悬挂式帷幕灌浆在水库加固工程中的应用

乔 兵 张大雷 孙 颖

（1.烟台市水利建筑勘察设计院 山东烟台 264001；2.烟台市胶东地区引黄调水工程建设管理局 山东烟台 264001）

1 工程概况

门楼水库是一座兼有防洪、城市供水、灌溉等综合利用的多年调节大 （2）型水库，控制流域面积1079km2。枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道和放水洞组成。主坝为粘土心墙砂壳坝，坝顶高程37.10m，最大坝高24.10m，坝长1440m。副坝3座，分别为闸北副坝、幸福渠副坝、东副坝，总长833m。闸北副坝为均质坝，坝顶高程37.00m，最大坝高10.0m，坝长334.0m；幸福渠副坝为斜墙坝，坝顶高程35.71m，最大坝高19.2m，坝长150.0m；东副坝为粘土心墙坝，坝顶高程37.00m，最大坝高17.0m，坝长393.0m。溢洪道为开敞式，建有12孔10m×6m溢洪闸，净宽120m，总宽136.5m，溢流堰为克－奥型实用堰，堰顶高程25.38m。水库设有东、西两座放水洞。

根据水库工程地质勘察报告，主坝、闸北副坝、幸福渠副坝及溢洪闸基岩岩溶裂隙极其发育，透水率100～1000Lu，存在严重的渗透稳定问题，危及坝体和溢洪闸的安全，应及早进行除险加固。

2 工程地质情况

2.1 主坝坝基地质情况

根据水库工程地质勘察报告，主坝左岸桩号1＋000～1＋440段坝基20.0～21.50m高程以上岩体透水率53～230Lu，属中等偏强～强透水，坝体与坝基接合部位存在接触冲刷可能，20.0～21.50m高程以下岩石透水率16～19Lu，属中等偏弱透水。

2.2 闸北副坝坝基地质情况

闸北副坝桩号0＋021.5～0＋278段坝基为厚层大理岩，并有部分片岩相间，岩溶发育，透水率多为100～1000Lu，属强透水层，赋存岩溶裂隙水，接受库水补给，向下游排泄。受构造及岩性影响，岩溶发育不均一，透水率变化很大，为5～2260Lu，勘探深度70m尚未见相对隔水层。坝下游有4处泉群长期漏水，水库高水位时坝下居民家中产生涌水。

2.3 幸福渠副坝坝基地质情况

幸福渠副坝坝基为强风化～中风化大理岩，岩石破碎，岩溶发育，漏水严重。桩号0＋461.95～0＋556.45段坝基为硅质大理岩，透水率多为100～1000Lu，最大达2260Lu，强～极强透水，在桩号0＋469、0＋500钻孔2个，孔深65m，透水率为7.6～26Lu，至孔底高程－29.29m，亦未见相对不透水层。水库蓄水后的1960～2000年间，该副坝先后发生过4次大的渗漏险情，最大渗漏量1.05m3／s。由于大理岩溶蚀裂隙及溶洞发育，充填物主要为含碎石壤土，结构松散，在高水位下易产生渗透破坏，上下贯通，形成塌陷及渗流通道，危及大坝安全。

2.4 溢洪闸闸基地质情况

溢洪闸所处的河间地块单薄，大理岩溶发育，透水率一般50～600Lu，最大1056～1296Lu，属强－极强透水岩层。根据钻探资料，－17m高程以上岩石透水率较大，为204～1296Lu，向下减少，－37m高程透水率为219Lu，仍未见相对不透水层。1988年水库保安全虽曾对闸基进行过悬挂式帷幕灌浆处理，但由于灌浆质量差，深度浅，效果不明显。

3 截渗加固方案

在水库大坝安全鉴定的基础上，通过进行详细的地质勘察，根据各坝、闸基坝型、地质条件及存在的不同问题，经多方案分析论证，对主、副坝坝基和溢洪闸闸基提出了不同的截渗加固方案。

3.1 主坝坝基截渗方案

3.1.1 截渗方案

根据工程地质情况，设计对桩号1＋000～1＋440段坝基进行帷幕灌浆处理。考虑到该坝段基岩相对不透水层埋藏深度较深，采用悬挂式帷幕灌浆方案，灌浆深度为至基岩面以下10m，灌浆顶面深入坝体内1.0m。

3.1.2 工程布置

帷幕灌浆孔沿坝轴线布设。灌浆孔共布置一排，孔距2m，分三个次序施工。先钻灌一序孔，再钻灌二序孔，最后钻灌三序孔。一序孔孔距为8m，二序孔孔距为4m，三序孔孔距为2m。灌浆后岩石透水率小于5Lu。

3.2 闸北副坝坝基截渗方案

3.2.1 截渗方案

根据工程地质资料，桩号0＋062～0＋110段坝基5.0m高程以下透水率小于5Lu，按规范要求，帷幕灌浆的深度深入相对不透水层至少5.0m；其余两段－25m高程 （勘探深度为70m）仍未见相对不透水层，设计采用悬挂式帷幕灌浆，据渗流计算结果，两段灌浆的设计底高程为－5.0m。

