病险水库大坝防渗加固技术方案及质量控制

夏玉峰

（深圳市盐田区水务局，广东 深圳 518000）

我国地域宽广、水库数量众多，但出于自然灾害、建设施工技术限制及管理程序不规范等问题,水库大坝很容易发生险情,所以病险水库的除险加固防渗工程在我国将是一个长期的主题。为了以后能够更好做好水库大坝除险加固防渗技术方案的选择工作，故选择此课题进行研究。

1 工程概况

梅山水库位于福建省泉州市惠安县，离泉州市区约35 km，该水库坝址以上流域面积2.9 km2，河道长1.85 km，坡降3.15%，水库正常蓄水位61.0 m，总库容237.5万m3。水库始建于1970年10月，1972年4月竣工投入使用。原设计采用20年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核，加固后按20年一遇洪水设计，500年一遇洪水设计。大坝迎水坡为干砌块石护坡。水库大坝剖面见图1。

图1 水库大坝剖面图

2 水库大坝存在问题

该水库至今运行已超过40年，由于大坝长久失修、土质复杂、防渗处理工作缺失。根据地质勘察发现，大坝背水坡桩号0+090、0+150，高程47.5 m出现渗漏散浸现象，面积约120 m2。2014年虽然进行了局部处理，但是对大坝渗漏问题没有达到理想效果。此外，大坝草皮护坡存在草皮残缺不全、不平整的情况[1]。

3 坝体防渗技术方案

考虑到工程施工条件、工程特点及投资等方面因素，决定采取坝体全段高压旋喷桩防渗、两坝肩坝基帷幕灌浆的防渗加固方案。帷幕灌浆就是用钻孔机械（回旋式、冲击式、回旋冲击式）在大坝帷幕灌浆轴线上按照设计孔位造孔[2]。根据设计图纸提供的参数，在帷幕灌浆轴线上确定孔口桩号、孔口高程、砼盖板厚度、孔深、钻孔角度等。在坝顶桩号B0+08.7～B0+176沿轴线布设旋喷孔1排，间距0.5 m左右，共370孔。采用由疏到密的原则，分两道工序施工，第1孔距为1.0 m，第2孔距为0.5 m，旋喷桩底部深入坝基1 m以下，顶部高程控制在61.0 m～63.0 m之间。两坝肩坝以帷幕灌浆的方式进行处理（见图2），总长度为74.7 m，灌浆孔的间距为2 m，共打孔36个，坝基帷幕灌浆深入相对不透水层2 m左右，总尺寸144 m。

图2 帷幕灌浆处理措施

4 工程质量控制

4.1 单管高压旋喷

4.1.1 钻孔

利用水平尺对机身的平稳性进行控制，孔位偏差需控制在1 cm～2 cm以内。钻孔伸入坝基1.0 m.钻孔全过程需要记录完整，孔斜率需要控制在0.1%以内。

4.1.2 下喷射管

在下喷射管的阶段，将喷射管下放到设计深度，下管与钻孔两道工序可合二为一。为避免出现喷嘴堵塞的情况，可以以低压送浆并下管的方式进行处理。

4.1.3 浆液

浆液包含水泥、缓凝剂、黏土、水等多种材料，在进行浆液浓度控制时，则需要从密度、粘性、防渗透效果等相关指标进行检验与控制。其中，黏土：水泥之间的比值为1∶1，黏粒的含量为30%左右，粉粒的含量为45%左右，沙粒的含量控制在10%以内，有机质的含量控制在2%以下，可溶盐的占比控制在8%以下。

4.1.4 喷射灌浆

在进行喷射灌浆操作的过程中，则是从灌浆参数、注浆操作等角度进行控制。黏土水泥浆以20 MPa的灌浆压力通过高压泥浆泵，向土中进行喷射，以旋转喷射的方式，逐渐向上提升，实现旋喷桩灌浆。

4.1.5 冲洗

在进行高压喷射灌浆后，需要将所用的喷射机具进行清洗处理，并确保机器内部的浆液全部排出[3]。

4.1.6 移动机具

利用钻机分别进行钻孔处理。

4.2 灌浆工艺

4.2.1 造孔

利用XJ-100A型钻机进行钻孔，采用干法造孔，底部进入相对不透水层下2 m。

4.2.2 浆液

采用帷幕灌浆的方式对浆液进行灌浆处理，在对浆液的相对密度进行控制时，其相对密度在1.44左右。

4.2.3 灌浆

在进行灌浆处理的过程中，利用下套管进行灌浆，每段灌浆的压力为0.5 kg/cm2（即4.9×104Pa）。在灌浆的过程中，先稀浆灌浆，再进行稠浆灌浆，持续半个小时，确保灌浆注满，最后进行封孔处理。

4.2.4 灌浆探井效果检查

在灌浆基本结束后，则需要对灌浆效果进行检查与分析。

4.3 坝坡整修

在灌浆防渗处理后，则需要对大坝坝顶、上游、下游的坝坡进行整治、美化处理，在实际操作与处理的过程中，利用M10的砂浆进行勾缝处理。排水设施及路肩采用M7.5浆砌块石，坝顶夯实整平并培土加厚50 cm。在进行美化与整治的过程中，需要清除背水坡杂草，并根据原坡进行夯实整治。背水坡则是采用铺设草皮的方式进行护坡。

4.4 防渗处理效果检验

灌浆结束之后，对施工的工序进行反复细致的检查、确认，确保零隐患，将风险降到最低。同时要对帷幕灌浆的施工部位进行沉降情况的观测。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001）规定要求，结合水库运行中可能出现的不利情况，拟定5种工况进行分析计算。

正常运行条件：

工况Ⅰ：上游库水位为设计水位Z=62.41 m，下游水位51.2 m；

工况Ⅱ：上游库水位为正常蓄水位Z=61.0 m，下游水位51.2 m；

工况Ⅲ：上游水库为校核洪水位Z=62.98 m，下游水位51.2 m。

非常运行条件：

工况Ⅳ：上游库水位从设计水位Z=62.41 m骤降到正常水位61.0 m时的不稳定渗流；

工况Ⅴ：上游库水位从正常蓄水位61.0 m骤降至死水位47.5 m时的不稳定渗流。

通过完成防渗加固时间、加固后坝体渗流及稳定安全复核，得出加固后的大坝渗流成果，见表1。

表1 加固后大坝渗流成果

表2 大坝加固后坝坡的稳定性

从表1加固后大坝渗流成果可以看出，5种工况下，坝体渗流量均较小、出逸坡降均满足规范要求[4]。从表2大坝加固后坝坡的稳定性可以看出，在正常运用条件下坝坡抗滑稳定最小安全系数应不低于1.25，非正常运用条件下坝坡抗滑稳定最小安全系数应不低于1.15，大坝渗流及稳定性均能满足规范规定的要求。

5 结语

综上所述，病害水库除险加固中大坝渗漏直接影响大坝的渗漏稳定和蓄水，需要从加工工艺、防渗处理控制等角度进行综合分析。实践表明，通过对梅山水库大坝进加固处理，有效提高了水库大坝的安全稳定性，确保其等功能的正常高效发挥。该大坝渗流及稳定安全系数均能满足规范规定的要求，在施工过程中，其工程进度顺利，质量得到保证，取得了良好经济效益和社会效益。