王曉飛

(中國水電基礎局有限公司三公司，成都，610213)

“先填壩后防滲處理”在大竹河水庫土石壩施工中的應用

王曉飛

(中國水電基礎局有限公司三公司，成都，610213)

土石壩“先填壩后防滲處理”施工模式通過在大竹河水庫的實踐，為后續(xù)類似工程開創(chuàng)了一條新路子、一個新工法，其優(yōu)點頗多：(1)減輕了建設初期的施工壓力；(2)在壩體填筑至一定高程具備擋水能力后，給防滲施工留足了充裕的時間；(3)通過一段時間的壩體沉降變形，壩體已基本趨于穩(wěn)定，對后施工的防滲體影響破壞更??；(4)用混凝土防滲墻替代瀝青心墻和粘土心墻，對施工環(huán)境及地域因素的要求較低，工藝更成熟可靠，且與瀝青心墻和粘土心墻分層碾壓相比，混凝土防滲墻的整體性更好、防滲效果更佳；(5)這種施工模式后期維修費用低，總成本更節(jié)約。

土石壩 先填壩后防滲處理 施工模式 大竹河水庫

本文結(jié)合攀枝花市仁和區(qū)大竹河水庫大壩滲漏處理工程，進行“先填壩后防滲處理”施工模式(以下簡稱新施工模式)研究，論證該模式的可行性及應用前景。

1 新施工模式的優(yōu)越性

傳統(tǒng)施工模式為：先做壩基防滲處理，完成后進行壩體填筑，填筑同時做壩體防滲(一般為粘土心墻或瀝青混凝土心墻)，直至設計高程。

新施工模式為：先進行壩體填筑，填筑至接近壩頂高程(此時壩頂寬度需滿足防滲施工最小平臺寬度)時做壩體防滲墻及墻下灌漿，完成后進行壩體上部結(jié)構(gòu)施工。

與傳統(tǒng)施工模式相比，新施工模式具有以下優(yōu)越性：

1.1 壩基防滲墻施工時間不受汛期制約

傳統(tǒng)施工模式：在枯水期通過上下游圍堰擋水進行壩基防滲施工，往往工期短、任務重、施工壓力極大。

新施工模式：在枯水期直接進行填筑作業(yè)，當汛期來臨時壩體高程已具備擋水能力，壩體本身作為擋水體，其性能優(yōu)于臨時圍堰，通過施工導流其后續(xù)施工基本不受汛期影響，可合理安排壩體防滲墻及墻下灌漿施工時間，工期相對寬裕，減少施工壓力。

1.2 壩體沉降變形對壩體防滲體的影響減小

傳統(tǒng)施工模式：在壩體填筑的同時做壩體防滲體，在填筑過程中壩體沉降變形相對最大，若采取的防滲體適應沉降變形的能力差，將直接影響壩體防滲效果。

新施工模式：在壩體基本填筑到壩頂以后再進行壩體防滲施工，此時的壩體已經(jīng)過一段時間的沉降變形，其進一步沉降變形的趨勢減緩，對之后施工的壩體防滲體影響減小。

1.3 對環(huán)境、地域、沉降變形適應性強

傳統(tǒng)施工模式：粘土心墻施工受地域影響大，瀝青心墻施工受外部環(huán)境影響大。

新施工模式：壩體防滲墻造孔施工基本不受外部環(huán)境、地域的影響，墻體材料包括剛性材料和柔性材料，適應壩體沉降變形的能力強。

1.4 防滲性能優(yōu)異、技術成熟、質(zhì)量可靠

傳統(tǒng)施工模式：粘土心墻的滲透系數(shù)一般不大于i×10-5cm/s，防滲性能受當?shù)卣惩亮显促|(zhì)量的影響較大；瀝青心墻的滲透系數(shù)一般不大于i×10-7cm/s，受施工工藝影響瀝青心墻延軸線方向水平向分層過多，層間結(jié)合的薄弱環(huán)節(jié)占防滲體總面積的比重大，對施工環(huán)節(jié)要求較高，易出現(xiàn)層間結(jié)合不緊密問題，且出現(xiàn)問題后修復難度極大。

