关于水库大坝防渗加固技术的探讨

2013-04-02徐甲存仲静文

城市道桥与防洪 2013年9期

徐甲存，仲静文

（南京市水利规划设计院有限责任公司，江苏南京 210022）

1 工程地质概况

1.1 工程概况

赵库水库位于南京市江宁区百家湖街道水阁社区境内，始建于1966年，属于长江下游区域延伸水系。枢纽主要建筑物有：大坝、灌溉涵洞及钢筋混凝土圆管涵、溢洪道等。大坝主要为粘性土，坝基浅部为粉质粘土，深部为强风化基岩。最大坝高为12.90 m，坝顶长148 m，坝顶高程为44.00 m，顶宽约6 m，迎水坡坡比为1:2.2，36.0～39.60 m高程为抛石护坡；背水坡38.30 m高程左右有一平台，平台宽17.0 m左右。水库集水面积1.4 km2。设计灌溉面积850亩，实际灌溉面积600亩。

1.2 地形地质概况

赵库水库坝体填土为粉质粘土，表层含植物根茎、少许碎石等。干重度13.4～16.5 kN/m3，平均值14.9 kN/m3，填筑质量总体一般，局部较差。水平渗透系数6.17×10-5cm/s。垂直渗透系数5.56×10-5cm/s。层厚4.50～10.50 m。

坝基浅部为淤泥质粉质粘土和粉质粘土。淤泥质粉质粘土，土体强度较低；粉质粘土，土质较为均匀，土体强度较高，防渗性能较好。坝基下部为强风化安山岩，力学强度较高，渗透性局部达中等透水；综上所述，坝基工程地质条件总体一般，防渗性能尚可。

坝址区内地质构造较发育，区域性断层规模大，延伸远，根据《中国地震动峰值加速度区划图》、《中国地震动反应谱特征周期区划图》（GB18306-2001），本区域地震动峰加速度为0.10 g，相应的地震基本烈度为Ⅶ度区。

1.3 水文地质

赵库水库地势平缓，含水层多为淤泥质粉质粘土、粉质粘土层，浅层地下水类型为孔隙潜水，接受库水和大气降水补给，以蒸发或地下渗流形式向水库四周排泄。坝身填土（粉质粘土）弱透水，局部中等透水；淤泥质粉质粘土、粉质粘土微~弱透水；据野外判别强风化安山岩局部达中等透水。

2 防渗加固工程评价

赵库水库自建成以来，经过40多年的运行，逐渐出现一些工程方面的问题。主要有：

（1）大坝混凝土护坡严重受损，局部干砌块石风化腐蚀，坝基和坝肩不实呈不均匀沉降，背水坡坝脚临塘易积水，对水利工程的安全威胁较大。

（2）灌溉涵洞渗漏严重，钢筋混凝土管涵年久失修，出口锥形阀门漏水。

（3）近坝库岸不稳定，溢洪道无护砌，出路不畅，坝体土的均匀性较差，局部出现坍塌现象。

2005年7月，根据《水库大坝安全鉴定办法》和《水库大坝安全评价导则》，南京市水利局组织省、市有关专家对赵库水库大坝进行综合分析，鉴定为3类坝。

赵库水库实际灌溉面积600亩，防洪安全要求较高。根据《江苏省暴雨洪水图集》和《江苏省短历时暴雨图集》等相关资料推算汛限水位，水库原洪水标准30 a一遇设计、500 a一遇校核：汛限水位39.80 m，校核水位42.20 m，死水位36.00 m。

3 水坝防渗加固技术

3.1 工程等级及防洪标准

根据《江苏省小型水库大坝安全鉴定办法》(苏水管[2004]191号文印发)(以下简称《办法》)的要求，工程等别为Ⅴ等，永久性建筑物级别为5级，洪水标准采用20 a一遇设计、200 a一遇校核。

