紅山水庫大壩防滲工程實(shí)踐與思考

黃必成

(福建省莆田市東圳水庫管理局，福建 莆田 351100)

1 水庫基本概況

紅山水庫開工于1959年11月，1960年4月建成蓄水，位于福建省莆田市荔城區(qū)新度鎮(zhèn)下坂村紅山自然村，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉及供水兼防洪等綜合利用的年調(diào)節(jié)小(1)型水庫，水庫壩址上游集雨面積11.4km2。水庫樞紐由攔河壩、溢洪道、放水系統(tǒng)組成。大壩為粘土心墻混合壩，壩頂高程44.4m，壩頂長227.5 m，頂寬4.2 m，最大壩高27.5 m。總庫容485×104m3，調(diào)洪庫容175.2m104m3，正常蓄水位40.5m，相應(yīng)庫容為365庫104m3；死水位為26.1m，死庫容38.6×104m3。溢洪道位于大壩左側(cè)，為正槽開敞式自由流陡坡結(jié)構(gòu)，總長249.88 m，由進(jìn)水控制段、泄洪槽、末端消力池組成。控制堰為開敞式寬頂堰，堰頂高程40.5 m，寬度為29 m。放水系統(tǒng)布置在大壩右岸。主要由進(jìn)水口、輸水涵洞、出水口組成。進(jìn)水口為斜拉式轉(zhuǎn)動(dòng)門蓋，設(shè)計(jì)放水流量2.0 m3/s。

紅山水庫大壩的隱患之一是大壩背水坡右側(cè)一級平臺，高程為36.00 m處漏水，1998年汛前檢查后，水庫管理單位決定對此處進(jìn)行灌漿處理——采用人工造孔和人工手搖壓力機(jī)灌漿的施工方法，取得了明顯的止?jié)B止漏效果，至今此處未再發(fā)現(xiàn)漏水問題。

2 水庫防滲施工

人工造孔設(shè)備：機(jī)架、鉆頭、鉆桿、搖柄主要是根據(jù)有關(guān)資料加工而成。灌漿機(jī)采用福建省水電機(jī)械修配廠制造的d/JB73A型手搖灌漿機(jī)。

1)現(xiàn)場水情調(diào)查：經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，在大壩右側(cè)山坡上并無水塘、水池及人工開采石料或土料的情況，由此可以判斷高程為36.00 m處的漏水與山坡水關(guān)系不大，主要是水庫之水。經(jīng)了解水庫管理人員當(dāng)庫水位達(dá)到36.50m以上時(shí)此處才產(chǎn)生滲漏水情況。

2)漏水原因分析：通過對大壩滲漏情況的分析，認(rèn)為此處滲漏水的主要原因是壩體填土質(zhì)量問題和壩體與山坡結(jié)合部處理不符合規(guī)范。

3)孔位布置：由于在壩頂防浪墻上游側(cè)是壩坡，布孔困難、考慮到本處滲漏水主要是水庫水以及鉆孔搖柄尺寸，所以鉆孔第一排沿防浪墻下游側(cè)邊緣1.2m布置，分二排呈梅花形布設(shè)孔位，排距1.0m，孔距0.5m，從壩頂管理房邊緣起始，直至與山結(jié)合處以外3m。

4)灌漿材料準(zhǔn)備：灌漿材料主要是水泥和紅粘土，水泥與紅粘土體積配合比1∶5。水泥沒有特殊要求，普通硅酸鹽水泥即可。紅粘土要求粘性高，砂含量小即可，在工地附近就地取材，但要提前備料及碾碎、過篩去雜質(zhì)，堆積并用塑料布，避免雨淋造成制漿困難。

