中小型水庫(kù)的均質(zhì)壩除險(xiǎn)加固施工技術(shù)應(yīng)用探討

鄧洪凱，余黎琴

(1.進(jìn)賢縣長(zhǎng)山晏鄉(xiāng)水務(wù)站,江西 進(jìn)賢 331724;2.江西省撫州市水利局,江西 撫州 344000)

中小型水庫(kù)的均質(zhì)壩除險(xiǎn)加固施工技術(shù)應(yīng)用探討

鄧洪凱1，余黎琴2

(1.進(jìn)賢縣長(zhǎng)山晏鄉(xiāng)水務(wù)站,江西 進(jìn)賢 331724;2.江西省撫州市水利局,江西 撫州 344000)

中小型水庫(kù)是我國(guó)分布極為廣泛、應(yīng)用極為普遍的一類(lèi)水庫(kù)，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重要的意義。目前中小型水庫(kù)受到建設(shè)時(shí)期投資預(yù)算限制、使用周期較長(zhǎng)、日常維護(hù)水平較低等因素的影響存在各種問(wèn)題和缺陷，因此對(duì)中小型水庫(kù)的均質(zhì)土壩進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理有著重要的應(yīng)用意義。文章在對(duì)目前中小型水庫(kù)均質(zhì)土壩常見(jiàn)問(wèn)題和施工技術(shù)分析的基礎(chǔ)上，以某地某中小型水庫(kù)均質(zhì)土壩除險(xiǎn)加固施工為例探討壩基帷幕灌漿、充填灌漿、防滲墻等施工技術(shù)的應(yīng)用，目的是提高水庫(kù)的運(yùn)行能力，同時(shí)提高工程投資效益。

中小型水庫(kù)；均質(zhì)土壩；除險(xiǎn)加固；施工技術(shù)；應(yīng)用

0 前 言

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，從目前我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀和條件出發(fā)，各地的中小型水庫(kù)對(duì)于滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求起著至關(guān)重要的作用，是必不可少的支撐條件。然而中小型水庫(kù)受到工程造價(jià)、投資預(yù)算等因素的影響，同時(shí)普遍應(yīng)用周期都較長(zhǎng)受自然條件的影響往往出現(xiàn)了巖體塌落、結(jié)構(gòu)老化的問(wèn)題，在多年的應(yīng)用過(guò)程中對(duì)水庫(kù)的維護(hù)和整修工作重視不足，因此大部分中小型水庫(kù)因?yàn)槊黠@的缺陷和問(wèn)題目前都無(wú)法正常使用，亟待整修。直接對(duì)中小型水庫(kù)進(jìn)行拆除、重建，耗資巨大、周期長(zhǎng)，因此對(duì)水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固是目前主要的整修方案。在中小型水庫(kù)中均質(zhì)土壩是整體結(jié)構(gòu)的核心，因此對(duì)均質(zhì)土壩的除險(xiǎn)加固極為必要，提高均質(zhì)壩除險(xiǎn)加固施工技術(shù)水平是提升中小型水庫(kù)應(yīng)用價(jià)值的重要途徑[1]。

文章在分析中小型水庫(kù)均質(zhì)土壩常見(jiàn)問(wèn)題和施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，以某地A水庫(kù)均質(zhì)壩除險(xiǎn)加固工程為實(shí)例，從壩基帷幕灌漿、充填灌漿、防滲墻等角度進(jìn)行深入探討，目的是提高水庫(kù)的運(yùn)行能力，提高工程投資效益。

1 中小型水庫(kù)均質(zhì)土壩的主要問(wèn)題

中小型水庫(kù)的均質(zhì)土壩是指利用水庫(kù)筑壩當(dāng)?shù)氐氖┕げ牧希ㄟ^(guò)碾壓等方式堆筑建造大壩的方式，具體的材料可以包括石渣、爆破石料、土料等。均質(zhì)土壩是目前中小型水庫(kù)大壩的主要壩型，是應(yīng)用最為廣泛、發(fā)展速度最快的壩型。土石壩的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、原料來(lái)源簡(jiǎn)便、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是溢流效果較差、受外界環(huán)境影響較大等，因此對(duì)中小型水庫(kù)的檢修和維護(hù)至關(guān)重要。目前中小型水庫(kù)均質(zhì)土壩存在的主要問(wèn)題和缺陷是裂縫問(wèn)題和滑坡問(wèn)題。

