黃全海，趙尊亭，王利芳

(1．河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第三地質(zhì)勘查院，河南 洛陽(yáng)471023;2．河南省巖土工程有限公司，河南洛陽(yáng)471023)

0 引言

滲水是水工建筑物運(yùn)行中難以避免但也不能忽視的現(xiàn)象，滲漏嚴(yán)重時(shí)選取適宜的處理措施是確保壩體安全的關(guān)鍵。在洛陽(yáng)市境內(nèi)的某赤泥庫(kù)，由于企業(yè)在赤泥庫(kù)壩體工程未全面完工時(shí)就開(kāi)始投入試運(yùn)行，試運(yùn)行中發(fā)生大面積滲漏及管涌，嚴(yán)重威脅著大壩的安全，經(jīng)過(guò)滲漏原因分析及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，采用“上游堵截滲水來(lái)源，下游增加排滲措施”的方法進(jìn)行搶險(xiǎn)加固，取得了較好的防滲堵漏效果。

1 工程概況

發(fā)生壩體滲漏的赤泥庫(kù)屬山谷型赤泥堆積庫(kù)，庫(kù)址三面環(huán)山，一面筑壩，庫(kù)底及壩基地層為互層狀灰白色、暗紅色強(qiáng)風(fēng)化及中等風(fēng)化泥質(zhì)砂巖和泥巖。該赤泥庫(kù)設(shè)計(jì)壩頂高程490 m，壩底高程440 m，壩高50 m，壩軸線長(zhǎng)470 m，壩頂寬6．2 m，內(nèi)坡比為1∶2．0，外坡設(shè)置3條馬道，平均外坡比1∶3，壩體內(nèi)坡面鋪設(shè)土工膜(兩布一膜)進(jìn)行防滲，土工膜下鋪設(shè)垂直于壩坡1200 mm厚的砂礫排滲帶。在壩體外坡430 m標(biāo)高設(shè)置排水棱體，排水棱體頂部高程430 m，高5 m，頂寬2．0 m，內(nèi)坡比 1∶1．5，外坡比1∶2．0。在排水棱體與壩體接觸部位設(shè)置600 mm厚反濾層。

工程未全面完工情況下試運(yùn)行，試運(yùn)行中當(dāng)庫(kù)內(nèi)水位達(dá)到475．1 m時(shí)，大壩外坡出現(xiàn)嚴(yán)重滲水，部分區(qū)域出現(xiàn)直徑10 mm左右的管涌，另外多處出現(xiàn)大面積沼澤化情況。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，壩體最高滲水點(diǎn)高程473 m，比庫(kù)內(nèi)水位低2．1 m，最低滲水點(diǎn)高程455 m，整個(gè)滲水區(qū)域面積約7200 m2。

2 滲漏原因分析

根據(jù)壩體施工日志及應(yīng)急勘探孔檢查情況，綜合分析后得出壩體滲漏主要有以下幾個(gè)方面原因。

(1)大壩施工質(zhì)量差，筑壩材料不符合設(shè)計(jì)要求。

壩體原設(shè)計(jì)為均質(zhì)土壩，筑壩材料選用當(dāng)?shù)卣惩?，要求均質(zhì)壩的水平滲透系數(shù) ＜1×10－4cm/s。大壩施工中質(zhì)量未得到有效控制，施工材料選用的是現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)砂巖，其內(nèi)含有大量超徑石塊和砂礫巖，筑壩材料中最大塊石粒徑達(dá)500 mm，筑壩材料不均勻，石塊局部集中，造成粗料局部架空或孔隙很大，壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求;現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急勘察鉆進(jìn)施工時(shí)泥漿漏失嚴(yán)重，局部地段出現(xiàn)孔口不返漿的現(xiàn)象;根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的分段鉆孔降水頭注水試驗(yàn)情況分析，勘探孔深度范圍內(nèi)滲透系數(shù)均＞4×10－3cm/s，特別是在高程455～475 m，壩體滲透系數(shù)為3．2 ×10－2～8．5 ×10－2cm/s，具有強(qiáng)—中透水性。注水試驗(yàn)成果見(jiàn)表1。