新施工模式：壩體防滲墻的滲透系數(shù)一般不大于i×10-7cm/s，通?？梢赃_到i×10-8cm/s～i×10-9cm/s，防滲性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)模式；施工技術成熟，從施工密云水庫第一道防滲墻至今，廣泛應用于各類大、中、小型工程，基本無不成功案例；防滲體為連續(xù)的混凝土結(jié)構(gòu)，質(zhì)量可靠。

1.5 維修費用低，總成本節(jié)約

傳統(tǒng)施工模式：粘土心墻、瀝青心墻在建設期投資比防滲墻略低，但維修費用高、難度大、壽命期短，累計總成本高。

新施工模式：防滲墻在建設期投資略高，但質(zhì)量可靠，壽命期長，后期基本無維修費用，累計總成本低。

2 新施工模式在大竹河水庫施工中的應用

在攀枝花市仁和區(qū)大竹河水庫大壩滲漏處理工程中，首先將壩頂從高程1217m拆除至高程1214m，在施工平臺寬度滿足工作面要求后進行了壩體防滲墻及墻下灌漿施工，新建了一整套壩體防滲體系，徹底解決了大壩滲漏問題，消除了壩體安全隱患。

2.1 大壩滲漏處理背景資料

大竹河水庫于2009年12月30日開工，2011年7月6日大壩填筑到1217設計壩頂高程，2011年10月10日開始蓄水。2012年11月30日，蓄水至1201.48m，觀測發(fā)現(xiàn)大壩下游壩體浸潤線較高，大壩滲流量為16.93L/s。2013年9月19日蓄水至1212.19m，滲流量增大至23.81L/s，上午7時，水庫大壩下游高程1182m～1185m壩坡表面出現(xiàn)浸濕溢出，浸濕溢出平行壩軸線呈帶狀分布，面積約150m2，隨后逐漸擴大，壩面出水呈流淌狀，水庫工程建設管理局根據(jù)相關部門指示，立即采取緊急措施放水降低庫水位。

根據(jù)工程原勘察、設計、施工、大壩安全檢測資料及出現(xiàn)滲漏問題后開展的檢測和滲漏分析成果，對大壩滲漏進行綜合分析，得出：瀝青混凝土心墻、大壩壩基及兩岸壩肩均存在滲漏，同時壩體填筑料透水性不強且不均一。

2.2 大壩滲漏處理方案的確定

2.2.1 大壩滲漏處理防滲體形式的確定

大壩滲漏處理防滲體形式的確定主要經(jīng)歷了兩個階段：

第一階段：五種大壩滲漏處理方案比選。從防滲可靠性、施工技術及風險對五種滲漏處理方案的可行性進行分析、比較，得出：①原瀝青心墻防滲體修補方案無法實施；②上堵下排方案可能會降低壩體浸潤線，但存在較多不確定因素，防滲可靠性及耐久性較差，不能徹底解決本工程的滲漏問題；③壩體灌漿方案灌漿防滲體的滲透系數(shù)一般為i×10-4～i×10-5cm/s(i=1～10)，能夠解決本工程的滲漏問題，但施工難度大、施工經(jīng)驗少、防滲可靠性差；④混凝土防滲墻方案廣泛應用于除險加固工程，防滲效果好、技術經(jīng)驗成熟、施工質(zhì)量可控，耐久性好；⑤上游垂直防滲+壩面防滲方案對上游壩坡穩(wěn)定不利，且施工項目多、難度大，存在施工導流及施工安全風險、施工工期不可控制等問題，不適用于本工程的滲漏處理。

第二階段：重點對混凝土防滲墻方案和壩體灌漿方案進行對比?；炷练罎B墻方案通過成槽在壩體壩基中形成連續(xù)均勻的防滲墻體，加上墻下帷幕灌漿，形成封閉的防滲體系。防滲墻滲透系數(shù)可達到i×10-7cm/s，墻體允許滲透比降大于70，防滲效果可靠，耐久性好。新設的混凝土防滲墻彈性模量能適應壩體的變形，墻體應力小于允許值，可避免開裂。此外，混凝土防滲墻技術成熟，在類似工程成功實例較多，施工質(zhì)量可控，防滲效果可靠。