3.2.2 工程布置

考虑到该坝为均质坝，且上游坝脚大部分在兴利水位以上，设计帷幕灌浆孔沿上游坝脚布设。由于坝基岩溶极其发育，透水率达到2260Lu，根据《碾压式土石坝设计规范》 （SL274－2001），灌浆孔布置三排，呈梅花型，排距2m，孔距3m。灌浆顶面深入坝体内1.0m与粉质粘土坝体可靠连接。灌浆后岩石透水率小于5Lu。

3.2.3 其它技术要求

为提高浆液与基岩裂缝的粘结力，设计在浆液内掺水泥用量10%的REA掺加剂，通过REA的膨胀作用，增强灌浆帷幕的抗渗性能。

对集中漏水严重的坝段，设计采用冲填级配料灌浆工艺。即开始先冲填小石子，当冲填到一定程度后，有堵孔返水现象，进行扫孔处理，再重复投料；当孔口形成一定压力，漏水量小于200L／min时，再冲填粗砂；然后作压水试验，按常规要求进行灌浆。

3.3 幸福渠副坝坝基截渗方案

3.3.1 截渗方案

幸福渠副坝坝基大理岩溶蚀裂隙发育，溶洞中的充填物在高水位作用下可能上下贯通，形成渗流通道，危及大坝安全，应对坝基进行截渗处理。根据渗流计算结果并经多方案比较，采取钢筋砼铺盖和帷幕灌浆相结合的截渗处理方案。

3.3.2 工程布置

考虑到该坝为斜墙坝，设计灌浆轴线沿上游坝脚布置。钢筋砼铺盖设在粘土斜墙齿槽的前端，厚0.4m。铺盖的长度经渗流计算确定为60m，为避免绕渗，两岸顺岸坡铺设至31.0m高程 （高于兴利水位0.32m），因上部水头较小，顶部31.0m高程处铺盖长度为15.0m，与坝脚铺盖呈渐变方式衔接。

根据地质资料，幸福渠副坝坝基灌浆范围为桩号0＋439～0＋610，防渗体总长199m （含斜坡段长）。由于主河槽部位坝基－30m高程仍未见相对不透水层，坝基截渗采用悬挂式帷幕灌浆加固措施。参照 《混凝土重力坝设计规范》，对于坝基下相对隔水层埋藏较深者，灌浆的深度可取0.3～0.7倍的水头。针对工程实际情况，经渗流计算，灌浆底高程确定为－5.0m。对于左岸桩号0＋581～0＋610段，－5.0m高程以上有相对不透水层，其灌浆底部深入相对不透水层5.0m。

图1 幸福渠副坝坝基截渗设计图

帷幕灌浆孔位于钢筋混凝土铺盖下游端齿槽的下面，共设两排孔，呈梅花型布置，排距2m，孔距3m。灌浆孔上游一排距齿槽底上游边缘1.5m，下游一排距齿槽底下游边缘1.5m。帷幕灌浆的顶面与钢筋混凝土齿槽可靠连接，灌浆后岩石透水率小于5Lu。灌浆的其它技术要求与闸北副坝相同。坝基截渗设计见图1。

3.4 溢洪闸闸基截渗方案

3.4.1 截渗方案

根据地质勘察资料，该区至－35m高程仍未见相对不透水层，采用悬挂式帷幕灌浆截渗方案。为使灌浆帷幕与右岸的主坝和左岸的闸北副坝相接，灌浆的范围为主坝桩号1＋426至闸北副坝桩号0＋021.5，长192.5m。

3.4.2 工程布置

考虑到1988年曾对溢洪闸进行过一次帷幕灌浆，灌浆范围为主坝桩号1＋425至闸北副坝桩号0＋020，灌浆底高程为－5.0m和0.0m。本次根据地质勘察资料和渗流计算结果，灌浆底高程适当加深，为－10.0m。设计共布置一排灌浆孔，为保证本次灌浆和前次灌浆较好结合，灌浆孔布置在前次灌浆孔的上游侧1.5m处，孔距3m，灌浆底高程为－10.0m。灌浆后岩石透水率小于5Lu。

4 加固效果

通过对主坝、闸北副坝、幸福渠副坝、溢洪闸坝（闸）基帷幕灌浆工程不同部位、不同深度 （段次）进行压水试验抽样检测，其透水率检测结果为：主坝1.04～1.91Lu，闸北副坝0.37～4.73Lu，幸福渠副坝0.83～4.31Lu，溢洪闸0.96～2.46Lu，均满足设计要求。从加固前后的坝基漏水情况看，加固前溢洪闸－幸福渠副坝下游岸边有4处泉群长期漏水，渗漏量约2513m3／d。加固后，坝下游的4处泉水均已干涸，可见截渗效果十分明显。

5 结语

针对门楼水库大坝及溢洪闸基岩相对不透水层较深的实际情况，结合各坝 （闸）基不同坝型、地质条件及存在的问题，通过现场试验和计算分析，提出了悬挂式帷幕灌浆技术，并采取了不同的截渗处理方案，该工程已经实施，并通过了竣工验收，取得了良好的截渗效果。