表1 KC1孔注水實(shí)驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

(2)土工膜防滲失效。

壩體防滲設(shè)計(jì)主要采取在內(nèi)坡面鋪設(shè)土工膜(兩布一膜)進(jìn)行防滲，同時(shí)為了防止土工膜破損，在壩體與土工膜之間鋪設(shè)500 mm厚的粘土墊層加以保護(hù)。土工膜在施工時(shí)，施工工作面積過(guò)大，土工膜未按原設(shè)計(jì)要求預(yù)留余幅(1．5%)，焊縫搭接寬度及粘結(jié)強(qiáng)度不足，壩體及膜下墊層施工質(zhì)量差，在外部荷載作用下，出現(xiàn)土工膜的接縫局部撕裂現(xiàn)象，導(dǎo)致防水失效。

(3)部分安全設(shè)施未按進(jìn)度完成。

圖1 帷幕灌漿設(shè)計(jì)立面圖

原設(shè)計(jì)在壩內(nèi)坡設(shè)置1200 mm厚的砂礫石斜臥排滲層，方便壩前堆積的赤泥內(nèi)的滲水通過(guò)此排滲層及庫(kù)底滲水導(dǎo)流管排到壩下游，加速壩內(nèi)沉積赤泥的排水固結(jié)，起到一定防滲降低浸潤(rùn)線的作用。從施工日志上看，壩內(nèi)472～490 m標(biāo)高段未按設(shè)計(jì)鋪設(shè)排滲層，且壩體下游坡原設(shè)計(jì)的排水棱體及回水池未施工，在滲水導(dǎo)流管封堵的情況下，排滲層不能工作，導(dǎo)致下游壩面浸潤(rùn)線出逸較高。

3 搶險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

3．1 設(shè)計(jì)理念

根據(jù)大壩滲漏情況及滲漏原因分析，擬定對(duì)大壩進(jìn)行搶險(xiǎn)加固。搶險(xiǎn)加固的主要原則是“內(nèi)堵外排”，確保大壩安全。針對(duì)該赤泥庫(kù)的滲漏原因，采取的內(nèi)堵就是加強(qiáng)內(nèi)坡土工膜的防滲，并在壩體中間增設(shè)一道防滲墻，截?cái)酀B漏通道;外排就是在壩的下游坡采用導(dǎo)滲和濾水措施，使?jié)B水在不帶走土顆粒的前提下，迅速安全排出，以達(dá)到滲透安全穩(wěn)定。具體措施就是沿壩頂軸線灌漿，形成一道防滲墻;加固上游土工布防滲，完善下游壩坡導(dǎo)滲溝設(shè)置及下游壩腳處排水棱體。

3．2 壩體防滲墻設(shè)計(jì)

防滲墻采用灌漿處理形成，防滲墻處理范圍為從大壩樁號(hào)0+000～471 m全壩段，處理深度為壩頂至壩底基巖下5．0 m，處理后即可在壩體中軸線上游形成一道厚度≮2．0 m的水泥防滲墻，阻止壩體上游的滲水，如圖1所示。灌漿孔初步采用2排布孔設(shè)計(jì)，排距1．5 m，孔距1．0 m，呈梅花型布置，其中下排孔位于壩軸線處;灌漿時(shí)先施工下游再施工上游，每排孔均按Ⅲ序孔施工，施工順序見(jiàn)圖2;灌漿材料采用42．5硅酸鹽水泥加適當(dāng)用量粘土與水拌勻，灌漿方法采用孔口壓塞、自上而下、孔內(nèi)循環(huán)的方法，灌注最大壓力暫定為1．5 MPa，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況進(jìn)行調(diào)整;灌漿處理后形成的防滲墻滲透系數(shù)應(yīng) ＜1 ×10－5cm/s。

