水庫大壩除險加固帷幕灌漿設(shè)計及施工分析

楊雨儒

（北票市水資源管理辦公室，遼寧北票122100）

水庫作為最具代表性的地方水利設(shè)施，在我國各地有著極其廣泛分布，但其中80%為中小型水庫，且大部分建成時間超過40年，各種病害普遍存在。針對這類問題，對水庫主要部位進行對應(yīng)的除險加固，是目前最為經(jīng)濟有效的解決辦法。

1 工程概況

周家營水庫位于遼寧省北票市婁家店鄉(xiāng)七家子村，建設(shè)在大凌河三級支流七家子河上，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、養(yǎng)魚、旅游等綜合利用的?。?）型水庫。該水庫于1976年末建成并投入使用，在2011年進行了一次除險加固，設(shè)計標準為30年一遇設(shè)計、300年一遇校核。除險加固主要內(nèi)容：對滲漏區(qū)進行防滲處理；維修下游壩坡破損排水體。

2 水庫壩體滲漏點勘察

2016年汛期，水庫大壩右壩肩背水坡腳有滲漏溢出點，水流清澈、持續(xù)，實測滲水量為28.80 m3/d。因此，委托專業(yè)機構(gòu)對該水庫主要部位進行勘察，找出滲漏點準確位置。

2.1 壩體心墻勘察

周家營水庫大壩心墻為低塑限粘土人工填筑土，項目采用“野外鉆孔注水試驗”來檢測壩體滲透情況，結(jié)果如表1所示，滲透系數(shù)k最大值為6.8×10-6cm/s，屬微透水-極微透水，由此可知心墻不是滲漏點位置[1]。

表1 粘土心墻壩體鉆孔Zk3注水試驗成果表

2.2 壩基及壩肩勘察

1）壩基滲漏勘察

依據(jù)地質(zhì)勘查（壩基巖塊物理力學性質(zhì)見表2）及注水試驗結(jié)果顯示：大壩右側(cè)粘土心墻壩壩基礎(chǔ)巖石為強風化花崗巖，裂隙發(fā)育，滲透性屬中等透水。但受庫區(qū)淤積作用影響（淤積厚度為1.00～3.00m），僅出現(xiàn)輕微漏水，也不是該水庫滲漏的主要原因[2]。

表2 壩基巖塊物理力學參數(shù)

2）壩肩滲漏勘察

經(jīng)勘查：水庫右岸壩肩與山體連接部位為風化巖面，存在滲流跡象；右側(cè)壩前岸坡陡立，裂隙發(fā)育（裂隙寬2～10mm），存在滲入巖體現(xiàn)象。上述兩因素疊加，構(gòu)成壩區(qū)繞壩滲漏的必要條件，也是滲漏的主要原因。

3 除險加固設(shè)計

經(jīng)過技術(shù)專家論證，最終此次周家營水庫除險加固工程針對滲流區(qū)域采取“帷幕灌漿”技術(shù)進行處理。

3.1 灌漿區(qū)域設(shè)計

根據(jù)勘察結(jié)果，項目設(shè)計灌漿區(qū)域為大壩右側(cè)60.0m壩基，并向右側(cè)山體外延20.0m。依據(jù)大壩壩頂開挖探坑顯示：心墻位置偏向上游壩坡，心墻頂寬2.0～2.7m，心墻保護層厚1.5～1.7m，壩頂寬5.0m。項目設(shè)計兩排灌漿孔，第一排灌漿孔位于心墻背水側(cè)，距下邊緣0.5m處；第二排孔位于黏土心墻背水側(cè)，要求避開黏土心墻。灌漿孔排距2.5m，孔距2.0m，呈梅花狀布置，見圖1[3]。

圖1 灌漿孔布置示意圖

3.2 灌漿方法設(shè)計

地勘報告結(jié)論表明：右側(cè)壩肩及壩體基礎(chǔ)巖石為強風化花崗巖，巖體較破碎，存在裂隙，屬于中等透水性巖石，而下層中風化花崗巖為微弱透水巖體。因此，項目灌漿孔深度設(shè)計自中風化巖層向下延伸5.0m，設(shè)計采用“自上而下”灌漿法[4]。