3.2 水坝防渗加固基本设想

根据水坝不同的部位进行不同的施工方法，坝身、坝基帷幕灌浆主要充填漏洞和缝隙，防渗截漏，通过灌浆加固，形成防渗体。坝上游面固结灌浆，堵塞漏洞和缝隙，加固补强坝体和提高防渗性能，以进一步提高坝体的承载能力和完整性。坝下游面追踪固结灌浆，在下游坝面有漏水或溶蚀物出逸的地方，造成水平孔或斜孔，埋注浆管进行灌浆，以堵塞漏水通道和坝体空洞、裂缝，加固坝体，增加坝面稳定性和抗冲刷能力。

3.3 帷幕灌浆技术

水坝防渗墙的底部出现风化岩石主要采用帷幕灌浆处理方法，帷幕灌浆与上部混凝土不分叉从而连成一体，在混凝土防渗墙里面的钢管通过预埋钢管底部对风化岩层来进行灌浆处理。

（1）钻孔

地质勘探共完成5个钻孔，开孔孔位偏差值不得大于10 cm，总进尺67.70 m；钻孔时，段长、孔径、孔深均按规定要求进行；孔斜对灌浆质量至关重要，钻孔过程中每5 m进尺便测斜一次，发现孔斜超过设计要求便重新扫孔纠偏，使孔底的偏差值不得大于规范规定值。对设计和监理工程师要求的取芯钻孔，其岩芯按取芯次序统一编号，填牌装箱，并绘制钻孔柱状图和进行岩芯描述。试验施工时，采用“高压脉动冲洗法”洗孔，帷幕灌浆孔（段）因故中断时间间隔超过24 h者应在灌浆前重新进行冲洗。

（2）压水

施工中均按自上而下分段卡塞进行压水试验。所有灌浆孔都按简易压水（单点法）进行，检查孔采用五点法进行压水试验。

（3）制浆材料

帷幕灌浆的浆液为纯水泥浆液，主材为水泥，经过水质检验灌浆时用库区水。水泥在制浆时采用重量称量法，其称量误差小于5%。

（4）浆液搅拌

水泥浆液必须搅拌均匀，拌浆时使用普通搅拌机，搅拌时间不少于3 min，浆液在使用前过筛，从开始制备至用完时间小于4 h。

（5）灌浆

灌浆采用自上而下分段卡塞法，孔内循环式，射浆管底部距孔底不大于50 cm。所有钻孔段长均按每5～6 m为一段进行施灌。特殊情况下可适当缩短或加长，但不得大于10 m。在规定压力下，当注入率不大于0.4 L/min时，继续灌注1 h，或不大于1 L/min时，继续灌注1.5 h，灌浆可结束。

每个帷幕灌浆孔全孔灌浆结束后，会同监理工程师及时进行验收，验收合格的灌浆孔采用“分段压力灌浆封孔法”并结合人工水泥砂浆封孔。

3.4 高压喷射灌浆技术

在大坝防渗工程中，高压喷射灌浆防渗技术可以在一定程度上降低工程造价。在施工过程中也具有一定的便利性，施工方便，开挖工程量小，占地面积少，对周围环境影响小。

采用高压喷射灌浆防渗技术，所用技术参数因使用高喷的方法不同而不同。所用的灌浆压力不同，提升速度也有差异，通过在大坝上取10 m做试喷试验，试验孔可选择1.2 m、1.4 m和1.6 m三种孔距对比，喷完后通过开挖检查相互搭接情况、水泥包裹碎石情况及取心做固结体密度、强度、渗透性试验和耗用水泥等对比，确定孔距1.4 m既满足设计止水要求又经济合理。

根据试验段及地质勘查情况，确定以下技术参数：（1）孔距：1.4m；（2）摆角：15°；（3）水压：35 MPa；（4）气压：0.5～0.7 MPa；（5）浆压：0.8～1.0 MPa；（6）水灰比为∶0.8∶1；（7）水泥浆密度：1.6 g/m3；（8）提升速度：8～9 cm/min；（9）摆频：10～13次 /min；（10）孔底入岩深度：进入强风化岩内，入岩1.0 m。

施工中根据每孔的实际地层情况与先导孔揭示的地层情况的差别，对技术参数及时调整，以取得适合该孔或该地层的参数，获得最好的成墙效果。