圖2 灌漿施工分序圖

3．3 施工前灌漿試驗(yàn)

由于壩體施工質(zhì)量較差、滲漏嚴(yán)重，且壩體下游有村民居住，事故處理專(zhuān)家組建議先通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證采用帷幕灌漿在技術(shù)上的可行性、效果上的可靠性以及經(jīng)濟(jì)上的合理性，并要求對(duì)擬采用的灌漿施工工藝、灌漿漿液的類(lèi)別配比和灌漿壓力等技術(shù)參數(shù)的適宜性進(jìn)行檢驗(yàn)。帷幕灌漿試驗(yàn)選擇在壩軸線中部左側(cè)區(qū)域進(jìn)行，共施工試驗(yàn)孔3個(gè)，檢測(cè)孔1個(gè)，完成鉆探進(jìn)尺142．7 m。

試驗(yàn)鉆孔采用硬質(zhì)合金鉆頭泥漿護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，鉆孔直徑110 mm，灌漿方法采用自上而下分段、孔口壓塞、孔內(nèi)循環(huán)法，檢測(cè)孔布置在3個(gè)灌漿孔中心部位，鉆孔降水頭注水試驗(yàn)在灌漿結(jié)束后14天進(jìn)行，鉆孔注水試驗(yàn)分3段進(jìn)行。通過(guò)帷幕灌漿試驗(yàn)，得出如下結(jié)淪:

(1)硬質(zhì)合金鉆頭泥漿護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法，在碎石含量較高的區(qū)域及底部基巖部位施工技術(shù)上是可行的;

(2)段長(zhǎng)劃分采用第一段2 m，第二段3 m，第三段3 m，第四段及其以下各段均為5 m比較合適;

(3)以水泥粘土漿為主要灌注漿材，粘土摻量為水泥質(zhì)量的30%，灌漿漿液由稀至濃逐級(jí)變換，漿液水灰比采用3、2、1、0．6 等 4 個(gè)比級(jí)，技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理;

(4)注漿壓力第一段選用0．3 MPa，向下每段增加0．2 MPa，最大注漿壓力為1．5 MPa時(shí)，注漿效果能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求;

(5)采用孔口壓塞、自上而下、孔內(nèi)循環(huán)的灌漿方法，平均單位耗灰量 238．27～514．08 kg/m，且單位耗灰量根據(jù)注漿孔施工循序由前到后逐漸減少，整體上灌漿效果比較理想;

(6)注水試驗(yàn)證明，地層滲透系數(shù)為35．74×10－6～1．13 ×10－5cm/s，基本能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的防滲效果。

4 帷幕灌漿施工

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，赤泥庫(kù)初期壩壩軸線長(zhǎng)471 m，設(shè)計(jì)2排注漿孔，共設(shè)計(jì)鉆孔943個(gè)，梅花型布置，孔深5～51．7 m(根據(jù)實(shí)際壩體高度進(jìn)行調(diào)整，以孔底超過(guò)壩基以下基巖5 m為準(zhǔn))。鉆孔施工時(shí)采用硬質(zhì)合金鉆頭泥漿護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，鉆孔直徑110 mm，灌漿方法采用自上而下分段、孔口壓塞、孔內(nèi)循環(huán)法。由于工程量較大，施工時(shí)分成10個(gè)單元進(jìn)行管理。

4．1 施工工藝流程

帷幕灌漿施工的工藝流程為:測(cè)放孔位→埋設(shè)孔口管→鉆孔→鉆孔沖洗→灌漿→待凝→鉆下段(循環(huán))→封孔→搬遷至下一孔。

4．2 灌漿時(shí)漿液濃度變換原則

(1)每段灌漿前使用灌漿漿液置換孔內(nèi)泥漿;

(2)當(dāng)水灰比3的漿液灌注400 L以上，而漿液注入率和壓力均無(wú)明顯變化時(shí)變濃一級(jí);

