紅興水庫壩基垂直防滲處理分析

朱貴臣

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

紅興水庫壩基垂直防滲處理分析

朱貴臣

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

綏化市紅興水庫為典型的引水式平原水庫，是1958年始建的半拉子工程。2000年續(xù)建完成，蓄水后出現(xiàn)嚴(yán)重滲漏。經(jīng)勘探證實(shí)，庫區(qū)多年閑置，大面積黏土鋪蓋遭到嚴(yán)重破壞導(dǎo)致地基漏水。如果采用垂直防滲的辦法施工，需自壩頂穿透壩身后才能處理壩基，將給施工帶來很大困難。因此，在資金有限的情況下，如何選用既經(jīng)濟(jì)又能保證質(zhì)量的施工工藝及方法，是本工程考慮的主要問題。就目前國(guó)內(nèi)采用的幾種地基防滲處理技術(shù)做了比較分析。

水庫;地質(zhì);地基滲漏;基礎(chǔ)處理;施工方案

1 工程地質(zhì)條件

綏化市紅興水庫位于綏化市北部距市區(qū)6 km的呼蘭河灘地上，是一座為綏化市供水的提水式平原水庫。壩型為黏土心墻砂礫壩殼，地基防滲采用天然黏土防滲層。全壩總長(zhǎng)9.455 km，壩頂寬 6 m，平均壩高 7.9 m。該工程于2000年建成2004年7月試蓄水，蓄水后發(fā)現(xiàn)壩基嚴(yán)重滲水。經(jīng)地質(zhì)勘察顯示:

壩基地層為第四系沖積層，總厚度13～33 m，其下為泥巖，自上而下的地層依次為:

1)低液限黏土，厚度0.8～5.0 m。

2)級(jí)配不良粗砂厚2.9～5.5 m。

3)級(jí)配不良細(xì)礫厚度4.5～13.4 m。

4)級(jí)配不良粗砂厚3.0～14.7 m。

5)級(jí)配不良細(xì)礫厚度8.0 m左右。

6)泥巖。

根據(jù)地質(zhì)剖面圖揭露的透水層情況分析，全壩段可分3部分:

0+000～1+960為較深層區(qū)，透水厚度在20.0～30.0 m。

1+960～7+580為淺層區(qū)，透水厚度大都在 20 m以下，個(gè)別地段可達(dá)到22.8 m。

7+580～9+280為深層區(qū)，透水厚度大都在22～33 m。

2 幾種基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)分析

基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)主要有3種，技術(shù)分析為:

2.1 沖切成槽塑性防滲墻技術(shù)

成槽技術(shù)一般采用液壓抓斗法成槽、沖擊鉆機(jī)配合液壓抓斗成槽法等。另外，由山東省水科院綜合了多種防滲技術(shù)的特點(diǎn)，開發(fā)的一種新型地下連續(xù)墻施工新工法——沖切成槽法。施工設(shè)備采用液壓步履機(jī)架和履帶行走樁架?；驹硎窃谡皴N及高能漿流循環(huán)作用下對(duì)原始地層進(jìn)行擠壓、破碎。并將部分(或全部)地層顆粒置換出地面，形成槽孔。

墻體材料一般使用塑性混凝土，采用導(dǎo)管法澆注。配比由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，理論配合比大致為:水泥∶砂∶礫石∶膨潤(rùn)土∶水 =1∶4∶4.5∶0.5∶0.8。

還有一種墻體材料叫自凝灰漿的，配合比為:水泥∶粉煤灰∶黏土∶砂∶水 =1.5∶1∶2∶4∶5。

以上方法具有很強(qiáng)的地層適應(yīng)性，施工深度大，完全可以滿足本工程的深度需要。同時(shí)，本方法成槽直觀，質(zhì)量容易保證。不利因素是需在壩頂切割一道30 cm的槽體，破壞壩面。

2.2 高壓噴射灌漿技術(shù)