壩體灌漿方案通過灌漿在壩體、壩基中形成連續(xù)的、具有一定厚度的防滲體，結(jié)合原防滲系統(tǒng)聯(lián)合防滲。根據(jù)類似工程經(jīng)驗，在過渡料碎石夾風化砂、壩殼料風化砂中進行灌漿難度較大，漿材擴散半徑難以控制，實施前需進行灌漿試驗，研究漿材的可灌性及可控性，同時確定孔位布置設計、鉆孔、漿材配制、灌漿、檢查等一系列設計指標及施工工藝；壩體灌漿帷幕的防滲性、耐久性與受灌地層、灌漿材料、漿液充填的密實性等有關，根據(jù)類似工程經(jīng)驗，灌漿防滲體的滲透系數(shù)一般為i×10-5cm/s，結(jié)石強度較低，總體防滲性能不如混凝土防滲墻；類似工程成功經(jīng)驗較少，施工質(zhì)量不可控，滲漏處理效果難以保證，若灌漿實施后未能達到預期效果，需進一步采取防滲補強處理。

從防滲效果及可靠性方面比較，混凝土防滲墻方案明顯優(yōu)于壩體灌漿方案。因此，壩體混凝土防滲墻及墻下灌漿方案作為大壩滲漏處理最終方案。

2.3 防滲墻施工

2.3.1 防滲墻施工工藝

防滲墻施工采用“兩鉆一抓”法造孔，“氣舉法”清孔，“泥漿下導管直升法”澆筑混凝土的工藝，墻段間連接采用“拔管法”。槽孔劃分為兩期，先施工一期槽，再施工二期槽。

2.3.2 防滲墻施工參數(shù)及要求

(1)壩體防滲墻起止樁號為K0-9.00m～K0+220.60m，共劃分37個槽段，槽段長度為6.8m(主孔長度為0.8m，副孔長度為2.2m)，其中兩壩肩DF-0、DF-36為明挖明澆防滲墻，其余防滲墻為成槽施工。墻底進入弱風化基巖0.5m～1m，且墻底不高于原瀝青混凝土心墻基座0.5m；

(2)高程1213.50m以下防滲墻為槽孔澆筑，高程1213.50m以上防滲墻為立模現(xiàn)澆。高程1213.50m以下防滲墻厚度為0.8m，高程1213.50m～1216.30m防滲墻厚度為0.9m，墻體最大深度為65.1m；

(3)防滲墻墻體材料物理力學指標要求：①抗壓強度≥10MPa；②彈性模量小于15GPa；③滲透系數(shù)K≤i×10-7cm/s；④抗?jié)B等級≥W8。

2.3.3 防滲墻質(zhì)量檢測

防滲墻墻體質(zhì)量檢查包括鉆孔取芯、鉆孔注水試驗、物探聲波CT、單孔聲波，孔內(nèi)全景數(shù)字成像、巖芯樣室內(nèi)物理力學試驗等。分別在K0+167.67m、K0+014.07m、K0+192.87m布置3個檢測孔(倒垂孔)，利用鉆孔進行取芯試驗、孔內(nèi)彈模測試、孔內(nèi)注水試、孔內(nèi)聲波測試和孔內(nèi)全景錄像，同時還利用部分灌漿預埋管孔對墻體進行聲波CT對穿檢測。檢測結(jié)果如下：

(1)檢測區(qū)域內(nèi)墻體聲波波速在2850～3570m/s之間，平均波速在2970m/s～3270m/s之間，波速滿足C10塑性混凝土波速要求；

(2)防滲墻混凝土力學指標：抗壓強度10.9MPa～19.6MPa，平均14.8MPa；彈性模量8.6GPa～15.6GPa，平均11.6GPa；滲透系數(shù)4.99×10-8cm/s～6.1×10-7cm/s；抗?jié)B等級≥W8；均滿足設計要求；

