許杰民 許臻真

（太原市水利技術(shù)推廣服務(wù)站 山西太原030024）

1 水屯營(yíng)水庫(kù)工程概況

太原市清徐縣水屯營(yíng)水庫(kù)（又名清泉西湖）位于清徐縣城西部。水庫(kù)修建的最初作用是積蓄清徐梁泉自流井的常年出流，兼有白石南河和澤魚河的緩洪作用。1997年秋梁泉自流井?dāng)嗔?，水?kù)的補(bǔ)給水源改為從汾河二壩西干渠引水。

水屯營(yíng)水庫(kù)是一座地面式水庫(kù)，于1964年建成，后于1978年及2004年相繼進(jìn)行了清淤擴(kuò)建。大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高8m，正常蓄水位均高出周圍地面，蓄水面積102.8萬m2。大壩周長(zhǎng)3910 m。總庫(kù)容500萬m3。是一座以供水為主，兼顧灌溉的?。á瘢┬退畮?kù)，工程等級(jí)為Ⅳ等，主要建筑物大壩為四級(jí)建筑物。設(shè)計(jì)灌溉面積233hm2，每年工業(yè)供水量600萬m3。

2 存在問題

水屯營(yíng)水庫(kù)于2010年完成了安全鑒定，水庫(kù)大壩存在的主要問題是壩體土總體上質(zhì)量較差，壩體填筑土的干密度較小，土體均勻性差；壩基的粉細(xì)砂層存在側(cè)向滲水。

2.1 壩體土質(zhì)量

依據(jù)本次勘察豎井44組土樣的試驗(yàn)資料，可以看出，壩體土呈可塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，孔隙比為0.601～0.946，屬中等～高壓縮性土。

壩體土的含水率19.8%～32.5%，總體上來看，一般情況下由上至下含水率有逐漸增大的趨勢(shì)，接近地下水位時(shí)土體接近飽和狀態(tài)，豎井底部孔壁上可見有水滴滲出，井底有滲水或在翌日時(shí)井底出現(xiàn)積水。

壩體土的干密度為1.41～1.71g/cm3，變化較大，在垂向上及橫向上均無明顯的變化規(guī)律可尋。總體來看，壩體土干密度偏低，密實(shí)度較小，干密度變化較大，且呈無規(guī)律性分布，說明壩體土碾壓均勻性存在一定程度的差異性。按壩體干密度設(shè)計(jì)值1.60 g/cm3來考慮，其壓實(shí)程度偏小，大壩壩體土的工程質(zhì)量較差。

壩體土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)為5～12擊，錘擊數(shù)數(shù)值大小差異較小，在垂直方向和水平方向上變化趨勢(shì)略為偏大，說明壩體土的密實(shí)度變化較大，壩體土下部密實(shí)度較上部密實(shí)度要大些。

綜上所述，從地質(zhì)測(cè)繪成果及室內(nèi)試驗(yàn)資料分析，總體上來看，壩體土質(zhì)變化較大，均勻性較差，密實(shí)度較低，壩體土填筑質(zhì)量欠佳。

2.2 壩基地質(zhì)特性

水庫(kù)地質(zhì)勘查結(jié)果顯示，水屯營(yíng)水庫(kù)壩基土層以低液限粉土和低液限黏土為主，透水性較小，但在東部壩基水平距離0+000～0+780 m地段，在西部壩基水平距離2+100～2+920 m及北部壩基水平距離2+920～3+900 m地段，總長(zhǎng)度為2580 m，占大壩總長(zhǎng)度的66.15%。壩基土層中分布有厚度0.4～1.4m的粉細(xì)砂層，其滲透性大，壩基滲透系數(shù)為4.9×10-4cm/s～1.5×10-6/cm/s，在壩基下游出溢形成出溢或抬高地下水位，因而水庫(kù)在該壩基段會(huì)產(chǎn)生較大的滲漏量。經(jīng)計(jì)算，壩基最大滲漏量達(dá)1050.7m3/d，折合水庫(kù)年滲漏量為38.5萬m3。

