东方红水库土坝防渗工程施工方法研究

董 赟，马龙军，苏仲静

(1.黑龙江省八五七农场水务局，黑龙江密山158322;2.黑龙江省农垦总局牡丹江分局水利工程管理分站，黑龙江密山158308; 3.黑龙江省农垦总局牡丹江分局兴凯湖灌区管理站，黑龙江密山158308)

东方红水库位于黑龙江省铁力市铁力镇西14.5 km、王杨乡铁屯南200 m处，处于呼兰河支流稳水河中游，为小(1)型水库。流域面积100 km2，多年平均径流量2 000万m3。水库设计洪水标准为P=5%，校核洪水标准为P=0.33%，水库设计总库容698.44万m3。

1 坝体存在问题及地质条件

该水库为黏土均质坝，根据坝体及坝基地质探查，在冬季最大冻深时存在的主要坝段下游侧坝基喷出水柱的状况，和坝体下游侧有纵向裂缝和滑塌迹象。分析其主要原因:是由于坝体填筑不良和坝基覆盖土层清基不良，含大量有机质，夹多量未腐烂的草根等原因，形成坝体及坝基防渗效果差，渗透水使坝体含水量高、坝基有渗透通道。虽曾补做黏土灌浆截渗墙，但根据提供灌浆指标，截渗能力提高不大，还不能作为防渗心墙;上游坝坡曾做过简单碾压，但达不到斜墙的作用。因此须对大坝主要渗透段进行防渗处理。

土坝坝基座落于第四纪冲积层上，上层为厚度＞3 m的粉质黏土，构成相对不透水层，成为良好的天然铺盖层;左右坝肩均接于粉质黏土层，防渗性较强。坝基以下为强透水层，透水层深度＞10 m。坝址地层岩性及物理力学特征把地层自上而下分为4层:

1层:填筑土。黄褐色、黑褐色，为坝体的填筑土。以黏土为主，夹多层泥炭质土(内夹多量未腐烂的草根)。黏性土层呈湿可塑状，泥炭质土呈很湿的软塑状。层厚5.7～6.3 m .。

2层:泥炭质土。黑色，无层理，含大量有机质，夹多量未腐烂的草根。很湿、软塑、高压缩性土，只见于K1、K2号孔。埋深5.7～6.3 m，厚度0.5 m。

3层:粉质黏土。黄褐色、黑褐色、无层理，局部夹少量白色碳酸钙粉末，湿、可塑。层间多处夹泥炭质土薄层透镜体(泥炭质土为很湿、软塑)，分布普遍。在坝体下的埋深为6.3～6.7 m，在坝下原地面的埋深为0.5 m，厚度3.85～5.35 m。

4层:角砾。灰色，粒径＞2.0 mm的颗粒占65%～75%，夹10%左右的卵石，卵石的矿物质成分一般为安山质、花岗质，中等磨圆;砾石的矿物质成分一般为石英、长石等磨圆较差。分布普遍。在坝体下的埋深为10.4～11.0 m，在坝下原地面的埋深为5.70 m(K5钻孔)，钻孔揭露最大厚度9.6 m。

2 施工方案

依据设计方案，防渗墙范围从泄洪闸外墙至输水洞，全长850.0 m。采用封闭式防渗措施，防渗墙深度达到坝基表层以下1.5 m，与坝基黏土层相接，高程由204.0～196.70 m，全高度为7.3 m、最小厚度为95 mm。目前常用的深层搅拌桩机分为转盘式及动力头式两大类。转盘式深层搅拌桩机多采用大口径转盘，配置步履式底盘，主机安装在底盘上，安有链轮、链条加压装置。其主要优点是:重心低、比较稳定，钻进及提升速度易于控制。动力头式深层搅拌机可采用液压马达或机械式电动机——减速器。这类搅拌机主电机悬吊在架子上，重心高，必须配有足够重量的底盘，另一方面，由于主电机与搅拌钻具连成一体，重量较大，因此可以不必配置加压装置。

在本工程中，选用了转盘式BJS型多头深层搅拌桩机。此桩机为三钻头小直径深层搅拌桩机，钻头直径为200～450 mm。考虑到施工可能带来的垂直度偏差，选用桩径为250 mm，桩间距150 mm，三次成墙，详见施工顺序示意图。图中A、B、C分别表示三次成墙钻头的位置，A、B、C之间距离由三轴间距离决定，三轴间距为450 mm，三次成墙为150 mm。首先完成A序三根桩的的施工，然后完成B序，最后完成C序。A、B、C序完成后即完成一个单元墙的施工。搭接处墙体最小理论厚度为200 mm，桩间最大搭接100 mm。控制桩体倾斜度在0.4%以内，最大偏差61 mm，仍有139 mm桩体厚度，可满足防渗墙厚度要求。

图1 施工顺序示意图 mm

3 讨论

深层搅拌法常用的加固材料为水泥，因此在使用此方法时，水泥掺入量及水泥浆水灰比就决定了水泥土的抗压强度、变形模量、渗透破坏比降，对渗透系数也有较大影响。

根据我国经验，水泥掺入量一般取:黏性土10%～12% (土层中有孔洞或极松散的土体除外);砂性土10～18%。同样的施工机械，在同一土层中使用不同水灰比，水泥土被搅拌的均匀性差别较大。相对来说，水灰比越大，水泥浆中水的含量大，水泥土被搅拌的越均匀，过多的水会填充土层中的孔隙。若水灰比过小，按照设计水泥掺入量喷入土层时，水泥土浆中的的含水量就会过小，使得水泥浆和原土搅拌后达不到流态，甚至水泥浆和土分离，无法充分拌和，导致无法成墙，达不到截渗效果。

在本工程中，根据土工试验成果，初步确定0+000～0+ 300，0+600～0+850土体的含水量在30%左右，水灰比取1.5;0+300～0+600土体的含水量在50%左右，水灰比1.0。根据土料情况，按12%的水泥参入量进行灌浆。在设计施工前，可取被加固土做室内水泥土配入量。一般来说试验龄期90 d，但在设计施工前由于时间的限制可做7 d，28 d试验，由7 d，28 d龄期推算到90 d龄期。根据室内试验初步确定合适的水泥掺入量，室内试验必须考虑施工现场条件同室内搅拌配制水泥试样时条件的差别。

4 结语

我国应用深层搅拌法已有20多年，在水利工程中应用始于1995年，已经在闸基、泵站复合地基加固、拦河坝坝基防渗、堤防防渗、边坡支护等工程中应用。在我省病险水库除险加固工程中，深层搅拌法有较大的应用空间，但此种方法在北方寒冷地区应用较少，也没有成熟的专业队伍，而且负温条件下，冻胀对水泥土的影响研究较少，在以后的工作中，应注意观测收集此方面的资料，为深层搅拌法在北方寒冷地区推广积累经验。

［1］ 水利水电工程施工组织设计手册(1卷)［R］.北京:中国水利水电出版社，1997.

［2］ 水利水电技术(搅拌桩工程专辑)［M］.北京:中国水利水电出版社，1998.

［3］ 刘景政、杨素春，等.地基处理与实例分析［M］.北京:中国建筑工业出版社，1998.

［4］ 丛蔼森.地下连续墙的设计施工与应用［M］.北京:水利电力出版社，2001.

［5］ 董哲仁.堤防除险加固实用技术［M］.北京:水利电力出版社，1998.

［6］ 张俊芝.水利水电工程理论研究及技术应用［M］.武汉:武汉工业大学出版社，2000.

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