水库除险加固方案比较浅析

2016-05-19福建省长乐市古槐镇人民政府农业服务中心

河南水利与南水北调 2016年3期

□陈　光（福建省长乐市古槐镇人民政府农业服务中心）

水库除险加固方案比较浅析

□陈光（福建省长乐市古槐镇人民政府农业服务中心）

摘要：为进一步了解和掌握高压旋喷桩、帷幕灌浆和复合土工膜防渗的施工技术，促进我国建筑行业的健康可持续发展，文章结合长乐市井门水库大坝施工中的高压旋喷桩、帷幕灌浆和复合土工膜防渗技术的特点、施工方法及防渗效果进行系统的研究和讨论。力求能够为类似工程施工提供适时的参考。

关键词：单管高压旋喷桩；帷幕灌浆；复合土工膜；大坝防渗加固

0　引言

新中国成立以来，我国已建成大、中、小型水库8.70万多座，其中小型水库8.30万多座，库容在10～1000万m3之间，这些水库为防御洪水灾害和保障国民经济建设发挥了重要作用。但由于各种原因，目前，许多水库存在着防洪标准偏低，达不到有关规范、规定要求，以及工程本身质量差，工程老化失修等问题，形成了大量的病险水库，工程不能正常运行，严重威胁着下游人民生命财产的安全或不能充分发挥其效益。有些病险水库下游是重要城镇、厂矿、交通干线，位置险要。影响城镇安全的大、中型水库，这些险库急需抓紧除险加固。

1　水库概况

井门水库位于长乐市古槐镇井门村，距离长乐市区约19km，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的小（2）型水库。水库坝址以上集雨面积0.70 km2，主河道长度0.73 km，河道比降181.82‰。井门水库于1988年建成投入运行，已运行20多年。井门水库总库容13.01万m3，兴利库容5.65万m3，死库容4.60万m3。水库实际灌溉面积40 hm2，下游保护人口2000人。依据《防洪标准》和《水利水电工程等级划分及防洪标准》规定，井门水库为Ⅴ等小（2）型水库工程，大坝、放水涵管等主要建筑物为5级，施工临时性建筑物为5级建筑物。大坝防洪标准按20 a一遇洪水设计，100 a一遇洪水校核；消能防冲建筑物洪水标准为10 a一遇洪水。水库设计灌溉面积40 hm2，涉及下游人口2000人，受益古槐镇，为古槐镇工农业生产发挥了巨大作用。

2　大坝现状及存在的问题

井门水库由于当时的施工条件和施工水平限制，施工质量一般，同时受条件限制，也没有当时的施工记录和质量检测报告。经20多年运行，工程存在较多的安全隐患，建筑物一有不同程度的损坏，设施老化，很大程度上影响了工程效益的发挥。因此，需全面彻底进行除险加固。根据安全鉴定报告和本次除险加固现场检查、地质勘探和理论分析计算，目前水库存在的主要问题为坝体渗流，未设排水体的坝段浸润线均从下游坝坡逸出，该段坝坡渗流不稳定，不能满足规范要求；工程运行中，存在坝体、坝基及绕坝渗漏隐患。井门水库建成以来，在灌溉等方面发挥了重要作用，产生了显著的社会效益和经济效益。但水库建成运行已经20多年，受水库管理和资金上原因的限制，水库自竣工蓄水运行以来水库经历多次险情，但都没有进行过较为彻底的加固处理。鉴于井门水库存在的诸多问题，工程的三大建筑物不同程度出现了不安全因素，危及水库的正常运行，需要进行除险加固。该水库的安全直接关系到当地的农业生产和下游群众的生命安全。为确保水库的安全运行，充分发挥水库的灌溉、防洪等综合效益，对井门水库进行除险加固是必要的。

3　大坝维修加固方案的选择

3.1防渗问题分析

根据地勘钻探揭露，水库为均质土坝，现有大坝填土多呈可塑状，室内试验总体属于弱透水层，但坝体土质均匀性较差，局部含防渗性能较差的碎砾石，注水试验结果表明坝体局部渗透系数＞1×10-4cm/s，属于中等透水层，不满足《碾压式土石坝设计规范》要求，说明填筑土（坝体填土）不均匀，碎砾石及砂含量约占43.10%，坝体分层填土的结合情况一般，存在渗漏。勘察期间发现涵管管道出口处见有渗漏现象。坝基表层分布有含碎砾石粘土。根据注水试验资料：大坝坝基分布含碎砾石粘土，属于中等透水层（局部属弱透水层），坝基存在渗漏。根据注水试验表明，粉质粘土整体渗透系数＜10-4cm/s，属于弱透水层。根据计算，坝基渗漏量为164.10 m3/d，建议对坝基进行灌浆处理。大坝左右岸坝肩分布有含碎砾石粘土，据现场注水试验，属于中透水层，存在绕坝渗漏。根据计算，绕坝渗漏为288.10m3/d，建议对坝肩进行灌浆处理。

