土石坝新型防渗技术在新南水库除险加固中的应用

黄院生

（福建省水利管理中心，350001，福州）

土石坝防渗漏处理的原则是“上堵、下排”。针对土石坝常规防渗技术存在的弊端，通过总结以往防渗技术经验和教训，福建省水利管理中心提出采用土石坝新型防渗技术,即采用单管高压旋喷防渗墙（或射水法防渗墙）与铺土工膜相结合的防渗技术,在工程实践中取得较好的防渗效果。由于新型履带式旋喷钻机钻孔深度可达50 m，防渗效果较好，具有旋喷桩垂直度高、墙体整体性好、适用性广、节约投资等特点，适合病险水库除险加固。

一、新南水库存在的主要问题及原因分析

1.工程概况及存在的主要问题

新南水库位于福建省泉州市洛江区双阳街道新田村，所在河流为洛江支流,是一座以灌溉为主，兼有防洪、供水等功能的重点小型水库。水库坝址以上集雨面积3.2 km2，主河道长度1.2 km，河道比降14.8‰。水库原设计洪水标准50年一遇，设计洪水位73.19m，相应库容129.19万m3；校核洪水标准500年一遇,校核洪水位73.71m，相应库容143.00万m3；正常高水位71.60m，相应库容 118.5万 m3；死水位53.00m，死库容1.5万m3。水库大坝为均质土坝，坝顶设有防浪墙，防浪墙顶高程75.00 m，坝顶高程74.20 m，最大坝高28.68 m，坝顶长度158.50 m，坝顶宽度4.0 m。

新南水库于1956年动工兴建，1959年竣工，1965—1970年对大坝进行加高扩建,至今已运行40多年,工程日趋老化，存在一些隐患,主要有大坝填土压实度不够，背水坡存在散浸、渗漏现象,尤其在桩号 0+060～0+070,背水坡高程60～65 m之间曾出现较大渗漏,经福建省大坝安全管理中心核查,大坝属三类坝。

2.原因分析

根据新南水库大坝工程地质勘察报告，现有大坝填土不均匀，大坝碾压质量较差，经土层击实试验，压实系数低于规范规定;现场注水试验结果表明大坝土料的平均渗透系数为 1.53×10-4cm/s，属中等透水，且大坝加高扩建时存在薄弱地段,因此坝体防渗性能差，存在渗漏隐患。

地质勘察报告还表明左岸坝基位于残积土和强风化花岗岩上，河床及右岸坝基位于强风化花岗岩和中风化花岗岩上。强中风化花岗岩压水试验透水率达27.14 Lu,属中等透水性，坝基未采取防渗措施,基础不满足防渗要求。

二、大坝加固方案选择

针对大坝渗漏原因分析，并结合以往类似工程的实践经验，在基岩采取帷幕灌浆的基础上，大坝防渗采用全坝段充填灌浆和土石坝新型防渗技术两种方案进行比较。经比较认为黏土充填灌浆虽施工简单，可增加坝体密实度及渗透系数,但运行2～3年后浆液会干缩硬化，防渗效果渐渐失效,通常要反复灌浆；而新型防渗技术防渗效果明显，从多个已建工程检测指标看，渗透系数小于 1×10-6cm/s，成墙质量均匀，耐久性好，可提高坝身土体的稳定性。因此推荐采用土石坝新型防渗技术——新型旋喷钻机及防渗技术。

工程在坝轴线布设旋喷灌浆孔，旋喷桩桩径不小于0.6 m，孔距为0.50 m，桩与桩搭接不小于10 cm；旋喷防渗墙钻孔进入基岩以下0.5 m，旋喷灌浆顶至校核洪水位73.71 m，共布设317个孔。

三、工程施工

1.施工机械

工程主要施工机械配置包括:

①钻机。选用XL—50型履带式旋喷钻机，该钻机具有履带底盘装载，行走、移动、就位方便,全液压动力头传动，配备钻塔垂直、动力头回转及提升速度的显示装置,钻进效率高，垂直度好；钻机钻杆直径为50 mm，钻进深度可达50 m。

