謝淑芳

（桃源縣水電工程建設(shè)有限責(zé)任公司 常德市 415700）

1 桃源縣小型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固壩體防滲基本情況

桃源縣共有小型水庫(kù)310座，其中有小(Ⅰ)型水庫(kù)63座，小(Ⅱ)型水庫(kù)247座，主要分布在桃源縣西、北山區(qū)和丘陵區(qū)。

桃源縣小型水庫(kù)大多建于20世紀(jì)50～70年代，受當(dāng)時(shí)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件的限制，大壩壩體普遍存在壩體填筑施工質(zhì)量差的問(wèn)題。主要表現(xiàn)在：一是水庫(kù)壩體填筑土層松疏，密實(shí)度不夠；二是填筑料差，含砂量大，加之水庫(kù)大壩運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，又因遭鼠、蟻毀壞，滲漏現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致水庫(kù)蓄水量少，水庫(kù)灌區(qū)遇旱水庫(kù)無(wú)水，容易造成農(nóng)田失收，雨季易滲漏，極易給庫(kù)區(qū)下游的人民造成生命財(cái)產(chǎn)威脅。為了確保水庫(kù)下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全，使灌區(qū)糧田的灌溉得到保障，對(duì)桃源縣現(xiàn)有水庫(kù)壩體進(jìn)行加固改造處理勢(shì)在必行。

水庫(kù)壩體滲漏問(wèn)題，主要通過(guò)壩體高壓噴射灌漿防滲（包括高壓擺噴和高壓旋噴）、壩體沖抓套井回填、壩體土工膜敷設(shè)防滲等技術(shù)與方法來(lái)解決。桃源縣于2004年開始引進(jìn)這些技術(shù)，至今已有10年。到目前為止，全縣已完成124座小型病險(xiǎn)水庫(kù)的除險(xiǎn)加固工程任務(wù)，其中對(duì)大壩進(jìn)行防滲處理的水庫(kù)就118座。

幾種防滲措施各有優(yōu)缺點(diǎn)：

土工膜防滲的優(yōu)點(diǎn)是防滲技術(shù)可靠，防滲效果明顯，造價(jià)低；缺點(diǎn)是施工技術(shù)要求高，土工膜連接處理困難，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)控制難度大。

沖抓套井是一項(xiàng)比較成熟的工程措施，優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用較低，施工設(shè)備簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是對(duì)回填土料的質(zhì)量要求高，施工回填土的壓實(shí)度不易控制，特別是對(duì)于壩高較大的壩體沖抓困難。

高壓噴射灌漿防滲是目前應(yīng)用廣泛的一種防滲技術(shù)，技術(shù)已相當(dāng)成熟，防滲效果好，缺點(diǎn)是費(fèi)用較大。

桃源縣小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程大壩防滲主要應(yīng)用的是壩體高壓噴射灌漿防滲（包括高壓擺噴和高壓旋噴）技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，桃源縣采取高噴灌漿防滲的水庫(kù)有109座，占到水庫(kù)總體防滲的92.4%。如表1。

2 高噴灌漿防滲板墻施工設(shè)備及施工工藝

2.1 施工設(shè)備

主要施工設(shè)備為：造孔系統(tǒng)、高壓水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、制漿供漿系統(tǒng)、提升噴射系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)。

表1 桃源縣小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程壩體防滲工程措施統(tǒng)計(jì)表

2.2 施工工藝

根據(jù)設(shè)計(jì)防滲板墻施工軸線和孔距確定孔位，并作好地面樁標(biāo)記。鉆頭Φ150mm，泥漿護(hù)壁，泥漿材料為鈣質(zhì)膨潤(rùn)土、黏土、黃土、細(xì)砂等。攪拌漿液采用聯(lián)合攪漿機(jī)制漿，泥漿泵供漿，要求漿液拌合均勻，比重穩(wěn)定。漿液材料為純水泥漿，水泥為普通硅酸鹽水泥。

噴射灌漿，將高噴管下入到孔內(nèi)，按造孔記錄及設(shè)計(jì)板墻底線控制下入深度，然后啟動(dòng)高壓水泵、空氣壓縮機(jī)，攪漿機(jī)供漿，同時(shí)全面檢查各管路是否封閉，水、漿、氣壓力及流量是否符合設(shè)計(jì)參數(shù)要求，噴射管的噴射方向是否對(duì)正。啟動(dòng)設(shè)備3min后，待水泥漿從孔口返漿，再按設(shè)計(jì)提升速度開始提升。噴射灌漿結(jié)束后，進(jìn)行靜壓回填灌漿，至液面不析水、不下沉為止。