(3)其它水灰比的漿液灌注600 L以上，而漿液注入率和壓力均無(wú)明顯變化時(shí)變濃一級(jí);

(4)當(dāng)漿液注入率＞40 L/min，灌注800 L以上時(shí)，可越一級(jí)變濃;

(5)鉆孔時(shí)孔口長(zhǎng)時(shí)間不返泥漿的，可直接灌注最濃一級(jí)漿液;

(6)當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)，或注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變水灰比。

4．3 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)及封孔

在該段設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)漿液注入率≯1 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注60 min結(jié)束灌漿。封孔采用“全孔壓力灌漿封孔法”，即全孔灌漿完畢后，先不提射漿管，用射漿管將孔內(nèi)余漿全部置換成水灰比為0.6的濃漿，然后提出射漿管、將孔口封閉，繼續(xù)使用濃漿進(jìn)行純壓灌漿封孔時(shí)間≮1 h。

4．4 灌漿觀測(cè)工作

為保證壩體灌漿質(zhì)量和壩體安全，檢驗(yàn)灌漿效果，在灌漿期間進(jìn)行壩體觀測(cè)，項(xiàng)目包括:表面變形、壩體位移、壩頂裂縫、壩體冒漿、滲流等。在灌漿過(guò)程中，設(shè)有專(zhuān)職觀測(cè)人員負(fù)責(zé)觀測(cè)工作，全面控制灌漿質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決施工中出現(xiàn)的問(wèn)題;對(duì)于位移觀測(cè)(包括沉降觀測(cè)和位移觀測(cè))，根據(jù)選定的觀測(cè)斷面，對(duì)布設(shè)的觀測(cè)混凝土樁，在灌漿期間每天觀測(cè)2～4次，非灌漿期間每5天觀測(cè)1次;其它觀測(cè)內(nèi)容每天觀測(cè)2次。

4．5 灌漿施工過(guò)程中特殊情況的處理

4．5．1 塌孔

鉆孔經(jīng)過(guò)碎石含量較高的部位時(shí)，由于地層相對(duì)松散，孔壁不穩(wěn)，易發(fā)生掉塊及塌孔的現(xiàn)象，此時(shí)采用在循環(huán)泥漿中加入2%～3%的廣譜類(lèi)護(hù)壁劑，用小泵量循環(huán)快速通過(guò)，當(dāng)孔壁不穩(wěn)定地段較厚時(shí)，采用下入套管護(hù)壁的方式進(jìn)行施工。

4．5．2 灌漿中斷

由于機(jī)械設(shè)備、輸漿管等發(fā)生故障或因地質(zhì)因素的影響而發(fā)生灌漿中斷時(shí)，必須迅速處理，以使灌漿連續(xù)進(jìn)行。短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)的，若吸漿量與灌注前相同或相近，可采用中斷前的比級(jí)續(xù)灌，若吸漿量較灌前大幅減少，則改用最稀一級(jí)配比灌注。當(dāng)中斷時(shí)間超過(guò)初凝時(shí)間時(shí)，應(yīng)重新下鉆掃孔和沖洗鉆孔，用起始水灰比進(jìn)行復(fù)灌;復(fù)灌后若吸漿量大幅減少且在極短時(shí)間內(nèi)停止吸漿，則該孔段灌注無(wú)效，應(yīng)采取其它補(bǔ)求措施。

4．5．3 串漿

由于施工質(zhì)量較差，部分地段大面積存在碎石架空現(xiàn)象，在灌漿過(guò)程中往往發(fā)生串漿現(xiàn)象，此時(shí)采取如下措施:

(1)串漿孔與灌漿孔同時(shí)施灌;

(2)在串漿孔內(nèi)漏漿段以上部位安設(shè)止水塞，嚴(yán)密封堵，灌漿孔按要求正常灌注，待灌漿孔灌漿結(jié)束后，再對(duì)串漿孔進(jìn)行掃孔、沖洗、而后繼續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn)或灌漿;

