红兴水库坝基垂直防渗处理分析

2012-04-10朱贵臣

黑龙江水利科技 2012年2期

关键词：孔距坝基深层

朱贵臣

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

红兴水库坝基垂直防渗处理分析

朱贵臣

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

绥化市红兴水库为典型的引水式平原水库，是1958年始建的半拉子工程。2000年续建完成，蓄水后出现严重渗漏。经勘探证实，库区多年闲置，大面积黏土铺盖遭到严重破坏导致地基漏水。如果采用垂直防渗的办法施工，需自坝顶穿透坝身后才能处理坝基，将给施工带来很大困难。因此，在资金有限的情况下，如何选用既经济又能保证质量的施工工艺及方法，是本工程考虑的主要问题。就目前国内采用的几种地基防渗处理技术做了比较分析。

水库;地质;地基渗漏;基础处理;施工方案

1 工程地质条件

绥化市红兴水库位于绥化市北部距市区6 km的呼兰河滩地上，是一座为绥化市供水的提水式平原水库。坝型为黏土心墙砂砾坝壳，地基防渗采用天然黏土防渗层。全坝总长9.455 km，坝顶宽 6 m，平均坝高 7.9 m。该工程于2000年建成2004年7月试蓄水，蓄水后发现坝基严重渗水。经地质勘察显示:

坝基地层为第四系冲积层，总厚度13～33 m，其下为泥岩，自上而下的地层依次为:

1)低液限黏土，厚度0.8～5.0 m。

2)级配不良粗砂厚2.9～5.5 m。

3)级配不良细砾厚度4.5～13.4 m。

4)级配不良粗砂厚3.0～14.7 m。

5)级配不良细砾厚度8.0 m左右。

6)泥岩。

根据地质剖面图揭露的透水层情况分析，全坝段可分3部分:

0+000～1+960为较深层区，透水厚度在20.0～30.0 m。

1+960～7+580为浅层区，透水厚度大都在 20 m以下，个别地段可达到22.8 m。

7+580～9+280为深层区，透水厚度大都在22～33 m。

2 几种基础防渗处理技术分析

基础防渗处理技术主要有3种，技术分析为:

2.1 冲切成槽塑性防渗墙技术

成槽技术一般采用液压抓斗法成槽、冲击钻机配合液压抓斗成槽法等。另外，由山东省水科院综合了多种防渗技术的特点，开发的一种新型地下连续墙施工新工法——冲切成槽法。施工设备采用液压步履机架和履带行走桩架。基本原理是在振锤及高能浆流循环作用下对原始地层进行挤压、破碎。并将部分(或全部)地层颗粒置换出地面，形成槽孔。

墙体材料一般使用塑性混凝土，采用导管法浇注。配比由现场试验确定，理论配合比大致为:水泥∶砂∶砾石∶膨润土∶水 =1∶4∶4.5∶0.5∶0.8。

还有一种墙体材料叫自凝灰浆的，配合比为:水泥∶粉煤灰∶黏土∶砂∶水 =1.5∶1∶2∶4∶5。

以上方法具有很强的地层适应性，施工深度大，完全可以满足本工程的深度需要。同时，本方法成槽直观，质量容易保证。不利因素是需在坝顶切割一道30 cm的槽体，破坏坝面。

2.2 高压喷射灌浆技术

高压喷射灌浆的施工方法是借助于高压射流束的冲击作用，在切削破坏地层的同时，灌注水泥基质浆液，并使浆液在喷射范围内扩散，充填和置换，与地层土石颗粒掺混搅合后形成凝结体，从而达到改变原地层的结构和组分，提高地基和填筑体防渗性能或承载力的目地。

高压喷射灌浆是山东水科院于20世纪80年代初推广的新技术，现已广泛使用，技术日臻成熟，墙体材料一般采用水泥浆。除水泥浆外目前已开发出喷射低强度墙体材料，采用水泥、粉煤灰、黏土制成浆液后高压喷射。配合比为:水泥∶粉煤灰∶黏土∶水 =1.5∶1∶3∶4。

