李玉杰

(三明市水利工程站，福建 三明 365000)

1 工程概況

泉上水庫(kù)位于寧化縣泉上鎮(zhèn)青瑤村，距寧化縣城約47km，壩址以上集雨面積26km2，主壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程469.00m，壩頂寬度6m，壩頂長(zhǎng)212m，最大壩高32.80m，設(shè)計(jì)洪水位466.18m，校核洪水位466.85 m，正常蓄水位464.5m，水庫(kù)正常庫(kù)容1158萬(wàn)m3，總庫(kù)容1370萬(wàn)m3，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫(kù)。水庫(kù)于1971年10月動(dòng)工興建，1974年9月基本建成，水庫(kù)設(shè)計(jì)灌溉面積1067hm2，有效灌溉面積933hm2。水庫(kù)涉及保護(hù)下游寧化縣泉上鎮(zhèn)青瑤村和明溪縣蓋洋鎮(zhèn)2萬(wàn)多人，1000hm2耕地。

2 工程地質(zhì)

水庫(kù)區(qū)附近具有多條斷裂帶，且正處于閩西南拗陷帶和隆起帶的交接中段，整體地質(zhì)結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜。

壩區(qū)的斷裂構(gòu)造發(fā)育，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及前期勘察發(fā)現(xiàn)。壩址河床偏右斜，通過一條斷層產(chǎn)狀EWS∠700的F8斷層，斷層破碎帶寬約1.5-3m，劈裂碎裂巖，帶內(nèi)巖體破碎呈全強(qiáng)風(fēng)化，斷層性質(zhì)為逆斷層。斷層上盤地層巖性為震旦系上統(tǒng)蓋澤群三溪寨組+龍頭組(Z2s+1t)的千枚狀粉砂巖，深灰色變質(zhì)凝灰質(zhì)砂巖，巖層產(chǎn)狀：N200-30ESE∠30-500，下盤為石炭系下流林地組(C1t)的紫灰色，紫紅色薄層狀千枚狀粉砂巖，灰白色含礫石英砂巖。巖層產(chǎn)狀：N200-30ESE∠20-300。該斷層在地表風(fēng)化形成沖溝，從庫(kù)內(nèi)右?guī)r斜穿至大壩下游，下游為第四系堆積物覆蓋。壩基還發(fā)育有NE向NW向的斷裂構(gòu)造，節(jié)理發(fā)育。

3 險(xiǎn)病情況

泉上水庫(kù)主壩滲漏的主要位置為背水坡樁號(hào)0+000-0+120，高程455-458m之間濕坡，濕坡面積250m2，樁號(hào)0+150-0+250，高程453m以上濕坡，濕坡面積200m2，左壩肩有一處集中漏水，逸出點(diǎn)高程453m，觀測(cè)滲漏量為0.05-0.1L/s。另外根據(jù)主壩填土的基本性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，主壩填土為砂質(zhì)黏土，填土的含水率平均值為25.2%，濕密度平均值18.8g/cm3，干密度平均值15.4g/cm3，孔隙率平均值為41.8%，滲透系數(shù)6.8×10-4-1.6×10-6cm/s；主壩壩基為強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、石英砂巖，透水率6-17Lu，風(fēng)化層厚12-35m，屬弱-中等透水。

4 防滲加固方案的選擇

針對(duì)主壩存在的問題，如采用單一的防滲技術(shù)難以達(dá)到除險(xiǎn)加固的目的，經(jīng)分析論證，根據(jù)主壩病險(xiǎn)的不同部位、病險(xiǎn)程度、病險(xiǎn)原因等，有針對(duì)性地采用不同防滲技術(shù)相結(jié)合的處理方案。根據(jù)主壩填土的性狀和大壩滲漏情況及壩體結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)，壩身防滲選取充填灌漿、劈裂灌漿、土工膜結(jié)合高壓旋噴垂直防滲墻等3種方案進(jìn)行比較，經(jīng)綜合考慮施工工期和水庫(kù)灌溉任務(wù)和預(yù)算投資，選定壩體防滲采取劈裂灌漿防滲方案。壩基采用帷幕灌漿，壩體和壩基接觸帶利用高壓旋噴灌漿構(gòu)筑樁體作為劈裂灌漿泥墻和壩基帷幕的搭接，高壓旋噴灌漿形成的樁體同時(shí)起到帷幕灌漿蓋板壓漿作用[1]。灌漿壓力控制指標(biāo)，見表1。