②高压泵。选用1台GZB—CR型高压注浆泵，最大泵压42 MPa，流量99 L/min。

③双缸灰浆泵。选用HLB35A双缸灰浆泵。

④旋喷管。包括单层注浆管、单管导流器和单管喷头，单层注浆管采用外径50 mm的地质钻杆，每根长2.5 m，连接螺纹处采取密封措施，单管喷头采用平头型，其底端镶有硬质合金。

⑤高压管路。采用钢丝缠绕液压胶管，其工作压力不低于喷射泵压，内径根据流量确定为19 mm。

2.施工方法

施工采用两序跳孔法，既先施工单序孔，后加密偶数孔；经试喷主要参数为：输浆压力为25～32 MPa，输浆率70～80 L/min，浆液比重1.45 g/cm3,提升速度15～18 cm/min。主要施工工序见图1。

表1 大坝加固前后渗流分析

表2 检测位置及工作量

四、大坝加固效果

1.渗流分析

新南水库在正常蓄水位71.60 m、下游无水时,大坝加固前后渗流分析成果见表1。从成果可知,加固后大坝理论单宽渗流量和最大水力坡降均满足规范要求,且比加固前小很多,说明新型旋喷防渗墙防渗效果较好，解决了大坝渗漏问题。

2.钻孔取芯和注水检测

新南水库大坝加固完成后,福建省泉州市水利水电工程质量检测站对坝体进行钻孔取芯和注水、压水试验，以检验新型旋喷防渗墙的完整性和抗渗性能,主要检测位置及工作量见表2。

现场共进行21段注水，其渗透系数试验值为 4.27×10-7～9.98×10-7cm／s，平均值为8.34×10-7cm/s，可以满足设计要求。根据室内芯样抗压、抗渗试验结果，旋喷防渗墙#39～#40桩间混凝土芯样试件抗压强度代表值为2.3 MPa， 渗透系数为 9.26×10-7cm/s；#104～#105桩间混凝土芯样试件抗压强度代表值为2.6 MPa，渗透系数为 8.17×10-7cm/s；#112～#113 桩间混凝土芯样试件抗压强度代表值为2.2 MPa， 渗透系数为 9.77×10-7cm/s；#212～#213桩间混凝土芯样试件抗压强度代表值为2.5 MPa，渗透系数为 8.90×10-7cm/s；#268～#269 桩间混凝土芯样试件抗压强度代表值为2.3 MPa，渗透系数为 9.00×10-7cm/s，均满足设计要求。

图1 旋喷施工工序

3.物探检测

工程运行半年后,再次委托某物探公司对新南水库大坝进行物探检测，此次检测共完成全坝段高密度电法剖面1条,其中大坝桩号0+060～0+070处,背水坡在打桩治理前曾经出现渗漏，桩号0+080～0+120是大坝打桩深部区段，因此在大坝桩号0+060～0+140区段增加多道瞬态面波法检测。

检测结果表明，大坝采用高密度电法检测及面波重复检测均未发现明显的异常区；打桩前曾经发生渗漏的部位，经检测也未发现有渗漏及渗漏通道。水库大坝新型旋喷防渗处理后效果明显，高压旋喷桩整体防渗质量较好。

五、结 语

①土石坝新型旋喷钻机及防渗技术主要施工设备为XL—50型履带式旋喷钻机,由于工程招标投标时不能指定设备限制施工企业准入,给技术推广造成困难。技术推广部门今后在科技成果推广应用时,应当重视如何保证技术设备的可靠性。

②目前大坝防渗加固应用防渗墙方法较多,各类防渗墙各有其特点和适用条件。土石坝新型防渗技术主要适用于均质土坝和心墙坝，XL—50型旋喷钻机深度可达50 m，但在坝高超过30 m时建议适当减少孔距或布设双排孔。

③土石坝新型防渗技术在福建省新南水库推广应用，实施旋喷防渗总进尺5 700 m，防渗面积2 500 m2，经检测大坝渗漏系数小于1×10-6cm/s，有效解决了大坝渗漏问题，取得了较好的社会效益和经济效益。

[1]黄院生.新型旋喷技术在湖后水库大坝加固中的应用[J].水利科技，2010(1).

[2]李长华，龚德新，郭祥初.运用高压旋喷建造土坝坝基灌浆盖板技术[J].中国水利，2002（08）.