5)鉆孔施工：鉆孔深度應(yīng)控制在滲漏出水口(高程36.00m)以下，即鉆孔深度為8.4 m以上(壩頂高程44.40-出水口高程36.00=8.4 m)，本次鉆孔深度平均在10m左右，最深的1孔為16.2。鉆孔操作過程每進(jìn)深0.5 m，要認(rèn)真、仔細(xì)檢查觀察以下兩個(gè)重要內(nèi)容：鉆頭位置附著土體的含水量和土質(zhì)情況①如果發(fā)現(xiàn)鉆頭的附著土體含水量明顯提高，說明此處鉆頭位置很可能就是漏水的通道位置。②觀察鉆頭附著土體的土質(zhì)類別變化情況，準(zhǔn)確了解鉆頭所處土層的土質(zhì)情況，確保灌漿施工在粘土心墻內(nèi)進(jìn)行。從紅山水庫大壩斷面圖可以看出，表土以下2.9m為亞粘土層，再向下為粘土心墻，即鉆頭附著土體除了表土2.9m為亞粘土外，其他位置的鉆頭附著土體應(yīng)為紅粘土。由于這兩個(gè)檢查觀察內(nèi)容很重要，所以不要為追求鉆孔進(jìn)深速度而忽略。

完成一個(gè)孔位鉆探后，即進(jìn)行灌漿工序，這是確認(rèn)漏水孔的一個(gè)方法，同時(shí)也是防止灌漿串孔的有效措施。

6)灌漿施工：天氣要求沒有降雨，水庫水位降至漏水出水口高程以下且5以上，原因是避免雨水對鉆孔孔壁結(jié)構(gòu)的不良影響和減少孔位壩體土質(zhì)的含水量，以利灌漿施工。灌漿一般掌握先稀后濃，稀濃結(jié)合。不易進(jìn)漿時(shí)稀些，易進(jìn)漿時(shí)可濃些。灌漿速度不宜過快，邊拌邊灌，確保漿液均勻，發(fā)現(xiàn)冒漿情況，即停；過些時(shí)候再灌。在灌漿過程中，要安排人員在下游相關(guān)地域仔細(xì)檢查有否漿液冒出，若有，說明漏水點(diǎn)在此鉆孔點(diǎn)內(nèi)，要及時(shí)要進(jìn)行導(dǎo)濾處理，防止?jié){液流出壩體。整個(gè)灌漿施工最好是連續(xù)進(jìn)行，直至完成，效果最佳。在本次灌漿操作中，只有一孔灌進(jìn)了5水泥拌制的水泥粘土混合漿。其他的孔位基本都是多大孔進(jìn)多大漿。

7)施工記錄：施工記錄也是施工管理的一個(gè)重要內(nèi)容。在施工過程中，不但可以利用前面工序的施工記錄進(jìn)行分析和預(yù)判，指導(dǎo)后續(xù)工序的施工，而且還可以為以后的工程管理或加固項(xiàng)目的查詢考證工作提供很大的便利。所以施工記錄不可忽視，也不要當(dāng)作擺設(shè)。施工記錄的內(nèi)容主要包括——日期、氣候、具體操作人員(為以后因記錄未竟事宜留下查考詢問空間)、鉆孔位置、編號、鉆孔深度、鉆孔過程的土體含水量的定性觀察記錄(為垂直方向水滲漏位置提供數(shù)字參考依據(jù))、鉆孔過程中不同土層的土質(zhì)比對(為確保灌漿施工在粘土心墻內(nèi)進(jìn)行提供現(xiàn)場土層依據(jù))、灌漿量(為分析漏水平面位置、壩體內(nèi)滲漏水孔隙或孔道提供體積參考依據(jù))及其他相關(guān)事項(xiàng)均要記錄存檔，便于查考。記錄內(nèi)容應(yīng)提前設(shè)計(jì)，并根據(jù)施工的不斷推進(jìn)，不斷加以完善。