3.2防渗方案确定

3.2.1方案一：上游坝坡铺设土工膜+坝基帷幕灌浆方案

本方案大坝坝体防渗采用复合土工膜（两布一膜）防渗，坝基防渗采用帷幕灌浆防渗。具体方案为：在上游坝坡高程22.50 m处开挖帷幕灌浆平台，平台宽3.00 m，上游坝坡两侧坝体与坝坡结合处利用混凝土结合槽、坝顶两侧坝肩对坝基进行帷幕灌浆，帷幕灌浆轴线为混凝土结合槽中心线，帷幕灌浆孔向两岸延伸，向右岸坝肩延伸21 m，向左岸坝肩延伸19 m，单排布孔，帷幕灌浆轴线总长324 m，共布孔121孔。帷幕灌浆顶部设C20混凝土压顶，22.50 m高程平台处压顶混凝土宽0.90 m，厚0.50 m，两侧坝体与坝坡结合处混凝土结合槽顶宽0.70 m，底宽0.50 m，高0.75 m。拟在大坝迎水坡自帷幕灌浆顶至坝顶防浪墙间铺设一层复合土工膜防渗，土工膜向两岸延伸1.00 m，两岸延伸部分用粘土回填整平、拍实，再铺设复合土工膜，在复合土工膜上铺0.10 m厚的砂垫层和0.10 m厚的碎石垫层，最后铺设干砌块石，厚0.30 m，并设置C20混凝土结合槽，两岸坝肩土工膜埋入混凝土结合槽；土工膜埋入帷幕灌浆顶部混凝土，土工膜弯折后深入混凝土的长度≥50 cm；新建坝顶防浪墙为浆砌石结构，土工膜埋入防浪墙底部基础，保证大坝防渗整体封闭。

帷幕灌浆范围：在上游坝坡高程22.50m处开挖帷幕灌浆平台，平台宽3.00m，上游坝坡两侧坝体与坝坡结合处利用混凝土结合槽、坝顶两侧坝肩对坝基进行帷幕灌浆，帷幕灌浆轴线为混凝土结合槽中心线，帷幕灌浆孔向两岸延伸，向右岸坝肩延伸21m，向左岸坝肩延伸19 m，单排布孔，帷幕灌浆轴线总长324 m，灌浆桩号为灌0+000～灌0+324.00，共布孔121孔，帷幕灌浆钻孔总进尺740m，帷幕灌浆总进尺680m。帷幕灌浆顶部设C20混凝土压顶，22.50m高程平台处压顶混凝土宽0.90m，厚0.50m，两侧坝体与坝坡结合处混凝土结合槽顶宽0.70m，底宽0.50m，高1.00m，帷幕顶部嵌入压顶20cm，上游坝坡铺设土工膜伸入压顶长度≥50cm。铺设复合土工膜范围：大坝迎水坡帷幕灌浆平台顶部至坝顶防浪墙底部，同时向两侧岸坡延伸1.00 m，并设置混凝土结合槽，全断面铺设复合土工膜，共计2400m2。复合土工膜规格为：800 g/m2× 0.60mm×800g/m2两布一膜，下、上层为无纺织布，中层为PE膜。

铺设复合土工膜坝面处理：先拆除迎水坡22.50 m高程以上的干砌块石护坡及碎石垫层，坝面凹凸不平处用粘土回填整平、拍实，再铺设复合土工膜，在复合土工膜上铺0.10 m厚的砂垫层和0.10 m厚的碎石垫层，最后铺设干砌块石，厚0.30 m。

3.2.2方案二：坝体高压旋喷灌浆+坝基帷幕灌浆方案

单管高压旋喷防渗墙的基本原理是利用钻机造孔，并将注浆硬管（即钻杆）及其喷头置于预定的地层深度，用高压泵将预制好的水泥浆加压（压力≥20 MPa），并经过高压软管输送到喷头，从喷嘴中喷射出来，冲击和切割土体，并以水泥质浆液强制搅拌充填、掺混其中。同时以一定的转速提升钻杆，从而形成一种新的、有一定强度的人工地基或地下防渗构筑物（旋喷呈圆柱状）。当这些个体的构筑物相邻连接胶合时即组成一道地下连续防渗墙。

单管高压旋喷灌浆轴线位于坝轴线位置，灌浆起灌高程为校核洪水位，即25.90 m为起灌高程，高程25.90 m以上只钻孔，不灌浆，仅采用混凝土封孔即可，旋喷灌浆单排孔布置，孔距0.45 m，桩号坝0+000～坝0+302，总长302 m，采用坝体高压旋喷灌浆。旋喷灌浆总钻孔数670孔，钻孔总进尺3615 m，高压旋喷灌浆进尺3015 m，设计桩径≥0.60 m，钻孔最大深度6.10 m。

坝基防渗采用单排帷幕灌浆，灌浆轴线与高压旋喷灌浆轴线重合，结合现场实际地形，拟向左岸延伸11 m，向右岸延伸10 m。孔距2.70m，总钻孔121孔，帷幕灌浆钻孔总进尺788 m，帷幕灌浆总进尺748 m。帷幕钻孔部分与高喷钻孔重合。钻孔机具采用岩心150型钻机，钻孔深度至相对不透水层线（q≤10 Lu），帷幕灌浆深入相对不透水层。施工分两序孔进行，第一序孔距为5.40 m，第二序孔距为2.70 m。

3.2.3方案比选

各方案的地形地质条件、工程布置、施工条件、主要工程量、施工进度、工程投资等综合汇总见防渗方案技术经济条件比较表1。