高壓噴射灌漿的施工方法是借助于高壓射流束的沖擊作用，在切削破壞地層的同時(shí)，灌注水泥基質(zhì)漿液，并使?jié){液在噴射范圍內(nèi)擴(kuò)散，充填和置換，與地層土石顆粒摻混攪合后形成凝結(jié)體，從而達(dá)到改變?cè)貙拥慕Y(jié)構(gòu)和組分，提高地基和填筑體防滲性能或承載力的目地。

高壓噴射灌漿是山東水科院于20世紀(jì)80年代初推廣的新技術(shù)，現(xiàn)已廣泛使用，技術(shù)日臻成熟，墻體材料一般采用水泥漿。除水泥漿外目前已開發(fā)出噴射低強(qiáng)度墻體材料，采用水泥、粉煤灰、黏土制成漿液后高壓噴射。配合比為:水泥∶粉煤灰∶黏土∶水 =1.5∶1∶3∶4。

還有一種墻體材料只使用水泥加黏土制漿，采用固化劑作為膠結(jié)材料增強(qiáng)水泥的作用。固化劑是由哈工大哈爾濱啟威公司科研試驗(yàn)室研制的黏土漿液固化劑，固化劑為白色粉末狀，它與水泥作用同效，并且具有多項(xiàng)優(yōu)于現(xiàn)行普通水泥漿、水泥黏土漿等良好性能。一般水料比為1∶1～1∶2，水泥黏土比為1∶2.5～1∶4，固化劑摻量為水泥用量的10% ～20%。

上述施工的主要區(qū)別在于墻體材料不同，配合有差異，但技術(shù)上都可行。采用摻黏土漿的不利因素是黏土制漿困難，由此造成給施工增加一定難度。

高壓噴射灌漿的優(yōu)點(diǎn)是基本不破壞壩面，質(zhì)量可靠。不足之處是超過25 m時(shí)的孔斜度控制問題，錯(cuò)口的可能性比較大。按常規(guī)一般深度達(dá)到25 m以上時(shí)應(yīng)選擇雙排灌漿或縮小孔距處理，這又無形中提高了造價(jià)。另外，超深度施工的后期質(zhì)量檢查也比較困難，需建造一定數(shù)量的檢查圍井，無形中也提高了造價(jià)。

2.3 深層攪拌樁技術(shù)

深層攪拌樁是20世紀(jì)90年代初期發(fā)展起來的地基防滲處理新技術(shù)。造價(jià)低廉(造價(jià)110～130元/m2)，現(xiàn)在已廣泛的應(yīng)用于堤防工程中。

深層攪拌樁的施工工藝是利用雙動(dòng)力多頭(一般采用3頭)深層攪拌樁機(jī)，通過主機(jī)的雙驅(qū)動(dòng)力裝置，帶動(dòng)主機(jī)上的多個(gè)并列的鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，并以一定的推動(dòng)力使鉆桿的鉆頭向土層推進(jìn)到達(dá)設(shè)計(jì)深度，然后提升攪拌至孔口。通過水泥漿泵將水泥漿由高壓輸漿管輸進(jìn)鉆桿，經(jīng)鉆頭噴入土體中。

目前這種施工方法不斷得到改進(jìn)，處理深度不斷提高。武漢長(zhǎng)江工程技術(shù)公司對(duì)深層攪拌樁的施工已經(jīng)發(fā)展到在下鉆的同時(shí)，就開始注漿，達(dá)到鉆孔深度后，在鉆桿提升的過程中復(fù)灌一次，提高了施工質(zhì)量。

深層攪拌樁施工工藝適合于淺層地基，適用的土體主要為砂性土和黏性土，且土體中一般不含塊石、卵石等粗顆粒。常規(guī)施工，其可靠的施工深度應(yīng)不超過15～18 m深度。20 m以上的超深度施工，目前僅限于堤防施工或用于城市混凝土防滲墻的施工。

