滁州市城西水库大坝防渗加固方案比选

向 建，郑作民，王 珂

（山东水利工程总公司，山东 济南 250014）

城西水库位于安徽省滁州市境内的清流河支流小沙河上游(属长江水系)，水库始建于1958年，1965年建成运行，是一座以灌溉、城市供水、防洪、养殖等综合利用的全国防洪重点中型水库，水库集水面积168 km2，总库容 7 112 万 m3。主坝长 1 650 m，坝顶高程33.0 m，最大坝高25 m。枢纽工程由大坝、溢洪道、灌溉涵洞、非常溢洪道等建筑物组成。

坝基地层共7大层12小层，据钻孔揭露情况，自上而下分述如下：①层，淤泥质重粉质壤土：灰色，很湿~饱和，软塑，局部夹有腐植质；②层，重、中粉质壤土、局部为粉质黏土：灰黄色、灰色、局部黄色，湿~很湿，软塑~可塑、局部硬塑；③层，淤泥质重粉质壤土夹细砂、局部夹砂壤土：灰色，很湿~饱和，软塑，局部夹有腐植质；④层，重粉质壤土、粉质黏土：灰黄色、棕黄色，湿，硬塑~坚硬、局部可塑，夹有Fe、Mn质结核；⑤1层，重粉质壤土夹细砂、局部夹砂壤土：灰黄色、棕黄色、灰色，湿，可塑~稍密、局部硬塑；⑤2层，中细砂：灰黄色、灰色，饱和，松散~稍密、局部中密；⑤3层，重粉质壤土夹砾石：灰色，湿，可塑；⑤4层，泥砾石夹砂砾石，以泥砾石为主：黄色、灰黄色、灰色、砾石杂色，湿~饱和，中密，砾石一般粒径30~50 mm、最大粒径80 mm以上，含泥量极不均匀、局部为砂砾石。⑥1层，强风化闪长玢岩：紫灰色、青灰色，湿，呈碎块状；⑥2层，中等风化闪长玢岩：紫灰色、青灰色，湿，呈柱状、少量碎块状，含大量斜长石斑晶；⑦1层，强风化灰岩：褐灰色、灰色，湿，呈碎块状；⑦2层，中等风化灰岩：褐灰色、灰色，湿，呈柱状。

1 大坝第一次防渗加固

1.1 设计方案

根据安徽省水利厅皖水基（2001）590号文《关于城西水库除险加固工程初步设计的批复》，2002年10月开始进行大坝加固，2003年5月完成第一次大坝防渗工程，采用的垂直防渗工艺为高喷灌浆结合劈裂灌浆，即坝基至砂卵石以上5.0 m范围内采用高喷灌浆施工工艺，上部土层采用劈裂灌浆工艺。

1.2 施工方法

钻孔施工完成后，高喷台车就位，下设喷射管到设计深度。同时启动高压水泵、空压机、搅拌机、泥浆泵等配套设备，将各项工艺参数调整到设计要求，开始喷射，待孔口返浆后按设计要求速度开始提升，自下而上形成高压喷射灌浆防渗板墙。灌浆过程中随时检查浆液比重及孔口冒浆现象，如孔口出现不返浆现象，说明有大空隙或集中漏水通道，此时应立即停止提升，采取充砂或掺加速凝剂等措施使其返浆，以确保防渗墙的连续性。

喷射过程中应随时检查设备运行状况，高压水泵泵压应保持在35 MPa以上，空压机风压不小于0.6 MPa，泥浆泵泵压保持0.2～1.0 MPa，同轴喷射。高喷孔分序施工，Ⅰ、Ⅱ序孔灌浆间隔时间不小于3 d。

1.3 运行效果

水库大坝经第一次防渗加固处理后，运行中发现老河槽段（0+720断面附近）防渗墙后的坝基渗流压力仍然偏高，坝基测压管水位高出理论值2~3 m，出现高水位异常且长期不下，大坝桩号0+700~0+900段坝身浸润线仍然偏高，坝后有明显承压水头泉眼，坝内仍存在渗流通道，防渗效果不明显。

