苗得雨

（青島西海岸新區(qū)城市管理局（水務局），山東 青島 266431）

0 引言

水庫大壩是水利工程建設中的重要內容，為社會生產生活提供重要保障。在我國發(fā)展建設初期，建設了眾多小型水庫大壩，為推進社會經濟發(fā)展與人們生活質量提升做出重要貢獻[1]。然而，目前很多水庫大壩經過幾十年的使用，其安全性發(fā)生了一定變化，在工程質量、防洪安全、滲流安全、結構安全等方面與當前工程規(guī)范要求不相符，出現較大的安全隱患。因此，加強水庫大壩除險加固措施是非常必要的。某水庫大壩是一座小型水庫，主要負責周邊地區(qū)防洪、灌溉，由于水庫建設時間較長，通過對水庫大壩安全評判，發(fā)現大壩局部存在滲漏隱患，需要及時進行防滲加固。根據水庫大壩實際情況，合理選擇水庫大壩除險加固技術方案，為水庫運行穩(wěn)定提供保障。

1 工程概況

某水庫為一座?。ǘ┬退畮?，水庫工程動工建設于1966年，1967年正式投入使用?，F狀大壩高程為525.4m，防浪墻頂高程526.5m。20年一遇設計洪水位510.1m，200年一遇校核洪水位510.8m，死水位500m?？値烊?2.14萬m3，有效庫容8.2萬m3。大壩為黏土心墻土石混合壩，大壩最高處壩高為32.7m，壩頂長寬分別為52.5m、59.5m。上游壩坡分兩級，自上而下壩坡比為1∶2.67、1∶2.5，下游壩坡分五級，自上而下壩坡比分別為1∶1.68、1∶3.82、1∶1.41、1∶ 2.42、1∶ 0.62。

水庫運行已經超過50年，存在較為顯著的工程老化問題，滲漏嚴重，上級主管部門對其除險加固高度重視，工程已進行安全鑒定，并被認定為三類壩。大壩主要存在問題有：上下游壩坡面不平整，壩體滲水；防滲區(qū)土料密實度不足，壓實不均勻，難以滿足要求；大壩迎水坡、背水坡局部均有雜草生長，影響壩體穩(wěn)定性。

水庫大壩壩基主要為全風化花崗巖、強風化花崗巖、弱風化花崗巖，勘探期間，鉆孔深入壩基弱風化花崗巖中，通過對巖體進行壓水實驗，結果顯示單位吸收率小于5Lu，弱風化花崗巖壩基具有弱透水性。對強風化花崗巖進行注水實驗，透水系數為0.0411cm2/s～0.0672cm2/s，平均值K為0.0523cm2/s，小于0.01cm2/s。強風化花崗巖壩基具有中透水性。

2 大壩防滲加固設計

2.1 大壩滲流分析

通過壩體填土試驗確定大壩滲流系數，試驗結果現實大壩填土水平滲透系數范圍在2.12×10-5cm/s～7.25×10-5cm/s，垂直滲透系數范圍在 1.62×10-5cm/s～ 4.81×10-5cm/s。計算大壩滲流量選擇滲流系數為最大值平均值，K=5.84×10-5cm/s，水位聚降浸潤線時選擇滲透系數為最小值平均值，K=3.89×10-5cm/s，壩基滲透系數選擇K=5.21×10-5cm/s。采用巖土計算軟件《滲流分析計算》，對有滲流現象的最大壩高斷面進行計算，計算結果為不同工況壩體單寬滲流量分別為工況S1q=1.15e-4m3/s·m、S2q=1.42-4m3/s·m、S3q=1.62e-4m3/s·m（e為孔隙比），出逸點以及出逸坡降均超出了答應范疇，因此需要對大壩進行防滲加固施工。

2.2 大壩防滲加固設計方案

綜合考慮該工程中實際存在的滲流安全隱患、日常運行檢查中發(fā)現的額滲流問題以及經過滲流分析明確的大壩滲流問題，共提出3種大壩防滲加固設計方案，分別為第一種，單管高壓旋噴防滲墻技術。該技術方案具有良好的防滲效果，但工程造價相對較高[2]；第二種，翻砌迎水坡并鋪設600g/m2的復合土工膜。該技術方案防滲效果相對較低，由于在鋪設復合土工膜過程中，施工環(huán)境中的石塊、重物等容易直接刺破復合土工膜，并且土工膜存在接縫，如果不能做好接縫處理也會影響防滲效果[3]；第三種，大壩上游面混凝土面板防滲處理。該技術方案防滲效果比較不理想，混凝土面板屬于剛性體，容易有裂縫等問題產生，難以保證良好的防滲效果[4]。