2.3 特殊情況處理

（1）漏漿處理。在桃源縣丘陵區(qū)水庫(kù)大壩高噴灌漿防滲板墻的施工中，有很多孔發(fā)生了漏漿現(xiàn)象，說(shuō)明大壩基礎(chǔ)存在嚴(yán)重的集中滲流區(qū)及流沙區(qū)，對(duì)水庫(kù)大壩的穩(wěn)定十分不利。因此發(fā)生漏漿時(shí)，視嚴(yán)重程度采取了停止提升或放慢提升速度的辦法，讓漏漿地層充分灌滿水泥漿，從而達(dá)到灌漿的目的。在二序孔的鉆孔中，取出了固結(jié)良好的類似混凝土的水泥芯，說(shuō)明用此方法處理漏漿切實(shí)可行。

（2）孤石處理。水庫(kù)大壩存在有個(gè)別大的孤石。高噴過(guò)程中，根據(jù)鉆孔記錄，在噴至孤石深度時(shí)，采取上、下50 cm加大擺角、放慢提升速度的辦法，充分將孤石用水泥漿包住，從而達(dá)到板墻充分連接的目的。

（3）事故停噴。如在高噴過(guò)程中發(fā)生停電等停噴事故，再次開噴時(shí)則采取復(fù)噴的辦法，解決因停噴造成的板墻連續(xù)性問(wèn)題。

3 項(xiàng)目應(yīng)用研究的主要內(nèi)容

3.1 高壓噴射灌漿方法的選定

高壓噴射灌漿方法常用的有單管、二管和三管三種。

單管法是用高壓泥漿泵以（20～25）MPa的壓力，從噴嘴中噴射出水泥漿液射流，沖擊破壞土體，同時(shí)提升或旋轉(zhuǎn)噴射管，使?jié){液與被剝落下來(lái)的土石顆粒摻攪混合，經(jīng)一定時(shí)間凝固，在土中形成凝結(jié)體。這種方法形成凝結(jié)體的范圍（樁徑或延伸長(zhǎng)度）較小。一般樁徑為（0.5～0.9）m。

二管法是用高壓泥漿泵以（20～25）MPa的壓力，用壓縮空氣機(jī)產(chǎn)生（0.7～0.8）MPa壓力的壓縮空氣，漿液和壓縮空氣通過(guò)具有兩個(gè)通道的噴射管，噴射管底部側(cè)面的同軸雙重噴嘴中同時(shí)噴射出高壓漿液和空氣兩種射流，沖擊破壞土體，在高壓漿液射流和它外圍環(huán)繞氣流的共同作用下，破壞土體的能量比單管法顯著增大，噴嘴一邊噴射一邊旋轉(zhuǎn)和提升，最后在土體中形成直徑明顯增加的柱狀固結(jié)體，其直徑達(dá)（0.8～1.5）m。

三管法是使用能輸送水、氣、漿的3個(gè)通道的噴射管，從內(nèi)噴嘴中噴射出壓力為（30～40）MPa的超高壓水流，水流周圍環(huán)繞著從外噴嘴中噴射出的圓管狀氣流，同軸噴射的水流與氣流沖擊破壞土體。由泥漿泵灌注較低壓力的水泥漿液進(jìn)行充填置換。這種方法的水壓力一般較高，在高壓水射流和壓縮空氣的共同作用下，噴射流破壞土體的有效射程顯著增大。噴嘴邊旋轉(zhuǎn)噴射邊提升，在地基中形成較大的負(fù)壓區(qū)，攜帶同時(shí)壓入的漿液進(jìn)入被破壞的地層進(jìn)行混合、充填，在地基中形成直徑較大、強(qiáng)度較高的旋噴狀凝結(jié)體，起到防滲或加固地基的作用。 其直徑一般有（1.0～2.0）m。

