浅谈奇台县中葛根水库围堰基础防渗方案比选

2015-08-15代兴艳葛洲坝新疆工程局有限公司

河南水利与南水北调 2015年18期

□代兴艳（葛洲坝新疆工程局（有限公司））

1 工程概况

中葛根水库位于新疆奇台县半截沟镇中葛根河出山口处，是一座以灌溉为主兼顾防洪的中型水利枢纽工程，枢纽由拦河大坝、岸边开敞式溢洪道、泄洪放水兼导流洞组成，水库总库容1364.84万m3，工程等级为三等（中）型工程。拦河大坝为混凝土面板砂砾石坝，坝顶高程为1594.03 m，最大坝高81.86 m，坝顶长度为230 m，坝顶宽度为8 m；左岸设开敞式正槽溢洪道，全长175 m；导流、放水隧洞位于右岸，放水隧洞洞身全长336 m。

围堰基础防渗工程，原设计为高压旋喷灌浆防渗，工程量为900 m2。通过对本水库工程地质情况分析，围堰基础为卵砾石地层，不适宜采取高喷灌浆的方式进行防渗处理。通过以往工程经验，围堰防渗多采取槽孔混凝土防渗墙及控制性水泥灌浆方案，这两种方案施工工艺都比较成熟，且防渗效果均优于高喷灌浆。现将三种方案的施工工艺及在本工程中存在的问题进行分析，从技术上和经济上进行对比分析，以确定最优的防渗方案。

2 防渗方案

2.1 方案一：高压旋喷防渗墙

2.2 方案二：槽孔混凝土防渗墙

槽孔混凝土防渗墙厚度：800 mm；槽孔混凝土防渗墙深度：墙顶高程为1533.50 m，处理深度为深入基岩1.00 m；最大墙深30 m。防渗墙混凝土：采用塑性混凝土，C10、W6；施工工艺：采用“钻劈法”成槽，泥浆下混凝土浇筑。

2.3 方案三：控制性帷幕灌浆

防渗帷幕厚度：≧1.00 m；防渗帷幕深度：顶高程为1532 m，处理深度为深入基岩1.00 m；灌浆材料：42.50普通硅酸盐水泥、水玻璃及控制液；灌浆压力：0.20～0.50 MPa；防渗标准：10Lu；施工工艺：采用HM90型地热源钻机，偏心跟管钻进成孔，自下而上分段起拔套管灌浆。

3 施工工期及进度

3.1 高压旋喷防渗墙施工工期及进度

高压旋喷灌浆工程量为900 m，根据同类工程的施工经验，本工程净施工工期约需30 d。

3.2 槽孔混凝土防渗墙施工工期及进度

根据围堰轴线长度，结合围堰基础地质情况，围堰防渗墙共划分7个槽段，每个槽段长8.80 m(含接头孔)。根据施工现场的过流及交通条件，施工设备不能沿轴线一字排开，只能单槽独立施工。