鉴于城西水库地理位置的重要性及存在的问题，2009年6月14日水利部专项检查组召开了水库安全度汛督查会，要求尽快查明原因，补充测量钻探，以进一步查明大坝坝体质量及坝基渗透范围，透水层深度，并确定下一步加固处理方案。项目法人委托勘测单位进行了补充勘测。

1.4 补充勘测

受项目法人委托，安徽省水利水电勘测设计院承担了补充勘察任务，通过勘察得出如下结论：老河槽（0+720断面附近）坝基扬压力偏高的原因是：⑤4层泥砾石夹砂砾石层在大部分坝段是不透水层，在0+720坝段的坝后二平台的下游也是不透水的，而这一层在0+720附近坝段的坝后二平台的上游是强透水层而且在0+720坝段附近的上游继续分布着一层中等透水的中细砂层，导致在0+720坝段附近的坝后二平台的扬压力过高。

坝身填土的填筑质量及防渗性能总体良好，但在0+750~0+800坝轴线上以及0+750~0+900迎水坡的上部，坝身填土渗透系数偏大，不符合规范要求，从而导致水库高水位时浸润线偏高，大坝上游有部分斜墙已经丧失挡水防渗的功能。鉴于勘察所揭露的地层情况及水库的重要性，建议尽快对大坝重新采取防渗加固措施。

2 大坝第二次防渗加固

2.1 设计方案

第二次防渗加固设计在大坝桩号0+550~0+950段坝顶轴线处布置混凝土防渗墙，防渗墙顶高程为32.55 m，墙底高程在2.0~3.55 m，墙体嵌入基岩1.0 m。墙下基岩进行帷幕灌浆，形成一道完整的防渗体系，帷幕灌浆从0+550~1+200桩号坝段，以达到坝体坝基一并截渗的目的，从而有效降低坝体浸润线，消杀坝后承压水头，防止渗透破坏。防渗墙厚度为0.5 m，墙体最大深度为31.4 m；帷幕灌浆设计防渗标准为基岩透水率10 Lu，灌浆深度深入10 Lu线以下不小于3.0 m，单排孔布置分三序施工，孔距1.5 m，采用自上而下分段灌浆工艺。坝后增设4座减压井。

2.2 施工方法

2.2.1 混凝土防渗墙施工

1）槽段划分。结合地质条件并考虑预埋帷幕灌浆管的孔距（帷幕灌浆孔距为1.5 m），确定标准槽段长度为7.5 m，每一槽段中预埋5根灌浆管，两边的灌浆管距槽孔端头的距离为0.75 m。

防渗墙设计厚50 cm，最大深度约31.4 m，坝体为重粉质壤土、粉质黏土为主，坝基为强风化灰岩，采用“抓斗配合冲击钻成槽”工艺，接头处理采用“接头管”法。液压抓斗选用宝峨GB30型液压抓斗，冲击钻选用CZ-30型。

2）泥浆固壁。泥浆在施工中不仅直接影响槽壁稳定，并且起到冷却、润滑钻具，悬浮岩屑及防止塌孔的作用。

泥浆制备时纯碱液配制浓度为 1∶10～1∶5，CMC液对高粘度泥浆的配制浓度为1.5%。先将水加至搅拌筒1/3后开动搅拌机，在定量水箱不断加水同时，加入膨润土、纯碱液，搅拌3 min后，加入CMC液继续搅拌。搅拌好的泥浆静置24 h后使用。

3）成槽施工。成槽施工采用“抓斗配合冲击钻”工艺，由液压抓斗根据槽段长度分“主、副孔”依次抓取。入强风化岩石采用“钻凿法”施工。

按照设计及复勘孔揭示的地质资料及设计防渗墙体嵌入风化基岩1.0 m的标准确定成槽深度，成槽过程中当发现接近基岩面时开始留取岩样并记录好深度，由现场地质工程师会同监理工程师共同鉴定岩样。

槽孔终孔验收合格后下设潜水排污泵配振动筛（泵吸法）清孔，直至淤积厚度满足要求；二期槽孔清孔结束前，用钢丝刷刷洗一期槽孔段混凝土孔壁上所吸附的岩渣、泥皮。

4）槽段连接。墙体连接采用“接头管法”，Ⅰ期槽孔浇注前，在槽孔两端下设直径略小于槽宽的钢制接头管，孔口固定后浇注混凝土，浇筑过程中随时松动接头管，待混凝土初凝后起拔接头管，形成接头孔。接头管分节制作，插销连接，采用液压拔管机起拔。