(3)適當(dāng)增大相鄰兩個(gè)次序孔先后施工的間隔時(shí)間。

4．5．4 地表冒漿

由于部分地段的灌漿孔段與地表有垂直方向的連通孔隙，在灌漿壓力較大而灌漿段的位置又較淺時(shí)，常易發(fā)生地表冒漿現(xiàn)象。這種情況下可采取調(diào)濃漿液、摻速凝劑、加粗骨料、降低泵壓、限制吸漿量等方法進(jìn)行處理，或用間歇法(間歇10 min灌注30 min)以及停灌待凝48 h然后掃孔、沖孔、復(fù)灌加以處理。

4．5．5 地層嚴(yán)重漏漿

由于筑壩施工過(guò)程中碎石局部較集中，碎石架空現(xiàn)象明顯，灌漿過(guò)程中常常發(fā)生嚴(yán)重漏漿的現(xiàn)象，處理時(shí)一般按下述原則進(jìn)行。

(1)降低灌注壓力:用低壓或自流式灌漿，待孔隙逐漸充滿(mǎn)漿液并降低流動(dòng)性后再逐漸升高壓力，按正常程序進(jìn)行灌注;

(2)限制進(jìn)漿量:將進(jìn)漿量限制在30 L/min以下，使用濃漿進(jìn)行灌注，待進(jìn)漿量明顯減少時(shí)，將壓力逐漸升高，如此反復(fù)進(jìn)行;

(3)增大漿液濃度:使用濃度大的漿液灌注，必要時(shí)可摻加砂(粘土)料配制濃漿，并適當(dāng)降低壓力，待單位吸漿量降低后再用純水泥漿并逐漸升高壓力施灌;

(4)間歇灌漿:在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)地層一直大量吸漿并且基本不起壓力的情況下使用。

5 加固及完善其它安全設(shè)施

5．1 壩上游土工膜防滲加固

鑒于庫(kù)內(nèi)沉積赤泥已接近472 m標(biāo)高，對(duì)472 m標(biāo)高以下的土工膜進(jìn)行加固防滲已不現(xiàn)實(shí)。故僅對(duì)標(biāo)高472 m以上的土工膜進(jìn)行加固。并在壩上游土工膜外新加一道2000 mm厚粘土防滲層，粘土防滲層選用粘土，迎水面拍打密實(shí)平整。同時(shí)在粘土防滲層上，復(fù)鋪一層厚度為2 mm的HDPE土工膜，土工膜拼接時(shí)選用熱熔焊法，焊縫搭接寬300 mm。其底部必須與前次鋪設(shè)土工膜焊接可靠，構(gòu)成完全封閉體系。

5．2 增加導(dǎo)滲溝

壩體下游出現(xiàn)大面積滲水及明流，滲水逸出點(diǎn)較高。為了保護(hù)下游坡滲透穩(wěn)定，采用導(dǎo)滲處理是一種有效的處理方法。沿壩軸線每隔10～15 m布置一條縱向?qū)B溝，為了達(dá)到較好的排滲效果，分別在480、470、460 m馬道下游處，結(jié)合縱向?qū)B溝，布置三道“W”形支導(dǎo)滲溝，滲水匯集到縱向?qū)B溝后排至下游排水溝，再由排水溝匯集至回水池。

5．3 增設(shè)貼坡排水體

鑒于大壩下游浸潤(rùn)線逸出點(diǎn)高，原設(shè)計(jì)排水棱體未及時(shí)施工，影響大壩下游坡的安全?，F(xiàn)按原圖施工會(huì)影響大壩安全，故在下游坡腳設(shè)貼坡排水棱體，加大棱體厚度和高度。設(shè)計(jì)棱體頂面高程440 m，頂部寬10．0 m，外坡坡比1∶3．0，內(nèi)坡同壩外坡，壩腳清基至422．9 m標(biāo)高，清基底寬10．0 m，基坑邊坡1∶1．0，貼坡采用干砌石結(jié)構(gòu)。排水體與壩體之間設(shè)反濾層，保護(hù)壩體滲透穩(wěn)定。反濾層采用3層貼近壩體第一層為粒徑0．25～1 mm的砂，厚300 mm;中間層為粒徑1～5 mm的礫石，厚300 mm;外層為粒徑5～20 mm的碎石或卵石，厚300 mm。壩腳處設(shè)排水溝匯集濾水。