根据同类工程的施工经验，工程净施工工期约需140 d。

3.3 控制性帷幕灌浆施工工期及进度

按原设计高压旋喷灌浆相同工程量计算，共计控制性帷幕灌浆900延米。

根据同类工程的施工经验，工程净施工工期约需20 d。

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4 工程造价

高压旋喷防渗墙工程造价：工程量900 m×单价850元/m=合价765000元。

槽孔混凝土防渗墙工程造价：工程量900 m×单价1700元/m=合价1530000元。

控制性帷幕灌浆工程造价：工程量900 m×单价1400元/m=合价1260000元。

5 方案比选

5.1 技术方案比较

通过对方案一、方案二和方案三进行施工技术比较，结合施工现场的场地利用情况分析：

5.1.1 技术可行性分析

5.1.1.1 本工程防渗方案不宜选择方案一（高压旋喷防渗墙），其原因为：第一，高喷加固原理：高压喷射灌浆技术是通过在地层中的钻孔内下入喷射管，用高压射流（水、浆液或空气）直接冲击、切割、破坏、剥蚀原地基材料，受到破坏、扰动后的土石料与同时灌注的水泥浆或其它浆液发生充分的掺搅混合、充填挤压、移动包裹，至凝结硬化，从而构成坚固的凝结体，成为结构较密实、强度较高、有足够防渗性能的构筑物，以满足工程需要的一种技术措施。工程围堰基础为卵砾石地层，高压射流对卵石、漂石及孤石的切割效果较差，若采用此法施工，对防渗体的整体性和连续性难以保证。第二，高喷适用范围：高压喷射灌浆防渗和加固技术适用于软弱土层，如第四纪的冲（淤）积层、残积层以及人工填土等。我国的实践证明，砂类土、粘性土、黄土和淤泥等地层均能进行喷射加固，效果较好。对粒径过大的含量过多的砾卵石以及有大量纤维质的腐殖土地层，一般应通过现场试验确定施工方法。对含有较多漂石或块石的地层，应慎重使用。

对于地下水流速过大喷射浆液无法在喷射管周围凝固、无填充物的岩溶地段、永冻土和对水泥有严重腐蚀的地基，不宜采用高压喷射灌浆。第三，旋喷桩凝结体形状：在均质土中，旋喷的圆柱体比较均称。在非均质或有裂隙土中，旋喷的圆柱体不均称。而防渗体是采用连环桩形成防渗墙，施工中不易控制。第四，河床地基存在强透水或暗流：围堰基础为原河流出山口处的高流速沉积层，以卵石和漂石为主，存在强透水和流速较大的暗流。旋喷施工时水泥浆极易被稀释并被水流带走，不易成桩、成墙，对围堰防渗不利。

5.1.1.2 方案二（槽孔混凝土防渗墙）施工工艺均较成熟，施工质量易控制，且在新疆多座大型工程均得至成功的应用，在施工场地及工程工期允许的条件下可选择方案二。

5.1.1.3 控制性帷幕灌浆是在砂砾石灌浆的基础上发展起来的用于砂砾石基础防渗的一种新技术，近年来已在我国多个水利工程中成功应用。

第一，控制性帷幕灌浆的防渗机理：是通过地热钻机，偏心跟管钻进成孔；以水泥浆为灌浆基液，通过单液渗入性灌浆和双泵双液控制性灌浆，封堵帷幕轴线≥1 m范围内的所有渗水通道，达到防渗的目的。

第二，控制性帷幕灌浆的适用范围：控制性灌浆适用于砂层、砂砾石层、漂卵石层、碎石层及爆破料填筑层，并适用于有地下水流的各种地层的堵漏灌浆。

第三，控制性帷幕灌浆凝结体形状：根据控制性灌浆的防渗机理，其凝结体形状如血管状，即通过水泥结石填充原地层中的所有空隙，使原地层充分密实，与原地层形成一个整体防渗结构。同时，灌浆过程中可通过灌浆压力及注入量的大小，随时调整控制液的掺量，既可保证浆液的扩散半径，又可避免浆液的过度扩散。

根据同类型的围堰防渗工程经验，此类地层中采用高喷灌浆防渗，效果大多较差，基坑排水量将大大增加，将严重影响主体工程的进度和质量；而方案二（槽孔混凝土防渗墙）和方案三（控制性帷幕灌浆）两种方案施工工艺均较成熟，施工质量均易控制，且在国内多座大型工程均得至成功的应用，方案二（槽孔混凝土防渗墙）和方案三（控制性帷幕灌浆）在技术上都是可行的。

方案二（槽孔混凝土防渗墙）和方案三（控制性帷幕灌浆）在技术上优于方案一（高压旋喷防渗墙）。

5.1.2 施工组织性分析

方案二（槽孔混凝土防渗墙）受施工场地和施工交通的影响，施工不能全面展开，施工组织较困难；方案一（高压旋喷防渗墙）和方案三（控制性帷幕灌浆）受施工场地影响较小，施工组织较易。

方案一（高压旋喷防渗墙）和方案三（控制性帷幕灌浆）在施工组织上优于方案二（槽孔混凝土防渗墙）。