表1 灌漿壓力控制指標(biāo)

5 施工方法及質(zhì)量控制

防滲加固按由上到下順序施工即先進(jìn)行壩體劈裂灌漿，再進(jìn)行壩基面和填土間接觸帶的高壓旋噴灌漿(灌漿深2-3m)，最后再進(jìn)行壩基帷幕灌漿；時(shí)間安排上均為全壩段完成一種灌漿后再進(jìn)行其后灌漿作業(yè)，未交叉施工，以確保同一壩段已灌防滲體完整，作為蓋板壓漿作用的旋噴樁體成樁14d后方可進(jìn)行下一步帷幕施工，實(shí)際施工時(shí)間間隔為20d以上。主壩灌漿孔平行壩軸線布置，均分為兩序施工，劈裂灌漿孔位布置兩排，一排在壩軸線一排為軸線下游1.5m；高壓旋噴灌漿孔位兩排等距離布置壩軸線上下游側(cè)，孔距排距均為1m，帷幕灌漿孔位布置在壩軸線上游0.5m(與高壓旋噴一序孔同孔位)，通過相對(duì)集中的孔位布置使劈裂灌漿泥墻、高噴樁體、帷幕基本在同一平面，達(dá)到整體防滲效果[2]。

5.1 壩身劈裂灌漿

5.1.1 布孔與造孔

灌漿布置雙排孔，第一排孔布設(shè)在大壩壩軸線上，第二排孔布設(shè)在第一排孔下游1.5m，孔距均為5.0m，呈梅花型全斷面布設(shè)；造孔順序先上游排，后下游排，采用150型地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，密度為1.2g/cm3左右的稀泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)至填土層下限，并嚴(yán)格控制造孔鉛直度，偏斜度不得大于孔深的2%，孔深偏差≤0.5m。

5.1.2 制漿

使用專門的攪拌機(jī)將適量的水和土料進(jìn)行攪拌，直至混合攪拌成漿，之后使用沉淀池和過濾網(wǎng)將漿內(nèi)的雜物以及大直徑顆粒進(jìn)行清除，保證漿體質(zhì)量。在開展灌漿作業(yè)前，應(yīng)使用灌漿攪拌機(jī)和過濾篩再次對(duì)其進(jìn)行攪拌和過濾，過濾篩的規(guī)格應(yīng)為35孔/cm2。泥漿的密度控制在1.38g/cm3，在灌漿過程中，工作人員應(yīng)以一小時(shí)為時(shí)間間隔對(duì)輸漿量和漿液密度進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果記錄在冊(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)立刻調(diào)整，以確保灌漿質(zhì)量。

5.1.3 灌漿

1)先灌河床段，后灌岸坡段，在灌漿中分兩次序施灌，一序孔距10m，二序孔距5m。先對(duì)第一序孔輪灌，采用“少灌多復(fù)”的方法，待第一序孔灌漿結(jié)束后，再進(jìn)行第二序孔灌漿。開始灌漿時(shí)用稀漿，泥漿的密度控制在1.2-1.4g/cm3，待孔口壓力突然下降或?yàn)樨?fù)壓后，改用濃漿，泥漿的密度控制在1.4-1.6g/cm3。施工中監(jiān)測(cè)壩體裂縫、冒漿、位移情況，按照預(yù)設(shè)的壓力灌漿，劈開壩體后裂縫寬度不得超過2cm，停灌后壩體回彈，裂縫閉合才可復(fù)灌。

2)灌漿時(shí)，采用孔底注漿全孔灌注的方法灌注，起劈壓力控制在0.3-1.0Mpa，灌漿壓力控制在0.05-0.5MPa。在灌漿前，把注漿管放入離孔底0.5-1.0m處，然后用黏土把注漿孔上段0.5-1.0m處周圍密封。

3)每次最大灌漿量控制在0.5-1.0m3/m，每孔灌漿次數(shù)不少于5次，每次時(shí)間間隔5d以上。如果不能定向劈裂，采用減少灌漿壓力和減少單次灌漿量(單次灌漿量小于5m3)，實(shí)行輪灌，增加復(fù)灌次數(shù)或相鄰兩孔或幾孔同時(shí)灌漿的方法進(jìn)行[3]。

