單管高壓旋噴防滲墻在布坑水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

朱平火

(薌城區(qū)水利工程建設(shè)管理站，福建薌城 363000)

1 工程概況

布坑水庫(kù)位于漳州市薌城區(qū)浦南鎮(zhèn)布坑村西北方向約1km處，水庫(kù)所在流域?yàn)榫琵埥毕饔?。壩址以上集雨面積0.75km2，庫(kù)外引水面積3.80km2，河道全長(zhǎng)1.18km，河道平均坡降34.80‰。水庫(kù)總庫(kù)容154萬(wàn)m3，是一座以灌溉為主、兼有供水、防洪等綜合效益的小(一)型水庫(kù)。

水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇。設(shè)計(jì)洪水位51.04m，相應(yīng)庫(kù)容150.2萬(wàn)m3，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)300年一遇，校核洪水位51.24m，相應(yīng)庫(kù)容154萬(wàn)m3，正常蓄水位48.2m，相應(yīng)庫(kù)容110萬(wàn)m3，死水位36.71m，相應(yīng)庫(kù)容8萬(wàn)m3。大壩為碾壓式均質(zhì)土壩，壩頂高程52.5m，壩頂長(zhǎng)度134m，壩頂寬度4m，最大壩高25.5m。

2 工程存在的主要問(wèn)題及原因分析

2.1 主要問(wèn)題

布坑水庫(kù)于1964年10月動(dòng)工，1969年8月竣工投入運(yùn)行，1977年組織壩身、壩肩紅土灌漿及紅土—水泥灌漿，壩后坡增設(shè)人字形砌石反濾排滲，至今已運(yùn)行40多年，存在一些安全隱患，如:壩頂不均勻沉陷，最大高差達(dá)0.72m;迎水坡在高程42.8～47.0m之間干砌塊石護(hù)坡部分塌陷，塌陷面積約150m2;背水坡貼坡反濾層以上在高程29.0～34.0m坡段大面積滲水。

2.2 原因分析

根據(jù)布坑水庫(kù)大壩工程地質(zhì)勘察報(bào)告，現(xiàn)有大壩填土不均勻、壓實(shí)度不夠，大壩碾壓質(zhì)量較差，壩體填筑土經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及室內(nèi)土工試驗(yàn)，壩體填筑土的干密度ρd值為1.34～1.4g/cm3，平均值為1.39g/cm3，壩體填筑土的最大干密度ρdmax為1.62g/cm3，壩體填筑土的壓實(shí)度(ρd范圍值與 ρdmax比值)為 82.72% ～91.36%，ρd平均值與 ρdmax比值為85.80%，低于現(xiàn)行《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274—2001)規(guī)定?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)壩體填筑土進(jìn)行6段注水試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)成果，壩體填筑土平均滲透系數(shù)k=1.49×10－4cm/s，屬中等透水，壩體防滲性能差。

根據(jù)工程地質(zhì)勘探，壩基主要為全風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖，壩基上下游、迎水坡及背水坡填筑土層下部分布少量粉砂層，由于大壩填筑施工質(zhì)量較差，水庫(kù)高水位運(yùn)行時(shí)，易由該處薄弱帶與壩基上下游分布的粉砂形成滲漏通道，存在滲漏問(wèn)題。壩基沿壩軸線設(shè)有黏土截水槽，為倒梯形結(jié)構(gòu)，深3m，底寬3m，邊坡1∶1。壩基未進(jìn)行帷幕灌漿，截水墻底部未按要求全部伸入相對(duì)不透水層內(nèi)，未能有效地起到延長(zhǎng)滲徑的作用。

3 大壩防滲加固設(shè)計(jì)

大壩防滲采取全壩段布置，防滲墻總長(zhǎng)154m，樁號(hào)0-010～144，防滲墻頂部高程51.3m，底部深入到相對(duì)不透水層內(nèi)。防滲墻設(shè)計(jì)指標(biāo):滲透系數(shù)k≤1×10－6cm/s，滲透破壞比降大于90，28d抗壓強(qiáng)度2.0MPa。

