漿孔布置

大壩壩基、壩肩和溢洪道存在滲漏，設(shè)計采用帷幕灌漿作防滲加固處理，大壩壩肩灌漿孔沿兩岸山坡布置，在壩頂向兩岸延伸，延伸至正常蓄水位與相對不透水層在兩岸的相交處［6］。

2.4.3 鉆孔及簡易壓水試驗

帷幕灌漿鉆孔:壩身采用沖擊干鉆、套管護(hù)壁，基巖采用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)鉆進(jìn)，用金剛石鉆頭或硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)，終孔孔徑為75 mm。

鉆機(jī)安裝必須水平、穩(wěn)固，開孔位置偏差應(yīng)控制在10 cm之內(nèi)，孔斜率控制在1%以內(nèi)，鉆孔深入相對不透水層內(nèi)1 m左右。

鉆孔沖洗及簡易壓水試驗:鉆孔達(dá)到設(shè)計深度后，應(yīng)采用清水沖洗鉆孔，直至回水澄清無砂和巖粉為止，殘留巖芯應(yīng)≤0.2 m。

帷幕灌漿孔在灌漿前，對先導(dǎo)灌漿孔均應(yīng)進(jìn)行簡易壓水試驗，所得透水率q 值來確定開灌水灰比及了解巖層的透水程度。

2.4.4 灌漿參數(shù)的選取

2.4.4.1 灌漿段長度

灌漿段的長度是根據(jù)巖石的裂隙發(fā)育程度、破碎情況、滲透性以及設(shè)備條件決定的。

參照省內(nèi)外帷幕灌漿取得的成功經(jīng)驗，并根據(jù)工程的具體情況，為確保工程質(zhì)量，設(shè)計要求灌漿段一般長5 ～8 m，基巖條件較好的灌漿段取大值，裂隙發(fā)育，巖石破碎段取小值。接觸面單獨(dú)做一段，灌段長1.5 ～2.0 m。

2.4.4.2 灌漿壓力及漿液變換

灌漿壓力是影響灌漿質(zhì)量的重要因素，本次灌漿壓力一般要求現(xiàn)場通過灌漿試驗確定。

漿液稠度根據(jù)基巖透水率不同而改變，起始水灰 比 采 用8∶1;以 后 采 用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1。

接觸面灌漿壓力要求以不使壩體底部劈開或上抬為原則，根據(jù)有關(guān)規(guī)范，接觸面灌漿壓力應(yīng)控制在0.05 MPa以內(nèi)。

漿液稠度的變換原則是:當(dāng)某一比級漿液的灌入量已達(dá)300 L以上或灌注時間已達(dá)30 min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應(yīng)改濃一級?；蜃⑷肼剩?0 L/min時，可根據(jù)具體情況越級變濃。

2.4.4.3 結(jié)束灌漿標(biāo)準(zhǔn)

符合下列條件之一者，即可結(jié)束灌漿:

1)在設(shè)計規(guī)定的灌漿壓力下，灌漿段已停止吸漿或吸漿量＜1.0 L/min，并持續(xù)60 min以上時。

2)在規(guī)定的壓力下，吸漿量徘徊在1.0 L/min的時間達(dá)1 h以上。

2.4.5 灌漿材料及灌漿工藝

2.4.5.1 灌漿材料

必須是新鮮合格的普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級≥32.5，對水泥的供給采取邊用邊進(jìn)的原則，以保障水泥不過長時間在工地積放。

2.4.5.2 灌漿施工次序

灌漿應(yīng)遵循分序加密的原則。帷幕孔分三序次施灌，一序孔孔距8 m;二序孔孔距8 m;三序孔孔距4 m，最終孔距2 m。

2.4.6 灌漿方法

當(dāng)巖段＜6 m時，采用全孔一次灌漿法;＞6 m或在漏水嚴(yán)重地段應(yīng)采取自上而下的方法灌漿，以提高灌漿質(zhì)量。

2.4.7 灌漿結(jié)束和封孔

在灌漿過程中，對于每一個灌漿孔都應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)程、規(guī)范的要求結(jié)束灌漿，以確保工程質(zhì)量。對較深的帷幕灌漿孔，在最后一段灌漿結(jié)束后即采用濃漿封孔。封孔分段長15 ～20 m，封孔壓力與灌漿壓力相同，當(dāng)注入率≤1 L/min，繼續(xù)灌注30 min后，在孔口處繼續(xù)灌注60 min，灌注結(jié)束后閉漿24 h。

2.4.8 工程質(zhì)量檢查

檢查孔數(shù)為灌漿總孔數(shù)的10%，布置在斷層、巖體破碎帶等地質(zhì)條件復(fù)雜的部位、末序孔注漿量大的孔段附近、孔偏斜過大處、灌漿過程不正常的部位。

檢查孔應(yīng)采取巖芯，繪制鉆孔柱狀圖。檢查孔壓水試驗在該部位灌漿結(jié)束后14 d后進(jìn)行，自上而下分段卡塞進(jìn)行壓水試驗，采用單點(diǎn)法或五點(diǎn)法。壓力為1 H0(H0為正常蓄水位至試驗段處高差)，且不大于該處灌漿壓力的80%。

檢查孔各段壓水試驗測得的q 值原則上須≤10 Lu，所有試段的q 值必須＜10 Lu，才認(rèn)為該孔符合標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié) 語

本文對某水庫土石壩進(jìn)行了除險加固設(shè)計，選擇帷幕灌漿防滲的方案，解決了關(guān)于水庫壩頂高程不夠;大壩施工質(zhì)量較差，目前大壩中上部滲漏嚴(yán)重，下游壩坡散浸嚴(yán)重，滲流逸出點(diǎn)高，危及大壩安全等主要問題。

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