3 工程措施

水屯營(yíng)水庫(kù)是典型的地面式水庫(kù)，壩體周長(zhǎng)相對(duì)較長(zhǎng)，四周多是村莊和耕地，由于水庫(kù)大壩滲漏量大，周圍耕地常年積水鹽堿化，村莊房屋潮濕；由于水庫(kù)已建多年，防滲墻已經(jīng)達(dá)不到防滲效果，為確保水庫(kù)大壩安全、減少施工工作量、方便施工，經(jīng)綜合論證，確定采用水泥攪拌樁防滲墻對(duì)大壩壩體及壩基進(jìn)行防滲處理。

防滲墻中心線布置在壩軸線靠上游側(cè)，防滲墻高12m，即從壩頂向下1m開始至壩基以下5m之間（高程763.50 m至751.50 m需要防滲），最小搭接墻厚0.3m，防滲墻設(shè)計(jì)要求達(dá)到滲透系數(shù)小于1×10-6cm/s，抗壓強(qiáng)度大于0.3MPa。防滲墻平面布置圖詳見圖1。水泥攪拌樁孔徑0.44m，孔間距為3.22m，搭接段長(zhǎng)度不能小于0.3m，防滲墻軸線位于壩軸線上游側(cè)0.5m處。

圖1 水泥攪拌樁平面布置圖（尺寸單位：cm）

4 水泥攪拌樁施工

4.1 施工準(zhǔn)備

清場(chǎng)備料：由于壩頂為硬化的混凝土路面，因此在施工前，根據(jù)設(shè)計(jì)的水泥攪拌樁防滲墻軸線開挖水泥路面，清除壩頂堆積物，作業(yè)面不得小于5m，當(dāng)壩頂表面過軟時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)措施防止機(jī)械失穩(wěn)，以保證攪拌樁的正常施工。同時(shí)將臨近施工時(shí)備足水泥用量，施工機(jī)械就位。

測(cè)量放線：根據(jù)大壩上已經(jīng)測(cè)定的控制點(diǎn)以及提供的坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)，按照設(shè)計(jì)圖紙要求測(cè)放墻體施工軸線，并用竹簽標(biāo)記。樁間距和孔徑嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求設(shè)置，確保墻體搭接滿足設(shè)計(jì)要求。

安裝調(diào)試：測(cè)量放線完成后支撐移動(dòng)車和主機(jī)就位，在適當(dāng)?shù)奈恢眉茉O(shè)樁架，同時(shí)安裝制漿、注漿設(shè)備，確保上述設(shè)備安裝完成后，接通水路、電路，運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試。

開挖儲(chǔ)留溝鋪設(shè)墊板：根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖紙要求開挖儲(chǔ)留溝并在溝內(nèi)鋪設(shè)墊板，儲(chǔ)留溝可以保證鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中所需水泥的余漿儲(chǔ)放量和回漿補(bǔ)給量，墊板用來均衡主機(jī)對(duì)壩體的壓力防止應(yīng)力集中，主機(jī)失穩(wěn)，儲(chǔ)留溝長(zhǎng)度應(yīng)超前主機(jī)作業(yè)10 m。

4.2 鉆機(jī)就位

本次采用的鉆機(jī)是DSMM-5Ⅲ18三頭水泥攪拌樁機(jī)。

樁位測(cè)放檢驗(yàn)合格后，鉆機(jī)就位。根據(jù)3根攪拌軸軸間的中心距離，在墻體中心的標(biāo)線上劃定每幅間套接的位置，偏差不能超過5cm。采用水平管法、吊垂線法和鑲嵌水準(zhǔn)泡法控制鉆桿的垂直度，確保鉆桿偏斜率不超過0.5%，墻體垂直偏差不能超過0.3%。定時(shí)檢修鉆頭葉片磨損情況，確保樁徑滿足設(shè)計(jì)要求。鉆頭鉆進(jìn)速度及最終掘進(jìn)深度可以通過樁架導(dǎo)柱上劃分標(biāo)尺來控制，挖掘深度偏差不超過設(shè)計(jì)深度的0.2m。