4 大壩防滲加固方案選擇

方案一 振動(dòng)沉模防滲墻+單管高壓旋噴防滲墻

振動(dòng)沉模混凝土防滲墻是利用強(qiáng)力振動(dòng)原理，將空腹鋼板沉入土中，向空腹內(nèi)灌注混凝土，邊振動(dòng)邊提升模板，漿液留在孔中形成單塊板墻，將單板連接起來(lái)，從而形成連續(xù)的防滲板墻帷幕，有效地保證防滲墻體連續(xù)、完整、均勻、質(zhì)量可靠，防滲效果較好。

由于兩岸壩端岸坡較陡，施工場(chǎng)地窄小，振動(dòng)沉模防滲墻無(wú)法施工，且不能打入壩基，所以大壩部分采用振動(dòng)沉模防滲墻，兩岸壩端及壩基采用單管高壓旋噴防滲墻。

方案二 單管高壓旋噴防滲墻

單管高壓旋噴防滲墻技術(shù)是利用鉆機(jī)造孔，并用高壓泵將預(yù)制好的水泥漿經(jīng)過(guò)高壓軟管輸送到噴頭，從噴嘴中噴射出來(lái)，沖擊和切割土體，使水泥漿和土體混合，同時(shí)以一定的轉(zhuǎn)速提升鉆桿，從而形成防滲構(gòu)筑物(旋噴呈圓柱狀)。當(dāng)上述個(gè)體的構(gòu)筑物相鄰連接膠合時(shí)即組成一道地下連續(xù)防滲墻。

兩個(gè)防滲方案均能滿足本工程防滲要求。方案一施工設(shè)備體積較大，施工工藝較復(fù)雜，現(xiàn)有的上壩道路寬度不能滿足設(shè)備進(jìn)場(chǎng)要求，需要擴(kuò)寬道路，且大壩壩頂寬度4m，不能滿足施工要求，須開(kāi)挖壩頂0.5m，待防滲墻施工完后再回填;方案二施工方便，無(wú)需修筑施工平臺(tái)，無(wú)需擴(kuò)寬上壩道路，施工工藝較簡(jiǎn)單。因此，推薦方案二，即大壩采用單管高壓旋噴防滲墻。

5 單管高壓旋噴防滲墻施工

大壩采用單管高壓旋噴樁防滲，防滲墻布設(shè)在壩軸線上游0.5m處，單排布孔，孔距0.45m，樁徑0.6m，墻頂高程51.3m，墻底深入相對(duì)隔水層1m，防滲墻從左岸樁號(hào)0－0.10至右岸0+0.144總長(zhǎng)154m，共布設(shè)342孔，最大孔深28.32m，鉆孔總進(jìn)尺5979m。

5.1 主要施工參數(shù)和設(shè)計(jì)要求

樁徑600mm，樁距450mm，最大樁長(zhǎng)27.15m，鉆桿垂直度小于0.5%，鉆孔偏斜率小于1%，漿液比重1.4g/cm3，輸漿壓力25～30MPa，輸漿率75 ～85L/min，提升速度14～16cm/min。

5.2 主要施工機(jī)械配置

主要施工機(jī)械配置包括高壓泵、鉆機(jī)、鉆桿和水泥攪拌機(jī)等，主要施工機(jī)械配置見(jiàn)表1。

表1 高壓旋噴主要施工機(jī)械配置

5.3 施工程序與工藝

a.場(chǎng)地平整:將施工場(chǎng)地加以平整，確保鉆機(jī)正常行走，同時(shí)挖好排漿溝。

b.測(cè)量放樣:按設(shè)計(jì)要求放出各樁的中心位置，并用石灰標(biāo)出樁位。

c.鉆機(jī)就位鉆孔:按照測(cè)放的樁位，將鉆機(jī)移至樁位上，鉆頭對(duì)準(zhǔn)樁位，調(diào)平機(jī)臺(tái)，以線垂調(diào)整機(jī)身垂直度，垂直誤差小于0.5%。

d.接注漿管:鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)孔深后，檢查各部位密封圈是否封閉，各管安裝是否正常，確保正常施工。