5.1.4 終孔標(biāo)準(zhǔn)和封孔要求

當(dāng)漿液升至孔口，在無(wú)壓的情況下反復(fù)不少于3次進(jìn)行輪灌，待孔內(nèi)泥漿面基本不再下降時(shí)，即可終灌。在對(duì)每一孔口完成灌漿作業(yè)后拔出注漿管，之后使用密度在1.5t/m3以上的稠漿進(jìn)行灌注，并對(duì)漿面進(jìn)行觀察。若是漿面出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，可繼續(xù)開展灌漿作業(yè)，直至其不再下降。該作業(yè)結(jié)束后，應(yīng)將孔內(nèi)清水抽出，并使用密度在1.6g/cm3以上的濃漿進(jìn)行灌注，最后將孔口封堵并壓實(shí)。

5.2 壩基接觸帶高壓旋噴灌漿

1)布孔與造孔：壩基接觸帶高壓旋噴灌漿布置兩排，第一排孔布設(shè)在大壩壩軸線上游0.5m，第二排孔布設(shè)在大壩壩軸線下游0.5m，孔距均為1m，全斷面梅花型布置。造孔分二序施工，先施工一序孔，采用泥漿護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，JJX-3A型鉆孔測(cè)斜儀，進(jìn)行孔斜偏斜率的檢測(cè)，鉆孔偏斜率控制在1.0%以內(nèi)。

2)制漿：使用32.5R普通硅酸鹽水泥按比例配制水泥漿，制漿過程中定時(shí)檢測(cè)漿液比重和攪拌時(shí)間，漿液比重控制在1.50-1.70g/cm3，漿液過篩后使用。

3)試噴：下噴射管前，需要對(duì)各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行檢查，保證其滿足施工要求，一般進(jìn)行水、氣噴射檢測(cè)工作，在此過程中，還應(yīng)調(diào)準(zhǔn)噴射方向，檢查各管路是否暢通。

4)下噴射管：各項(xiàng)參數(shù)符合要求后，即可將噴射管下至設(shè)計(jì)深度，調(diào)準(zhǔn)噴射方向，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員和監(jiān)理工程師檢查合格后開始噴射灌漿，漿壓控制在0.3Mpa，氣壓控制在0.7Mpa，水壓控制在38Mpa。

5)噴射提升：對(duì)噴射管深度進(jìn)行查看，當(dāng)其到達(dá)要求深度后，將水、氣以及漿液進(jìn)行輸送，按10cm/min速度噴射提升，噴射至填土層下限上部1m左右，以保證和劈裂灌漿泥墻銜接。

6)沖洗：當(dāng)噴射至設(shè)計(jì)高度后，噴射完畢，應(yīng)及時(shí)將各管路沖洗干凈，不留殘碴，以防堵塞。

7)充填：噴射結(jié)束后，開展靜壓充填灌漿作業(yè)，直到液面穩(wěn)定為止。

5.3 壩基帷幕灌漿

1)布孔與造孔：帷幕灌漿在壩軸線上游0.5m處布置單排孔，孔距2.0m，最大孔深36.3m。為全斷面布設(shè)，造孔采用150型回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機(jī)，灌漿鉆孔孔深以壩基相對(duì)隔水層為界線。

2)洗孔及壓水試驗(yàn)：在開展洗孔作業(yè)時(shí)，主要是沖洗裂隙，使用的方法為壓力水沖洗法，直到回水澄清達(dá)標(biāo)為止。該作業(yè)時(shí)長(zhǎng)為十分鐘，單孔應(yīng)在三十分鐘以上，并對(duì)孔內(nèi)殘留物進(jìn)行檢測(cè)，應(yīng)該二十厘米以下。應(yīng)注意的是，若是孔的灌漿時(shí)間與沖洗作業(yè)時(shí)間的間隔在24h之內(nèi)，則不可對(duì)此類孔開展沖洗作業(yè)。當(dāng)沖洗工作結(jié)束后，應(yīng)立刻對(duì)孔進(jìn)行灌漿，若是未能及時(shí)開展灌漿作業(yè)且時(shí)間間隔超過二十四小時(shí)，則本次沖洗無(wú)效，下次灌漿前應(yīng)再次開展沖洗作業(yè)。另外，沖洗結(jié)束后應(yīng)開展壓水試驗(yàn)，保證其壓力是灌漿壓力的八成，所使用的試驗(yàn)方法為單點(diǎn)法。