4.3 預(yù)攪下沉及制漿

鉆機(jī)就位后，首先鉆機(jī)下沉，下沉過程應(yīng)勻速進(jìn)行，鉆進(jìn)攪拌速度控制在0.5～1m/min。鉆進(jìn)過程中隨時(shí)檢測(cè)攪拌軸的垂直度，以保證攪拌樁的偏傾率不超過0.5%。當(dāng)鉆頭鉆至樁底設(shè)計(jì)高程時(shí)，停止下沉。根據(jù)不同土質(zhì)，水泥漿液的配制按照設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)的要求配置。本工程中水泥摻入量為12%，水灰比選用1：0.60，并隨配隨用；漿液不能發(fā)生離析，用比重計(jì)量測(cè)控制漿液的質(zhì)量。放漿前攪拌30 s再用泵把配制好的水泥漿輸送到儲(chǔ)漿罐，可以防止灰漿離析。

4.4 提升噴漿

預(yù)攪下沉至設(shè)計(jì)樁底高程后，必須在樁底持續(xù)噴攪數(shù)秒后再回轉(zhuǎn)提升鉆桿，再以1～1.5m/min的速度邊提升邊噴漿，提升噴漿量為整根樁注漿量的30%，以保證墻體底部質(zhì)量。當(dāng)鉆桿提升至設(shè)計(jì)樁頂高程時(shí)，停止提升，繼續(xù)噴漿數(shù)秒。

4.5 下沉噴漿

為確保墻體強(qiáng)度均勻，采用下沉噴漿，ν下沉≤1m/min，直到樁底。下沉過程中若發(fā)生斷漿，須從斷漿面以上0.5m處開始復(fù)噴。噴漿過程中為防止水泥摻入量不均需經(jīng)常攪動(dòng)積料斗的漿液。斷漿面需作好記錄。

4.6 復(fù)攪提升

當(dāng)下沉噴漿完成后，鉆具均勻提升ν提升≈1m/min，到達(dá)設(shè)計(jì)樁頂高程時(shí)停止提升并持續(xù)攪拌10 s后再將鉆具提出孔口。一孔水泥攪拌樁的施工完成，重復(fù)上述過程便可完成水泥攪拌樁防滲墻的施工。

5 工程效果

水屯營(yíng)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程于2012年4月1日開工，同年6月30日完工，工程竣工后水庫(kù)防滲取得了預(yù)期效果：

1）水庫(kù)周邊村莊的浸漬問題得到了有效遏制，房屋潮濕問題得到改善；

2）田間浸水消失，改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，糧食產(chǎn)量得到提高；

3）減小了水庫(kù)滲漏量，供水效益得到提高；

4）提高了大壩結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性，有效地降低了土石壩壩體浸潤(rùn)曲線。

總之，平原地面式水庫(kù)（及人工湖）采用水泥攪拌樁對(duì)土石壩壩體及壩基進(jìn)行防滲處理，是一種行之有效的措施，水庫(kù)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益實(shí)現(xiàn)了雙贏，為低壩及常年蓄水的土石壩除險(xiǎn)加固工程提供了參考經(jīng)驗(yàn)。

6 建議

水泥攪拌樁在水屯營(yíng)水庫(kù)防滲工程中成功的應(yīng)用，為土石壩防滲提供了施工方法，為小型地表水庫(kù)的水泥攪拌樁防滲墻防滲措施提供了參考依據(jù)。以下是針對(duì)水泥攪拌樁防滲墻施工提出的建議：

1）在鉆頭鉆進(jìn)過程中為防止噴漿嘴堵塞需經(jīng)常檢查噴漿管路是否暢通；

2）噴槳完成后為保證水泥摻入量達(dá)到設(shè)計(jì)要求、墻體強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求應(yīng)及時(shí)計(jì)算每孔耗灰量，要特別重視墻體下部的耗灰量；

3）控制好鉆桿的垂直度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，保證墻體搭接、墻體連續(xù)性滿足設(shè)計(jì)要求；

4）鉆孔過程中孔間距略小于設(shè)計(jì)孔間距，鉆具葉片磨損情況應(yīng)經(jīng)常檢查，防止墻體搭接厚度不滿足設(shè)計(jì)要求；

5）墻體水泥摻入量均勻密實(shí)是影響墻體質(zhì)量的關(guān)鍵因素，因此在攪拌、下沉、提升時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制其速度。