e.噴射:噴射注漿參數(shù)達(dá)到規(guī)定值后，即可開(kāi)始旋噴，噴射的水泥漿與樁端土充分?jǐn)嚢韬?，邊噴漿邊反向勻速旋轉(zhuǎn)提升注漿管，直到距樁頂1m時(shí)，放慢攪拌速度和提升速度，保證樁頂密實(shí)均勻，同時(shí)做好旋噴時(shí)間、用漿量、冒漿情況、壓力變化等的記錄。

f.沖洗:噴射施工完成后，將卸下的注漿管等機(jī)具用清水沖洗干凈，防止凝固堵塞。管內(nèi)、機(jī)內(nèi)不得殘留水泥漿，把漿液換成清水在地面上噴射，以便泥漿泵和噴射管內(nèi)的漿液全部排除。

g.移機(jī):成樁后，關(guān)閉送漿泵，移機(jī)至下一樁位進(jìn)行施工。

主要施工工藝流程見(jiàn)下圖。

旋噴施工工藝流程圖

6 大壩防滲加固效果

6.1 鉆孔取芯及壓水試驗(yàn)

布坑水庫(kù)大壩防滲處理后，委托檢測(cè)中心對(duì)壩體進(jìn)行鉆孔取芯及壓水試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)壓水試驗(yàn)共3孔，檢查12個(gè)試驗(yàn)段，其滲透系數(shù)試驗(yàn)值(3.09～6.66)×10－7cm/s，均滿足不大于1×10－6cm/s的設(shè)計(jì)要求。壓水試驗(yàn)成果見(jiàn)表2。

表2 大壩高壓旋噴灌漿防滲墻墻體現(xiàn)場(chǎng)鉆孔壓水試驗(yàn)成果

根據(jù)芯樣抗壓、抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果，高壓旋噴防滲墻第89～90號(hào)孔搭接處樁號(hào)0+39.8混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度代表值 2.9MPa，滲透系數(shù)為 3.65×10－7cm/s;第162～163號(hào)孔搭接處樁號(hào)0+072.7混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度代表值3.0MPa，滲透系數(shù)為5.44×10－7cm/s;第229～23號(hào)孔搭接處樁號(hào)0+102.8混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度代表值2.9MPa，滲透系數(shù)為4.71×10－7cm/s，均滿足設(shè)計(jì)要求。

6.2 大壩滲流分析

高壓旋噴防滲墻滲透系數(shù)采用K=1.0×10－6cm/s，計(jì)算斷面采用最大斷面進(jìn)行滲流計(jì)算。

計(jì)算工況:

Ⅰ上游庫(kù)水位為正常蓄水位48.2m，下游無(wú)水。

Ⅱ上游庫(kù)水位為設(shè)計(jì)洪水位51.04m，下游無(wú)水。

Ⅲ上游庫(kù)水位為校核洪水位51.24m，下游無(wú)水。

Ⅳ上游庫(kù)水位為校核洪水位51.24m，降至死水位36.71m，下游無(wú)水。

經(jīng)計(jì)算，大壩各工況滲流計(jì)算成果見(jiàn)表3。

表3 大壩加固前后各工況滲流分析

根據(jù)鉆探提供的地質(zhì)勘察資料，壩身壓實(shí)土的臨界水力坡降［J破］=0.88，允許水力坡降［J允］=0.586，加固后大壩理論單寬流量和水力坡降均滿足規(guī)范要求，且比加固前小，說(shuō)明單管高壓旋噴防滲墻效果明顯，防滲質(zhì)量較好。

7 結(jié)語(yǔ)

布坑水庫(kù)大壩高壓旋噴防滲墻總進(jìn)尺5979m，防滲面積2912m2，經(jīng)檢測(cè)大壩滲漏系數(shù)小于1×10－6cm/s。實(shí)踐證明:該技術(shù)有效解決了壩體、壩基滲漏問(wèn)題，且具有施工簡(jiǎn)易、防滲效果好等特點(diǎn)，是類似水庫(kù)大壩防滲加固有效的措施之一?！?/p>

［1］ DL/T 5200—2004水利水電工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范［S］．

［2］ 袁光裕，胡志根．《水利工程施工》［M］．第5版．北京:中國(guó)水利水電出版社，2009．