3)灌漿：在開展灌漿作業(yè)時(shí)，主要使用32.5R普通硅酸鹽水泥，分兩序進(jìn)行，所使用的灌漿方法為自上而下分段孔內(nèi)循環(huán)灌漿法，整體長(zhǎng)度4.5-6.0m，在裂隙滲透嚴(yán)重的地段，段長(zhǎng)縮短至3-4m。灌漿壓力控制在1.0Mpa，漿液水灰比也發(fā)生變化，其比級(jí)為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1。

漿液變化原則為：在灌漿壓力和注入率其中一個(gè)保持不變的情況下，不可對(duì)水灰比進(jìn)行改變。當(dāng)漿液注入量≥300L或灌漿時(shí)間達(dá)到30min時(shí)，在該情況下的灌漿壓力和注入率沒有發(fā)生變化，則需要對(duì)水灰比進(jìn)行調(diào)整，將其該改為濃一級(jí)，當(dāng)注入量>30L/min 時(shí)，可視情況越級(jí)變濃。灌漿壓力應(yīng)盡快達(dá)到設(shè)計(jì)值，并分段提高接觸段和注入率大的孔段壓力，在規(guī)定壓力，如灌漿的吸漿量<0.4L/min 時(shí)，持續(xù)30min即可結(jié)束灌漿。

4)封孔：在開展封孔作業(yè)時(shí)，應(yīng)使用全孔灌漿封孔法。壩基基巖采用導(dǎo)管注入濃水泥漿封孔，壩體段采用黏土漿封孔。

6 效果分析

泉上水庫(kù)主壩劈裂灌漿施工歷時(shí)110d，共完成鉆孔197個(gè)，總進(jìn)尺3344m，總共灌入黏土2862m3；按338.4m灌漿軸線計(jì)算，共建立漿脈帷幕面積12662.49m2，漿脈的平均厚度達(dá)到22.6cm，符合設(shè)計(jì)要求的20cm。在灌漿期間共發(fā)現(xiàn)66條裂縫，為沿壩軸線劈裂的縱縫，冒漿點(diǎn)共有93處，主要發(fā)生在壩體土料填筑質(zhì)量差、壩后濕坡處，冒漿歷時(shí)為兩到三分鐘，這意味著擠壓充填符合要求。2009年7月12日隨機(jī)在大壩壩軸線樁號(hào)0+80、0+160的位置開挖兩個(gè)長(zhǎng)3.0m、寬2.0m、深5.0m的探坑，能夠明確觀察到劈裂灌漿縫貫通到壩頂，且質(zhì)量好，漿液固結(jié)密實(shí)；取461.5m處的漿脈進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，其性質(zhì)是天然含水率為20.4-20.1%，濕密度20.3-20.1g/cm3，干密度16.86-16.74g/cm3，孔隙率為35.9-36.7%，滲透系數(shù)1.45×10-6-1.36×10-6cm/s?？傮w上，泉上水庫(kù)主壩壩體漿脈已貫通，強(qiáng)應(yīng)力區(qū)得到釋放，弱應(yīng)力區(qū)得到補(bǔ)充，壩體的變形穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定已得到較好改觀。

帷幕灌漿施工歷時(shí)93d，共完成鉆孔139個(gè)，總進(jìn)尺7379.47m，平均孔深53m，水泥總用量490.59t。平均耗灰量為66.5kg/m。帷幕灌漿結(jié)束14d后，便對(duì)帷幕灌漿質(zhì)量采用鉆檢查孔壓水試驗(yàn)進(jìn)行檢查，共抽取了18個(gè)檢查孔，從檢查孔壓水試驗(yàn)得出，透水率在2.3-4.12Lu之間，小于設(shè)計(jì)要求的5.0Lu。

7 結(jié) 語(yǔ)

泉上水庫(kù)2008年底除險(xiǎn)加固工程完工后，水庫(kù)最高蓄水水位達(dá)到正常高水位，原來主壩458m高程以下多處濕坡和小股漏水現(xiàn)象已全部消失，灌漿效果良好，達(dá)到了除險(xiǎn)加固的目的，從根本上消除了主壩因帶病運(yùn)行而埋下的安全隱患，恢復(fù)水庫(kù)各項(xiàng)功能，為水庫(kù)下游居民的生命財(cái)產(chǎn)安全和當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展提供了保障，本次加固采用的多種防滲方式聯(lián)合應(yīng)用方案也給本地區(qū)其他土壩防滲加固提供了工程參考。