(3)通過聲波CT穿透和孔內(nèi)全景數(shù)字成像檢測，在檢測區(qū)域墻體范圍內(nèi)未揭示有明顯異常，混凝土勻質(zhì)密實。

2.4 帷幕灌漿施工

2.4.1 帷幕灌漿施工工藝

帷幕灌漿采用“自上而下、孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)鉆灌法”。墻下帷幕在第一段灌漿結(jié)束后鑲筑φ89mm孔口管，并與原預埋灌漿管搭接1m，鑲管待凝時間不小于24h，采用“地毯式”鑲管法，Ⅰ序孔鑲管后即可依次鑲筑相鄰的Ⅱ序孔和Ⅲ序孔。左右岸壩肩及搭接帷幕在非灌漿段鉆孔結(jié)束后即鑲筑φ89mm孔口管。墻下帷幕、搭接帷幕及右壩肩帷幕灌漿分三序施工，先施工Ⅰ序孔，再Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔，左壩肩補強帷幕灌漿為單序施工。

2.4.2 帷幕灌漿施工參數(shù)及要求

(1)鉆孔孔徑不小于φ56mm，孔斜滿足設計要求，孔底沉積厚度小于20cm；

(2)在每一段鉆孔結(jié)束后對該段進行裂隙沖洗和壓水試驗，壓水試驗和裂隙沖洗結(jié)合進行，采用簡易壓水法，壓力為灌漿壓力80%，壓力超過1MPa時采用1MPa；壓水試驗結(jié)束后應立即連續(xù)進行灌漿作業(yè)；

(3)墻下帷幕接觸段灌漿結(jié)束后待凝24h掃孔做簡易壓水試驗，透水率≤5Lu后采用0.5∶1的水泥漿鑲鑄φ89mm內(nèi)管，內(nèi)管底部到達第一段底，頂部與預埋灌漿管接觸段不小于50cm，且深入混凝土防滲墻不小于1m，鑲管后待凝72h才能下一段的施工；

(4)按照壓水試驗呂榮值確定開灌水灰比的漿液比級，Ⅰ、Ⅱ序孔采用普通水泥灌漿，Ⅲ序孔采用濕磨細水泥灌漿，濕磨細水泥漿液經(jīng)檢測滿足細度標準后(D95<40μm、D50<12μm)用于灌漿作業(yè)并定期進行細度檢測，濕磨細水泥漿液開灌水灰比采用3∶1，漿液配制根據(jù)現(xiàn)場試驗摻加1%高效減水劑；

(5)灌漿過程中，根據(jù)各段次的不同，按設計要求控制各段次的灌漿壓力，根據(jù)灌漿吸漿量的變化和漿液的變換原則及時調(diào)整漿液濃度，在規(guī)定的壓力下，當注入率不大于1L/min時，繼續(xù)灌注30min，灌漿可以結(jié)束，灌漿結(jié)束后，應使用水灰比為0.5∶1的漿液置換孔內(nèi)稀漿或積水，采用全孔灌漿法封孔，灌漿壓力為該孔最大灌漿壓力，封孔灌漿時間不小于1h；

(6)帷幕灌漿質(zhì)量控制標準為：左壩肩K0+230.60m～K0+335.90m段全、強風化基巖灌漿帷幕要求透水率不大于10Lu，弱風化基巖灌漿帷幕要求透水率不大于5Lu；K0-19.00m～K0+230.60m段灌漿帷幕要求透水率不大于5Lu；右壩肩K0-80.00m～K0-19.00m段灌漿帷幕要求透水率不大于10Lu。檢查孔壓水試驗合格率不小于90%，混凝土防滲墻下第一段帷幕灌漿合格率為100%。

2.4.3 帷幕灌漿質(zhì)量檢測

防滲墻下帷幕灌漿質(zhì)量檢查包括鉆孔取芯、鉆孔壓水試驗、物探聲波CT、單孔聲波，孔內(nèi)全景數(shù)字成像等。分別在防滲墻軸線上按灌漿總孔數(shù)的10%左右進行抽檢，共布置18個檢測孔，本次檢測孔的孔位是在灌漿前預先確定，在防滲墻施工過程中安裝預埋管，通過預埋管掃孔實施墻下帷幕灌漿檢查孔。同時利用部分檢測孔對墻下帷幕進行了CT對穿檢測。檢測結(jié)果如下：