通過(guò)我們多次比對(duì)試驗(yàn)，單管法施工速度較快，成本較低，但形成凝結(jié)體的范圍（樁徑或延伸長(zhǎng)度）較??；二管法加固質(zhì)量好，但施工速度較慢，且成本較高，施工難度較大；三管法加固質(zhì)量好且形成凝結(jié)體的范圍較二管法大，較單管法要大1～2倍。所以在桃源縣小型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中均采用三管法高壓噴射灌漿的方法。

3.2 孔口間距的確定

高壓噴射灌漿孔口間距應(yīng)保證高壓噴射灌漿防滲墻厚度滿足防滲要求，依據(jù)《水利水電工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》，防滲墻厚度以下式計(jì)算：δ=H/L，式中：δ為防滲墻厚度；H為大壩壓力水頭（即上、下游水位差)；L為灌漿防滲墻允許水力坡降。

防滲墻允許水力坡降一般取值為100，桃源縣小型水庫(kù)上下游水位差一般不超過(guò)20.0m，所以設(shè)計(jì)防滲墻厚度一般為20 cm。

依據(jù)桃源縣小水庫(kù)高壓噴射灌漿試驗(yàn)結(jié)果，高壓噴射防滲板墻一般采用人字形連接，偏角15°。當(dāng)孔距為2.0m時(shí)，防滲墻成墻厚度為19.0 cm。而當(dāng)孔距為1.50m時(shí)，防滲墻成墻厚度可達(dá)28.0 cm，防滲效果大大加強(qiáng)。所以桃源縣小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程高壓噴射灌漿防滲孔口間距一般確定為1.50m。

3.3 灌漿參數(shù)的確定

灌漿工藝參數(shù)：高噴前，在地質(zhì)條件具有代表性的區(qū)段進(jìn)行試噴，然后進(jìn)行注水試驗(yàn)確定漿液性能、噴射流量、壓力和提升速度等工藝參數(shù)，桃源縣小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的高噴參數(shù)如表2所示。

表2 高噴灌漿施工參數(shù)

由于實(shí)施高噴灌漿各壩體的堤型、土質(zhì)和密實(shí)度不同，灌漿壓力和灌漿速度各不相同，為達(dá)到最佳防滲效果，我們?cè)谑┕で?，根?jù)壩體的壩型、土質(zhì)和密實(shí)度進(jìn)行工程試噴，根據(jù)相關(guān)施工灌漿規(guī)定參數(shù)范圍確定最佳灌漿技術(shù)參數(shù)。

如漳江鎮(zhèn)鎮(zhèn)江村的龍王沖水庫(kù)為均質(zhì)壩，在試噴中，我們就采用高壓水35 MPa、提升速度8 cm/min和采用高壓水30MPa、提升速度9 cm/min兩種參數(shù)進(jìn)行試噴。通過(guò)注水試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)采用高壓水35MPa、提升速度8 cm/min的防滲墻的滲透系數(shù)為5.62×10-6cm/s，優(yōu)于采用高壓水30MPa、提升速度9 cm/min的防滲墻的滲透系數(shù)10.62×10-6cm/s，滿足設(shè)計(jì)要求；因此我們?cè)邶埻鯖_水庫(kù)壩體高噴灌漿確定采用了高壓水35MPa、提升速度8 cm/min的系數(shù)。

盤塘鎮(zhèn)蓮蓬崗村的車家坪水庫(kù)為粘土心墻壩，在試噴中采用高壓水35MPa、提升速度8 cm/min和采用高壓水30MPa、提升速度9 cm/min兩種參數(shù)進(jìn)行試噴。通過(guò)注水試驗(yàn)，采用高壓水35MPa、提升速度8 cm/min的防滲墻的滲透系數(shù)為4.38×10-6cm/s，滿足設(shè)計(jì)要求；采用高壓水30MPa、提升速度9 cm/min的防滲墻的滲透系數(shù)為8.95×10-6cm/s，雖然滿足設(shè)計(jì)要求，但防滲效果不理想。所以車家坪水庫(kù)壩體高噴灌漿采用高壓水35MPa、提升速度8cm/min的系數(shù)。