还有一种墙体材料只使用水泥加黏土制浆，采用固化剂作为胶结材料增强水泥的作用。固化剂是由哈工大哈尔滨启威公司科研试验室研制的黏土浆液固化剂，固化剂为白色粉末状，它与水泥作用同效，并且具有多项优于现行普通水泥浆、水泥黏土浆等良好性能。一般水料比为1∶1～1∶2，水泥黏土比为1∶2.5～1∶4，固化剂掺量为水泥用量的10% ～20%。

上述施工的主要区别在于墙体材料不同，配合有差异，但技术上都可行。采用掺黏土浆的不利因素是黏土制浆困难，由此造成给施工增加一定难度。

高压喷射灌浆的优点是基本不破坏坝面，质量可靠。不足之处是超过25 m时的孔斜度控制问题，错口的可能性比较大。按常规一般深度达到25 m以上时应选择双排灌浆或缩小孔距处理，这又无形中提高了造价。另外，超深度施工的后期质量检查也比较困难，需建造一定数量的检查围井，无形中也提高了造价。

2.3 深层搅拌桩技术

深层搅拌桩是20世纪90年代初期发展起来的地基防渗处理新技术。造价低廉(造价110～130元/m2)，现在已广泛的应用于堤防工程中。

深层搅拌桩的施工工艺是利用双动力多头(一般采用3头)深层搅拌桩机，通过主机的双驱动力装置，带动主机上的多个并列的钻杆转动，并以一定的推动力使钻杆的钻头向土层推进到达设计深度，然后提升搅拌至孔口。通过水泥浆泵将水泥浆由高压输浆管输进钻杆，经钻头喷入土体中。

目前这种施工方法不断得到改进，处理深度不断提高。武汉长江工程技术公司对深层搅拌桩的施工已经发展到在下钻的同时，就开始注浆，达到钻孔深度后，在钻杆提升的过程中复灌一次，提高了施工质量。

深层搅拌桩施工工艺适合于浅层地基，适用的土体主要为砂性土和黏性土，且土体中一般不含块石、卵石等粗颗粒。常规施工，其可靠的施工深度应不超过15～18 m深度。20 m以上的超深度施工，目前仅限于堤防施工或用于城市混凝土防渗墙的施工。

3 施工方案选择

综述上述方案，在技术上这3种施工方法都是可行的。但是，各有其优缺点。因此，施工方法综述如下:

3.1 冲切成槽塑性防渗墙的施工工艺

在质量保证上，其质量检查比较直观，可靠性强，技术成熟，把握性大，更适合于处理深度 30 m以上的基础防渗。冲切成槽的施工能力为每台套设备300～350 m2/d，极限强度可达400 m2/d。采用冲切成槽法施工，在规定的工期范围内，大体可以完成本工程规模的工程量。

根据本工程处理深度大，地层复杂的特点，建议处理深度较大的坝段，桩号5+000～9+455坝段，应用此方法施工为首选方案。

在有穿坝建筑物部位，为了不破坏建筑物的完整性，因采用高喷处理。

3.2 高压喷浆方案

施工技术比较成熟，质量可靠，施工队伍的选择面大，对坝面破坏较小。特别是采用高喷固化土，可大大降低造价。因此，防渗深度＜25 m的坝段推荐采用此方案施工。

这种方法在单排施工时的处理深度一般≤25 m。处理深度＞25 m时，需要采取相应措施。可考虑采用双排灌浆或缩小孔距，或采用旋喷灌浆技术。因此从经济技术上考虑，为了不增加工程投资，坝基处理深度相对较浅的坝段，桩号0-087～5+000坝段，用此方法施工比较合理。个别超过25 m段，采取缩小孔距或旋喷处理。

高喷技术目前国内施工队伍很多，选择面大。但是，施工能力参差不齐。本工程的处理深度大，地层复杂，施工承包应选择技术能力强、信誉高的施工队伍。

还有一个问题值得说明:根据调查的已完工程的施工经验，高喷的施工孔距一般≤1.6 m。有的施工资料显示，各别施工孔距大到2 m。按常规经验，此孔距视为较大。如果现场试验后确定的孔距缩短的话，有进一步增加投资的可能。