(1)18個檢測孔共壓水175段，透水率在0.00～3.42Lu之間，均小于5Lu，透水率稍大的孔段多為墻體與基巖接觸段。僅從壓水透水率評價，單孔壓水合格率100%，單元壓水合格率100%；

(2)通過聲波CT穿透和孔內(nèi)全景數(shù)字成像檢測，在檢測區(qū)域帷幕范圍內(nèi)總體未揭示有明顯異常。

2.5 壩體安全檢測

2.5.1 應力應變監(jiān)測

混凝土防滲墻在澆筑初期上部局部出現(xiàn)了很小的拉應力，目前均呈壓應變。其分布基本遵循下部大上部小、下游大上游小的分布規(guī)律，即儀器埋設越深，受到的壓應力越大，壓應力下大上小符合物體受力規(guī)律，最大壓應變?yōu)?34.33με，小于設計允許值989με。

2.5.2 變形檢測

2.5.2.1 內(nèi)部變形。防滲墻混凝土累積位移量范圍為：-0.099mm～2.436mm之間，從位移分布情況看，高程越高，防滲墻向下游的水平位移越大，但最大位移值僅為2.436mm，防滲墻內(nèi)部未出現(xiàn)影響墻體安全的水平位移。

2.5.2.2 表面變形。壩頂表面變形包括水平位移和豎向位移。主要表現(xiàn)為向下游方向的水平位移，其位移累積量變化范圍在0.56mm～1.80mm之間。豎向位移方向主要表現(xiàn)為垂直向下位移，其位移累積量變化范圍在0～2mm之間。

2.5.3 滲流檢測

防滲墻上游測壓管水位過程線與庫水位基本同步，測壓管水位隨庫水位的升降而升降，測壓管水位與庫水位之間存在明顯的相關性，其管水位主要受庫水位變化的影響。防滲墻后測壓管水位隨庫水位升降而有所變化，但影響很小且與庫水位之間存在明顯的水位差，從過程線看，其水位變化周期明顯滯后于庫水位變化周期。從資料分析可以看出，壩段防滲墻墻前至墻后滲流水位降幅明顯，這說明防滲墻起到了隔滲效果。隨著庫水位升高，防滲墻后水位沒有明顯變化，未出現(xiàn)異常滲流現(xiàn)象。

2.6 大壩滲漏處理效果

大壩滲漏處理前：最低水位1173.62m，量水堰觀測到的滲流量為1.66L/s；蓄水至1201.48m，觀測發(fā)現(xiàn)大壩下游壩體浸潤線較高，大壩滲流量為16.93L/s；蓄水至1212.19m，大壩滲流量為23.81L/s，且隨水位上升有進一步加劇趨勢。

大壩滲漏處理后：最低水位1173.62m，量水堰觀測到的滲流量為0.8L/s；蓄水至1215m，大壩滲流量為1.5L/s，壩體滲流量減小明顯，根據(jù)目前滲流觀測情況并結(jié)合第三方檢測數(shù)據(jù)分析，本次滲漏處理效果良好，消除了壩體蓄水安全隱患，達到了業(yè)主、設計預期效果。從安全檢測資料看，防滲墻應力應變、撓度變形、滲流監(jiān)測、滲流量、大壩水平位移、豎向位移觀測儀器正常，滿足設計及使用要求，大壩運行正常。

3 結(jié)語

通過在攀枝花市仁和區(qū)大竹河水庫大壩滲漏處理工程中采用“先填壩后防滲處理”施工的成功應用，證明這種新施工模式是可行的，防滲效果是優(yōu)異的，防滲體系是可靠的。該施工模式具有廣闊的應用前景，可廣泛應用于類似病險水庫大壩的滲漏處理，在新建土石壩中也具有較大推廣價值。

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王曉飛(1981-)，男，漢族，四川成都人，本科，工程師。