际头水库砌石拱坝防渗加固工程施工

2012-12-24黄志恒

湖南水利水电 2012年3期

黄志恒

（福建省永川水利水电勘测设计院有限公司福州市 350002）

1 工程概况

1.1 工程概况

际头水库位于福建省浦城县富岭镇靖坑村，于1985年11月动工，1991年11月竣工。水库总库容为394.7 万m3，其中兴利库容为332 万m3，死库容为15 万m3。大坝为双曲砌石拱坝，坝顶高程462 m，最大坝高35 m，坝顶弧长110 m，坝顶宽2 m，底宽7.0 m，厚高比为0.2；大坝迎水面为100#砂浆砌条石护砌厚0.8 m，紧接着为防渗体，150#混凝土，坝体采用100#细骨料混凝土砌块石砌筑，背水面为100#砂浆砌条石护砌厚0.8 m。大坝基础为中粗长石石类砂岩、坝基设置了一道固结灌浆。

1.2 工程地质

际头水库坝址地基均埋设于强风化以上基岩，地基稳定条件良好。右坝肩下伏基岩为强风化凝灰岩，坝肩处岩质风化强，应进行加固处理，加固后能满足坝基稳定要求。中、左坝肩基底均为弱风化花岗斑岩和细粒花岗岩，强度高，坝基和左坝肩稳定条件良好。

1.3 大坝存在的主要问题

（1）大坝在刚开始蓄水运行时就出现了十分严重的渗漏现象，防渗墙没有起到应有作用，在经过灌浆处理后目前大坝的渗漏依然十分严重。

（2）防渗标准取30年一遇，设计洪水量88 m3/s,设计洪水位为461.38 m，下泄流量为48.61 m3/s；200年一遇校核，校核洪水位为461.72 m，下泄流量67.09 m3/s，以此推求的坝顶高程不能满足规范要求。

（3）大坝的渗漏情况十分严重，有40%的坝面有渗漏和析钙的迹象，在高水位时有几处喷射水流的现象，大坝在高水位时亦存在绕坝渗流的现象。

（4）根据设计地质资料，际头水库坝肩岩体较为破碎、存在绕坝渗流现象。

（5）大坝坝基未进行帷幕防渗处理。

2 砌石拱坝防渗加固设计

本次防渗加固设计任务是针对际头水库枢纽工程存在的诸多问题和隐患，提出可行的加固改造工程措施。

（1）在坝顶修建一道防渗墙。

（2）对大坝坝体进行补强灌浆，坝基进行帷幕灌浆，坝面进行防渗处理，下游面脱落砂浆部分重新勾缝。

（3）新建大坝安全监测系统。

3 防渗加固工程施工

本文防渗加固工程施工着重阐述防渗加固设计中的第二条措施

3.1 对大坝迎水面采取喷锚措施

（1）坡面及坝脚清理。将迎水面坝基的淤积泥土以及多年积存的有机物质清除干净，对松动岩块、裂隙碎屑进行清理；并对坝肩的岩面清洗干净，对已出露的新鲜岩面进行凿毛处理、对原坝坡护墙上的旧混凝土进行凿毛、露出新鲜混凝土面以及浆砌块石面。

（2）埋锚挂网。在迎水面坝体坝肩、坝基岩面按梅花形排列埋设锚杆。锚杆孔钻完后必须将孔内岩粉冲洗干净，锚杆直径为22 mm 锚杆，钢筋深入坝体长度为70 cm；锚杆孔在钢筋插入后用1∶3 的水泥砂浆固结，钢筋网网格20 cm×20 cm（为增加整体性和减少回弹率，在钢筋网格布设基础上增设铁丝网一道），网格钢筋选用6 的钢筋按双层分布；搭接按规范要求进行。

钢筋网片现场搭设，利用锚杆头点焊固定，中间用膨胀螺栓加密固定，使钢筋网紧贴迎水面，网间用铅丝扎紧。

（3）喷射C25 混凝土。喷射混凝土采用湿喷工艺。正式施工前，按规范进行喷混凝土生产性试验，以确定混凝土喷射作业参数。喷混凝土材料采用早强型水泥，坚硬中粗砂，细度模数控制在2.2～3.0 之间，粒径小于15 mm 的碎石，混凝土配合比由实验室确定。喷混凝土前用水或风冲洗迎水面。喷射混凝土作业分段分片依次进行，喷射顺序自下而上。