4 除險加固施工

4.1 漿液制備

1）材料要求。項目所用漿液主材料選用普通硅酸鹽水泥，標號不低于P.042.5，新鮮無結(jié)塊，過80μm方孔篩的篩余量不大于5%，同時保證出廠期不超過3個月[5]；拌漿水應(yīng)符合拌制水工混凝土用水的要求，依據(jù)SL667—2014中規(guī)定：凡符合國家飲用水標準均可用于拌制和養(yǎng)護混凝土，詳見表3所示。

表3 制備混凝土用水指標要求mg/L

2）制漿要點。在制漿過程中，要求各種材料的稱量誤差不超過±5%；水泥漿液采用高速攪拌機拌制，攪拌時間不少于30s；漿液溫度要求保持在5～40℃范圍內(nèi)，否則按廢漿液處理；漿液在使用前要求過篩，從開始制備到用完的時間控制在4h以內(nèi)[6]。

4.2 鉆孔施工

1）鉆孔。要求采用回轉(zhuǎn)式鉆機和金剛石鉆頭或硬質(zhì)合金鉆頭，開孔孔位偏差不大于10cm，灌漿孔孔徑不小于56mm。

2）鉆孔沖洗。要求所有鉆孔灌漿前均進行裂隙沖洗，沖洗水壓采用80%灌漿壓力，并不大于1MPa；裂隙應(yīng)沖洗至回水澄清時止或不大于20 min，沖洗后應(yīng)立即進行灌漿作業(yè)，因故中斷時間超過24h者，應(yīng)在灌漿前重新進行沖洗；鉆孔沖洗后應(yīng)進行壓水試驗，根據(jù)情況采用“簡易壓水法”“單點法”和“五點法”[7]。

4.3 灌漿施工

項目首先對下游背水坡側(cè)一排灌漿孔進行灌漿，再對迎水坡側(cè)一排灌漿孔灌漿。灌漿應(yīng)按“分序加密”原則進行，項目設(shè)計分3序孔施工，具體施工次序見圖2所示。

圖2 單排孔施工次序圖

1）項目采用“自上而下分段灌漿法”施工，灌漿段長度設(shè)計范圍為5.0～6.0m，特殊情況也不得大于10.0m。

2）自上而下分段法灌漿可采用循環(huán)式灌漿或純壓式灌漿，具體設(shè)計：采用循環(huán)式灌漿法時，普通水泥設(shè)計水灰比為5∶1，射漿管距孔底不得大于50 cm；采用純壓式灌漿法時，設(shè)計水灰比為2∶1。如遇特殊地質(zhì)條件，漿液的配比、灌漿方法等必須通過室內(nèi)漿材試驗和現(xiàn)場灌漿試驗確定。此次周家營水庫帷幕灌漿壓力逐漸加大，最大壓力設(shè)定為1MPa。

3）注漿過程中，設(shè)計漿液由稀到濃逐級變換，變換標準：當某一比級漿液注入量已達300L以上，或灌注時間已達30min時，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應(yīng)換濃一級漿液灌注；當注入率大于30L/min時，可根據(jù)具體情況越級變濃。

4）灌漿結(jié)束標準：在設(shè)計最大壓力下，當注入率不大干1L/min后，繼續(xù)灌注30min，灌漿即可結(jié)束，灌漿結(jié)束后待凝時間為24h。

5）全孔灌漿結(jié)束后，設(shè)計以水灰比為0.5∶1的新鮮普通水泥漿液置換孔內(nèi)稀漿或積水，采用全孔灌漿封孔法封孔。封孔壓力設(shè)計采用全孔段平均灌漿壓力，封孔灌漿時間為1h。

4.4 灌漿質(zhì)檢

項目設(shè)計檢查孔位于帷幕中心線上，檢查孔數(shù)量為主排孔數(shù)的10%。灌漿結(jié)束14d后進行壓水試驗檢查，檢查孔自上而下分段鉆進，分段阻塞，分段壓水試驗，采用單點法檢測，灌漿壓力試驗合格標準為透水率小于等于0.05L/（min·m·m）。經(jīng)檢測后，灌漿孔合格率達到了100%。

5 結(jié)語

帷幕灌漿是目前壩體滲漏除險加固的重要手段之一，具有效果好、成本低等特征，但同時對勘察、設(shè)計、施工技術(shù)要求較高。該項目前期就將大量精力放在了滲漏勘察方面，準確地找到了滲漏點位置，為后續(xù)施工奠定了良好基礎(chǔ)。經(jīng)此次除險加固，周家營水庫大壩滲漏量減少至5.2m3/d，僅為處理前的18%左右，效果顯著，取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。