圖1 二次人工壓力灌漿孔位布置示意圖

3 施工后的思考

對本次人工壓力灌漿項(xiàng)目的評價(jià)：通過人工壓力灌漿以后，經(jīng)過的工程運(yùn)行實(shí)踐，大壩背水坡右側(cè)一級平臺，高程為36.00 m處原漏水口未再發(fā)現(xiàn)漏水問題。但也有其不足之處，首先，漿灌下去了，水也堵住了，但是堵住的僅僅是整個(gè)漏水孔道(或孔隙)一小部分，當(dāng)時(shí)只有一孔灌進(jìn)了5袋水泥拌制的水泥紅粘土混合漿(其體積配合比為1∶5)，其體積大概只有30袋水泥那么大(約1.2m3)，其余的漏水孔道(或孔隙)還在壩體內(nèi)，只要達(dá)到相應(yīng)的庫水位時(shí)，其中就充滿水，這對水庫大壩而言，無疑是一個(gè)安全隱患。這是這個(gè)灌漿項(xiàng)目的不足之處,應(yīng)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候加以改善。

針對此不足應(yīng)在原灌漿項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，由下游向上游一步一步地?cái)U(kuò)展灌漿成果，直至全部灌滿為止。具體作法如下：

以原有效灌漿孔位為圓心，(原有效灌漿孔位即1998年8月灌漿施工時(shí)只有1孔灌進(jìn)5袋水泥拌制的水泥紅粘土混合漿，其鉆孔排位是靠近防浪墻位置，具體位置在壩頂管理房附近)，以原鉆孔排距1m左右為半徑，畫出一個(gè)灌漿孔位選擇圈，并在此圈內(nèi)選擇鉆孔。

考慮到鉆孔的區(qū)域在粘土心墻內(nèi)，土質(zhì)大致相同，如果不計(jì)其他特殊情況，滲徑最短，漏水的可能性最大，所以將原漏水出口與原有效灌漿孔連線并延伸與灌漿孔位選擇圈相交處為首選鉆孔位(簡稱新1-1孔)，從而開始實(shí)施二次鉆孔、灌漿操作。在二次鉆孔施工過程中，如果在二次灌漿的某一孔位灌進(jìn)明顯多于該孔位體積的漿量，則說明本孔位在漏水孔道(或孔隙)上，本灌漿孔位為有效灌漿孔位，(簡稱新1-Y有效)，完成本次灌漿選擇圈的灌漿任務(wù)；然后以新1-Y有效為圓心進(jìn)行第二孔位選擇圈的施工操作，這樣由下游向上游壩坡不斷循序推進(jìn)，重復(fù)上述施工步驟：逐一分析、定位灌漿孔位選擇圈；鉆孔、灌漿(其有效灌漿孔分別為：新1-Y有效、新2-Y有效、新3-Y有效、……新X-Y有效)，直至完成任務(wù)為止。

如果把新1-Y有效孔、新2-Y有效孔、新3-Y有效孔、……新X-Y有效孔用虛線連接起來就是一條大壩漏水軌跡線。

在此還要說明的是：①如果在某孔位灌進(jìn)少于或等于孔位體積的漿量，則說明本孔位不在漏水孔道(或孔隙)上，則應(yīng)在灌漿孔位選擇圈內(nèi)尋找新的鉆孔位置，重新鉆孔、灌漿；如果在本灌漿孔位選擇圈內(nèi)找不到有效進(jìn)漿效果的孔位，就應(yīng)考慮擴(kuò)大灌漿孔位選擇圈。②在二次鉆孔施工過程中，如果發(fā)現(xiàn)有水泥紅粘土漿的痕跡，就說明98年灌的漿液流入此孔中，從而可進(jìn)一步判斷此孔落在漏水道上。此孔也可作為灌漿有效孔考慮。③由于漏水道是隱蔽的，而且不是直線，具有很多不確定性，所以在施工的過程中應(yīng)根據(jù)鉆孔發(fā)現(xiàn)的諸多情況綜合分析，去偽存真，作出判斷，定出鉆孔位。

4 結(jié) 語

以1998年紅山水庫大壩人工壓力灌漿項(xiàng)目的施工情況介紹和成功止住漏水的效果為基礎(chǔ)，結(jié)合工程管理和維修維護(hù)機(jī)制現(xiàn)狀，對灌漿實(shí)施后還存在的土體孔道(或孔隙)的客觀存在情況加以思考，提出下一步的灌漿施工的思路，目的是想對克服壓力灌漿施工過程中的盲目性問題摸索一點(diǎn)操作方法，以提高其有效性。