該工程中，為確保達到良好的防滲效果，徹底解決水庫大壩滲漏問題，在綜合考慮經濟、技術以及防滲效果等各方面影響因素后，最終確定選擇單管高壓旋噴造防滲墻技術方案，實現壩體防身效果最大化，確保施工質量。

3 大壩防滲加固單管高壓旋噴造防滲墻技術方案實施

該工程單管高壓旋噴防滲墻設計方案中，施工設計參數具體為樁徑（d）為0.6m，樁距為0.5m，設計項高程▽6.23m，設計墻底高程▽-3.78m，墻深10m，墻體滲透系數K不超過1×10-6cm/s，樁身強度≧1.5MPa。在堤基礎內側進行鉆孔灌注樁施工，施工完成后，樁間實施高壓旋噴法進行施工，造φ0.6m防滲墻。綜合考慮施工進度及施工成本等因素，確定安排1套設備進行單管高壓旋噴砼防滲墻施工，施工工作面由一側向另一側展開。

3.1 施工機械設備選擇

選擇單管高壓旋噴機械設備，根據樁長度為10m，噴漿壓力大于25MPa，輸漿量大于70L/min的要求，以及在污泥以及污泥質土壤中，噴管的提升速度不應當小于0.1m/min，砂層速度為0.15m/s，旋轉速度為20rpm，最終確定高壓旋噴機械設備如下。1）高壓泵：選擇SNC-H300型珠江車，泵壓范圍在 20MPa～30MPa，流量范圍 40 L/min～80 L/min。2）鉆機：選擇100型旋轉鉆進，其鉆桿速度最高為50r/min，提升速度最大為7200mm/min，可以根據工程條件進行適應性變化。3）漿液攪拌機：選用200 雙筒立式攪拌機。4）旋噴管：由單層注漿管、單管導流器、單管雙控噴頭構成。單層注漿管中鉆桿選用外徑為φ50mm的地質鉆桿，每根鉆桿長度約在2m，連接螺紋處進行密封處理；單管噴頭選用平頭雙孔噴頭，底部鑲嵌硬質合金。5）高壓管路：采用鋼絲纏繞液壓膠管，其工作壓力需高于噴射泵壓力，根據流量，確定內徑為d=19mm。6）液體流量計：采用電磁式流量計，量程為 10L/min～20L/min。