喷射混凝土采用湿喷，将拌合后的水泥、砂、细粒碎石和水拌合均匀后，借助空压机将拌好后的混凝土喷至坝迎水面，喷射分2 次进行，每层厚度为100 mm,喷射总厚度为200 mm，在第一层混凝土终凝之后喷第二层混凝土。喷射混凝土考虑添加剂的副作用，本工程基本不加添加剂。为了加强上游坝面防渗面层与岸坡接触部位防渗，向两岸相邻山体延伸加做C25 混凝土镶边，镶边宽5 m，镶边形式与坝体挂网喷混凝土型式一致。

3.2 对大坝坝体进行补强灌浆

坝体灌浆分为坝顶灌浆和440.0 m 高程以下坝体补强灌浆。

（1）坝顶灌浆。坝顶灌浆沿大坝中轴线布置单排灌浆孔，视坝体形状布置0～10°的斜孔（即与竖直方向的夹角），采用150 型钻机造孔。大坝右岸坝肩与左岸坝肩灌浆至基岩面，坝体中段灌浆至440 m高程，孔距2 m。使用150 型钻机造孔时，考虑正常情况下用水力循环携带岩粉及其它杂质无法彻底清除，将影响灌浆强度和防渗效果，在造孔完成后借助空气压缩机将孔内岩粉及其它杂质吹干净后再行灌浆。

为进一步确定大坝的渗透特性，提供灌浆必要的技术参数，钻孔时进行压水试验，使用压力为同段灌浆压力的70%～80%，压水试验自下而上分段进行，自段长（5～6）m。

灌浆采用自下而上分段孔内循环灌浆。灌浆浆液配制由稀到浓逐级变化，变换原则如下：当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时或注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不改变水灰比；当某一比级浆注入量已达300L 以上，或灌注时间已达1h 时，而灌浆压力或注入率均无显著改变时，应换浓一级水灰比浆液灌注；当注入率大于30L/min 时，应根据施工具体情况，越级变浓。越级只能越一级，且越级后注入浆量也应达到300 L 以上，或灌注时间已达1h 才能第二次越级。

本工程坝顶灌浆压力0.30 MPa，施工中灌浆水灰比由5∶1 变换成3∶1。

（2）440 m 高程以下的坝体补强灌浆。使用潜孔钻在大坝下游面打灌浆孔（斜孔），与竖直方向成70°，孔距2 m，采用梅花形布孔，孔深伸入坝体（3.0～5.1）m，以离防渗墙30 cm 为限。造孔完成后借助空气动力将孔内岩粉吹洗干净，以保证灌浆效果。灌浆前压水试验，灌浆压力和灌浆水灰比与坝顶补强工艺相同。

3.3 对坝基进行帷幕灌浆

大坝帷幕灌浆水平长度140 m，其中坝体段110 m，向大坝左岸延伸20 m，向大坝右岸延伸10 m，灌浆孔孔距2 m，伸入到相对隔水层顶板线以下1 m。孔深（8.8～21.6）m。大坝右岸0+000～0+020 m 段帷幕灌浆孔的布置采用与坝顶灌浆相结合的方式，灌浆孔坝体部分为补强灌浆，基础部分为帷幕灌浆。大坝0+020 m～0+090 m 段帷幕灌浆孔的布置采用从大坝下游坝面高出基础出露面1 m 处打帷幕灌浆孔，灌浆孔与竖直方向成20°，使用潜孔钻机进行施工。大坝左岸0+090～0+110 段帷幕灌浆孔的布置采用与坝顶垂直灌浆相结合的方式，灌浆孔坝体部分为补强灌浆，基础部分为帷幕灌浆。灌浆分二序进行，第一序孔间距4 m，第二序孔间距2 m；第一序孔采用的压力为（0.3～0.4）m，第二序孔采用的压力为（0.4～0.5）MPa。灌浆采用单排布置。