懷化市溆浦縣的曹家沖水庫(kù)為粘土均質(zhì)壩，填筑料含砂量較大，在試噴中采用高壓水35MPa、提升速度8 cm/min進(jìn)行試噴，壩體開裂，采用高壓水34MPa、提升速度8 cm/min進(jìn)行試噴，壩體不開裂，通過(guò)注水試驗(yàn)，采用高壓水34MPa、提升速度8 cm/min的防滲墻的滲透系數(shù)為4.76×10-6cm/s，滿足設(shè)計(jì)要求；采用高壓水30MPa、提升速度9 cm/min的防滲墻的滲透系數(shù)為9.23×10-6cm/s，雖然滿足設(shè)計(jì)要求，但防滲效果不理想。所以在曹家沖水庫(kù)壩體高噴灌漿采用高壓水34MPa、提升速度8 cm/min的系數(shù)。

通過(guò)圍井試驗(yàn)檢測(cè)灌漿防滲效果，總結(jié)出適合中小型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的高噴參數(shù)：粘土均質(zhì)壩宜采用高壓水35MPa、提升速度8 cm/min；含砂量較大的粘土均質(zhì)壩宜采用高壓水34MPa、提升速度8 cm/min；粘土心墻壩宜采用高壓水35 MPa、提升速度8 cm/min；含砂量較大的粘土心墻壩宜采用高壓水33MPa、提升速度8 cm/min。

4 項(xiàng)目的技術(shù)水平與創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 項(xiàng)目的技術(shù)水平

結(jié)合桃源縣各水庫(kù)地質(zhì)條件和壩體滲漏的原因等實(shí)際情況，在推廣應(yīng)用壩體高壓噴射灌漿防滲技術(shù)的基礎(chǔ)上，制定出了一套適用于桃源的水庫(kù)壩體防滲漏的實(shí)用技術(shù)。經(jīng)過(guò)實(shí)際檢驗(yàn)，水庫(kù)壩體防滲漏效果良好。采用該實(shí)用技術(shù)高噴灌漿的109座水庫(kù)，通過(guò)注水試驗(yàn)，防滲效果非常理想。

4.2 項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)

（1）適應(yīng)桃源縣水庫(kù)地質(zhì)條件高噴灌漿方法的選取。

（2）適應(yīng)桃源縣水庫(kù)條件防滲灌漿孔距的確定。

（3）桃源縣水庫(kù)防滲處理的灌漿技術(shù)參數(shù)的確定。

5 成果推廣前景分析

大壩壩體高壓噴射灌漿是一種有效的大壩防滲工程措施，具有機(jī)械施工操作方便，施工進(jìn)度快，防滲效果明顯的特點(diǎn)，具有較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益：全縣共有310座小型水庫(kù)，通過(guò)灌漿防滲，可新增有效庫(kù)容2 850萬(wàn)m3，改善和新增灌溉面積0.8萬(wàn)hm2（12.0萬(wàn)畝），增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)值達(dá)2.12億元。在江西省贛州市寧都縣的坡坑、湖南省懷化市溆浦縣的曹家沖等水庫(kù)通過(guò)高噴灌漿，效果明顯，得到了業(yè)主的好評(píng)。高噴灌漿在中小型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固大壩防滲工程中值得大力推廣。

6 效益分析

6.1 經(jīng)濟(jì)效益

（1）桃源縣共有小型水庫(kù)310座，全縣已完成124座小型病險(xiǎn)水庫(kù)的除險(xiǎn)加固任務(wù)，其中采取高噴灌漿防滲的水庫(kù)有109座，這些水庫(kù)擔(dān)負(fù)桃源縣0.58萬(wàn)hm2（8.7萬(wàn)畝）農(nóng)田的灌溉和當(dāng)?shù)鼐用竦纳钣盟?，?xiàng)目完成后，每年增加水庫(kù)有效庫(kù)容2 150萬(wàn)m3，改善和新增灌溉面積0.52萬(wàn)hm2（7.8萬(wàn)畝），增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)值達(dá)1.23億元。

（2）給社會(huì)帶來(lái)較大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也給公司帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益，2013年年產(chǎn)值達(dá)到1.23億元。

6.2 社會(huì)效益

水庫(kù)大壩高噴灌漿防滲后能大大提高水庫(kù)大壩的安全運(yùn)行能力，確保大壩安全，減輕水庫(kù)下游的防洪壓力，提升地區(qū)防洪保障能力，為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供安全保障，為庫(kù)區(qū)人民的生命財(cái)產(chǎn)提供了安全保障，具有較大的防洪保安效益。