3 施工方案選擇

綜述上述方案，在技術(shù)上這3種施工方法都是可行的。但是，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。因此，施工方法綜述如下:

3.1 沖切成槽塑性防滲墻的施工工藝

在質(zhì)量保證上，其質(zhì)量檢查比較直觀，可靠性強(qiáng)，技術(shù)成熟，把握性大，更適合于處理深度 30 m以上的基礎(chǔ)防滲。沖切成槽的施工能力為每臺(tái)套設(shè)備300～350 m2/d，極限強(qiáng)度可達(dá)400 m2/d。采用沖切成槽法施工，在規(guī)定的工期范圍內(nèi)，大體可以完成本工程規(guī)模的工程量。

根據(jù)本工程處理深度大，地層復(fù)雜的特點(diǎn)，建議處理深度較大的壩段，樁號(hào)5+000～9+455壩段，應(yīng)用此方法施工為首選方案。

在有穿壩建筑物部位，為了不破壞建筑物的完整性，因采用高噴處理。

3.2 高壓噴漿方案

施工技術(shù)比較成熟，質(zhì)量可靠，施工隊(duì)伍的選擇面大，對(duì)壩面破壞較小。特別是采用高噴固化土，可大大降低造價(jià)。因此，防滲深度＜25 m的壩段推薦采用此方案施工。

這種方法在單排施工時(shí)的處理深度一般≤25 m。處理深度＞25 m時(shí)，需要采取相應(yīng)措施?？煽紤]采用雙排灌漿或縮小孔距，或采用旋噴灌漿技術(shù)。因此從經(jīng)濟(jì)技術(shù)上考慮，為了不增加工程投資，壩基處理深度相對(duì)較淺的壩段，樁號(hào)0-087～5+000壩段，用此方法施工比較合理。個(gè)別超過25 m段，采取縮小孔距或旋噴處理。

高噴技術(shù)目前國(guó)內(nèi)施工隊(duì)伍很多，選擇面大。但是，施工能力參差不齊。本工程的處理深度大，地層復(fù)雜，施工承包應(yīng)選擇技術(shù)能力強(qiáng)、信譽(yù)高的施工隊(duì)伍。

還有一個(gè)問題值得說明:根據(jù)調(diào)查的已完工程的施工經(jīng)驗(yàn)，高噴的施工孔距一般≤1.6 m。有的施工資料顯示，各別施工孔距大到2 m。按常規(guī)經(jīng)驗(yàn)，此孔距視為較大。如果現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后確定的孔距縮短的話，有進(jìn)一步增加投資的可能。

3.3 深層攪拌樁工藝

價(jià)格比較低廉，單價(jià)大體在96～110元/m2，從經(jīng)濟(jì)上來講比較劃算。也可以找到技術(shù)能力和機(jī)具加工能力都很強(qiáng)施工隊(duì)伍，施工時(shí)的監(jiān)控系統(tǒng)也比較完善。

這種施工方法按常規(guī)施工，適合處理18 m以內(nèi)的地層深度。25 m以上深度的超常規(guī)施工，只見于長(zhǎng)江堤防工程或城市混凝土防滲墻的施工，未見到用于水利樞紐工程的先例。

這種施工方法如果處理深度 ＞30 m時(shí)，其施工機(jī)械的重量將達(dá)到60 t，在壩面上施工很有可能引起局部壩坡塌陷。因此，從設(shè)計(jì)角度分析，從質(zhì)量保證上，壩基防滲不主張推薦此方法施工。

［1］中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司.SL303—2004水利水電工施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2004.

［2］王明林，王洪恩，查振衡，等.高壓噴射灌漿防滲加固技術(shù)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2010.

［3］高鐘璞.大壩基礎(chǔ)防滲墻［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1999.

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1007-7596(2012)02-0129-02

2012-04-08

朱貴臣(1965-)，男，黑龍江林甸人，高級(jí)工程師。