3.2 單管高壓旋噴樁施工

3.2.1 施工流程

單管高壓旋噴樁施工首先要進行測量放線，具體施工流程如圖1所示。

圖1 單管高壓旋噴樁施工流程圖

3.2.2 施工方法

根據單管高壓旋噴樁施工流程，其施工的具體方法如下。1）施工前，需要先對施工場地進行平整，合理設置排漿溝等，并按照施工設計圖紙測量放出各樁的中心位置，并用套板或撒石灰的方式標記出樁位。2）先進行孔位布點，然后根據孔位進行孔口管的埋設，從而避免鉆進和旋噴過程中孔口發(fā)生塌陷?？卓诠芸梢赃M行循環(huán)使用。3）鉆機就位：在安放鉆機時注意下墊上一層木板，從而確保鉆機放置保持在水平位置，鉆桿保持垂直，鉆桿傾斜度應當小于1.5%。4）鉆孔：采用旋轉振動鉆機鉆孔，確?？孜黄畈怀^50mm。鉆孔施工中，還需用泥漿泵及及時注入泥漿護壁，防止塌孔情況發(fā)生。5）接注漿管：鉆孔到設計孔深之后，檢查各部位密封圈狀態(tài)，確定其處于封閉的狀態(tài)，檢查各管安裝正常后，放入鋼珠，使噴口成水平狀態(tài)，接好注漿喉頭，連接上高壓注漿機。6）旋噴：在正式噴射作業(yè)前先進行試噴，經過現場試驗確定滿足設計要求的技術參數，具體技術參數如下：噴漿壓力≥25MPa，水灰比1∶1，旋噴管提升速度0.1m/min～0.15m/min，旋轉速度20rpm。首先，樁底旋噴1min后，再進行邊提升、邊旋噴操作。在噴射過程中，達到預定噴射壓力以及噴漿量之后才能逐步提升注漿管；噴射中如果發(fā)生故障問題，則需要立即停止提升和旋噴，防止樁體中斷，并立即進行故障的檢查排除；如果發(fā)生漿液噴射不足的傾向，對樁體設計直徑產生影響時，則需要進行復噴。在該工程中，由于樁徑較大，施工擬選用提高噴射壓力、泵量和降低注漿管提升速度的方法，使噴漿量滿足樁體尺寸要求，達到設計標準。其次，注意高壓噴管旋轉的靈活性，并且在高壓作用下有良好的密封性。噴射注漿管提升高度超出設計高程0.5m時，用注漿泵連續(xù)注漿，等到水泥漿從孔口返出，則停止注漿，并將注漿泵吸水管轉移到清水箱中，抽吸清水將注漿泵和注漿管中的水泥漿頂出來，然后停泵。最后，在旋噴中注意觀察是否存在冒漿的情況，如出現則立即進行妥善處理，清理掉沉淀的泥渣，并進行詳細記錄[5]。7）注漿管卸下之后，則應當立即用清水進行沖洗，使管路各個通道清潔干凈，同時擰上堵頭。注漿泵、注漿管路、漿液攪拌機等設備均用清水沖洗，高壓泵管路也要送水沖洗。

3.3 施工質量控制與防滲加固效果分析

3.3.1 施工質量控制措施

首先，在施工過程中，嚴格按照工程設計參數施工，同時加強材料用量的施工控制。如實做好包括孔深、噴射壓力、提升速度等各項參數的詳細記錄；所有進場水泥都需要按照規(guī)范進行檢測；嚴格控制水灰比。其次，施工中，如果出現特殊情況，須立即采取相應措施，并查明問題出現原因。最后，嚴格按照要求，在大壩防滲加固施工完成后4周對施工成果進行質量檢驗。

3.3.2 大壩防滲加固效果分析

大壩防滲加固施工完成后，對大壩滲流穩(wěn)定情況進行復合，共選擇6種不同計算工況計算，具體如表1所示。

表1 計算工況及對應水位表

大壩防滲加固施工后，在大壩穩(wěn)定滲流工況下，大壩設計洪水位浸潤線、正常蓄水位降至死水位浸潤線位置高度均在高程之下，出逸點位于棱體處。滲流計算成果圖如圖2所示。

圖2 大壩加固后滲流計算成果圖

大壩加固后，計算最大壩高斷面滲流量、背水坡最大斷面滲流量，結果顯示單寬流量均不超過0.03cm2/s，壩體最大水力比降最高為0.311，滿足大壩滲流穩(wěn)定性要求。計算結果如表2、表3所示。

3.3.3 滲流安全評價

式中：[J允]—出逸坡降允許壩體最大水力比降下限值。Cs—土顆粒的比重，該工程計算中該值為2.68。n—空隙率，該工程計算值為0.43。K—安全系數，選取值范圍為1.5～2。

通過上述公式計算，可以得出[J允]范圍在0.489～0.652，根據表2和表3的計算成果可以，水庫不同計算工況下，單寬流量較小，理論計算所得出的壩體最大水利比降均低于出逸坡降允許壩體最大水力比降下限值。結果表明，防滲加固后大壩滲流穩(wěn)定滿足設計要求。

表2 大壩加固后最大壩高斷面滲流計算成果表

表3 大壩加固后背水坡最大斷面滲流計算成果表

4 結語

水庫大壩除險加固工程是保證其穩(wěn)定運行的重要內容。其中，大壩防滲加固是水庫大壩除險加固施工的重點。目前，在大壩防滲加固施工中，有較多的施工設計方案，具體選用要根據工程實際情況，確定最佳設計方案。在該工程中，由于是小型水壩，大壩防滲加固工程量相對較小，對防滲加固效果要求較高，因此選用單管高壓旋噴造防滲墻的施工技術具有顯著優(yōu)勢。該工程施工結果證明，通過采用單管高壓旋噴造防滲墻技術方案進行施工，能夠獲得良好的防滲加固效果，水庫大壩防滲加固工程取得了明顯的成效，工程質量得到保證，可以為類似工程的技術方案提供參考。