5）防渗墙浇筑。防渗墙水下混凝土浇注采用直升式导管法，导管下设严格按规范要求，导管间距≤3.5 m，一期槽端的导管距接头管为1.0～1.5 m，二期槽端的导管距孔端1.0 m。

浇筑时导管埋入混凝土深度≥1.0 m，不超过6.0 m；保持槽孔内混凝土面均匀上升，上升速度≥2 m/h，每30 min测定一次混凝土面深度，保证混凝土面高差控制在0.5 m范围内；浇筑混凝土时，孔口设盖板，以防杂物掉入槽孔内。

浇筑过程中随时测量并做好混凝土面上升记录，防止堵管、埋管、导管漏浆和泥浆混掺事故的发生。每隔30 min测量一次槽孔内的混凝土面深度，并及时填绘混凝土浇筑指示图，以校对浇筑方量。

2.2.2 帷幕灌浆施工

1）钻孔。帷幕灌浆钻孔采用XY-2B地质钻机，配Φ50钻杆，采用Φ76岩芯钻具。钻孔要保证孔向准确，如钻孔方向发生偏斜将导致各孔灌浆的扩散范围不能互相搭接，会留有漏水通道。为控制钻孔方向准确，钻机安装必须平正稳固，钻孔时在孔口埋设孔口管，钻机立轴和孔口管的方向与设计孔向一致，孔口管对全孔钻进能够起到导向的作用，有利钻孔的方向控制。

2）压水试验。灌浆孔均进行简易压水试验，简易压水试验可结合裂隙冲洗进行，简易压水试验方法为：压力为灌浆压力的80%，该值大于1.0 MPa时，采用1.0 MPa，压水20 min，每5 min测读一次流量，取最后的流量值作为计算流量，成果以透水率表示。

3）制浆。制浆采用高速搅拌机制浆，水泥浆液的搅拌时间不少于30 s，搅拌转速大于1 200 r/min，浆液在使用前过筛，自制备至用完的时间少于4 h。集中制浆站制备水灰比为5∶1~0.5∶1的纯水泥浆液。各灌浆地点测定来浆密度，调制使用。

4）灌浆。灌浆浆液的浓度应由稀到浓，逐级变换，帷幕灌浆的浆液水灰比有以下 7 个比级：5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1，开灌水灰比采用 5∶1。 灌注细水泥浆液， 可采用 3 个比级 2∶1、1∶1、0.6∶1 或 1∶1、0.8∶1、0.6∶1。灌注稳定浆液、混合浆液、膏状浆液，比级宜少，其配比和变换方法通过室内浆材试验和现场灌浆试验确定。

2.3 运行效果及蓄水安全鉴定

按照补充勘测设计实施第二次大坝防渗加固工程后，对加固前后测压管资料分析，坝基渗流压力、坝身浸润线有明显降低。初步监测成果表明，大坝渗流稳定满足规范要求。

2010年11月10日至14日，受项目法人委托，南京水利科学研究院组织有关专家对城西水库除险加固工程进行了蓄水安全鉴定，通过听取汇报、查勘现场、查阅资料等方式，形成了《滁州市城西水库除险加固工程蓄水安全鉴定报告》。结论为：

城西水库大坝经过第二次补充防渗处理后，除险加固工程设计符合规范要求，施工质量满足设计和规范要求。当前工程面貌已经具备下闸蓄水条件，可下闸蓄水。

3 结语

通过对比城西水库大坝2次防渗加固的效果可以看出，在类似⑤4层泥砾石夹砂砾石地层中，采用高压喷射灌浆防渗工艺局部未能有效截断坝基渗漏通道，防渗效果不佳；采用混凝土防渗墙下接帷幕灌浆防渗工艺，能有效降低坝体浸润线，截断坝基渗漏通道，形成最佳防渗体系，该防渗工艺近几年来普遍应用于国内大中型水库除险加固大坝防渗加固中。