6 搶險(xiǎn)加固效果

6．1 帷幕灌漿質(zhì)量檢查

帷幕灌漿質(zhì)量檢查以鉆孔取心觀察和檢查孔降水頭注水試驗(yàn)為主，注水試驗(yàn)在壩段灌漿結(jié)束14天后進(jìn)行。本工程質(zhì)量檢查孔均由監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位布置，共在10個(gè)單元中布置注水試驗(yàn)孔20個(gè)，每個(gè)單元2個(gè)孔，均位于2排灌漿孔中間，完成注水試驗(yàn)72段，測(cè)得各試驗(yàn)段的綜合滲透系數(shù)為2．3×10－6～8．9 ×10－6cm/s，均 ＜1 ×10－5cm/s，合格率 100%。

6．2 運(yùn)行效果評(píng)價(jià)

搶險(xiǎn)加固工程結(jié)束后壩體外坡已沒(méi)有滲出點(diǎn)出現(xiàn)，經(jīng)過(guò)3個(gè)月的尾礦排放試運(yùn)行后通過(guò)了主管部門(mén)的竣工驗(yàn)收，目前該赤泥庫(kù)已經(jīng)堆積至最終設(shè)計(jì)標(biāo)高，進(jìn)入到閉庫(kù)程序，壩外坡未再出現(xiàn)滲漏情況，導(dǎo)滲管排滲正常，赤泥庫(kù)整體運(yùn)行良好。

7 結(jié)語(yǔ)

從壩體搶險(xiǎn)加固后的鉆孔取心、注水試驗(yàn)和運(yùn)行情況看，針對(duì)該赤泥庫(kù)滲漏采取的“內(nèi)堵外排”措施是行之有效的，尤其是灌漿施工前的試驗(yàn)工作，為該工程的鉆孔施工工藝、灌漿壓力、段長(zhǎng)的劃分及漿液水灰比的比級(jí)選取等參數(shù)的適宜性提供了直接的依據(jù)，尤其是在碎石較集中區(qū)域的鉆探施工及灌漿參數(shù)的選取，得出了較為可貴的經(jīng)驗(yàn)，值得在類(lèi)似地層中推廣應(yīng)用。

［1］ 張景秀．壩基防滲與灌漿技術(shù)(第2版)［M］．北京:中國(guó)水利水電出版社，2002．

［2］ 白永年，等．中國(guó)堤壩防滲加固新技術(shù)［M］．北京:中國(guó)水利水電出版社，2001．

［3］ 鄧樹(shù)密．伊朗TALEGHAN水利樞紐廠房封閉帷幕灌漿施工［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2014，41(8):66 －69．

［4］ 畢明亮，等．深厚砂礫石地層帷幕灌漿質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)［J］．災(zāi)害與防治工程，2008，(2):62 －66．

［5］ 劉海波．砂礫石層壩基帷幕灌漿施工技術(shù)［J］．西部探礦工程，2008，(5):39 －41．

［6］ 馬小七，呂建民，路學(xué)忠．寧夏太陽(yáng)山供水工程劉家溝水庫(kù)壩基帷幕灌漿試驗(yàn)研究［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007，34(6):29－32．

［7］ 明義．某防滲墻底部帷幕灌漿施工技術(shù)淺析［J］．西部探礦工程，2009，(2):36 －37．

［8］ 黨令宣．南沙水電站壩基帷幕灌漿施工控制［J］．水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2009，7(1):138 －139．