1.1 裂縫問(wèn)題

裂縫問(wèn)題是目前中小型水庫(kù)均質(zhì)土壩的主要問(wèn)題，主要包括橫向裂縫和水平裂縫兩類(lèi)，一般主要采用開(kāi)挖回填的方式處理裂縫，在具體施工過(guò)程中要根據(jù)裂縫的情況進(jìn)行合理控制。對(duì)于尺寸在1m之內(nèi)的裂縫可以直接灌入沙壤土，再利用設(shè)備進(jìn)行分段搗實(shí)操作，保證灌入后的密閉效果。而對(duì)于尺寸較大的裂縫來(lái)說(shuō)處理難度較大，一般需要先進(jìn)行開(kāi)挖處理后再進(jìn)行回填，具體開(kāi)挖過(guò)程中一般采用梯形斷面的方式進(jìn)行處理，從而能夠保持較好的回填土和壩體之間的結(jié)合，保證回填處理的效果[2]。

1.2 滑坡問(wèn)題

中小型水庫(kù)的滑坡問(wèn)題需要及時(shí)處理，以免影響到整個(gè)水庫(kù)的安全?；聠?wèn)題的原因一方面是均質(zhì)土壩自身材料和質(zhì)量的問(wèn)題，例如使用軟黏土、軟弱夾層等，另一方面是外界環(huán)境的影響，例如暴雨、地質(zhì)災(zāi)害等。對(duì)于滑坡問(wèn)題的主要處理方式是對(duì)下部壓重、上部減重，再具體施工過(guò)程中要注意土石壩的水分問(wèn)題，要盡量選用透水性好的材料進(jìn)行修復(fù)，從而能夠盡量將大壩的內(nèi)部水分排除。此外，為了進(jìn)一步提升防滑效果還可以修建防滑墻等，從而有效控制易滑動(dòng)的土層，有效避免滑坡問(wèn)題[3-4]。

2 案例分析

本節(jié)以某地A水庫(kù)均質(zhì)土壩除險(xiǎn)加固施工為例探討壩基帷幕灌漿、充填灌漿、防滲墻等施工技術(shù)的應(yīng)用。A水庫(kù)始建于1973年，總庫(kù)容為170×104m3，位于國(guó)內(nèi)某縣兩個(gè)自然村的交界處，1975年9月建成完工后正式投入使用。A水庫(kù)的建立目的是為縣城北側(cè)干渠流量調(diào)節(jié)為主，同時(shí)兼顧防洪、事故泄水、居民養(yǎng)殖等目的。經(jīng)過(guò)三十多年的使用，目前工程周邊的地質(zhì)情況已經(jīng)發(fā)生了改變，土石塌方現(xiàn)象也很常見(jiàn)。另外，周邊企業(yè)和個(gè)人未經(jīng)主管部門(mén)運(yùn)行，在水庫(kù)周邊開(kāi)展了加高工程或利用水庫(kù)提供其它服務(wù)等。由于日常的維護(hù)費(fèi)用有限，沒(méi)有專(zhuān)人負(fù)責(zé)24小時(shí)的看守水庫(kù)，因此水庫(kù)內(nèi)雜草叢生、淤積嚴(yán)重，急需開(kāi)展除險(xiǎn)加固改造工程。

2.1 壩基帷幕灌漿

在A水庫(kù)中設(shè)計(jì)了122個(gè)帷幕灌漿孔，孔與孔之間的距離為2m，采用單排鉆孔的方式，深度必須滿足進(jìn)入基巖的要求。我們對(duì)A水庫(kù)土壩進(jìn)行了壓水試驗(yàn)，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。根據(jù)壓水實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)滲透率滿足小于5Lu的要求時(shí)，繼續(xù)打入3至5m即可成孔。本工程中使用跟管鉆進(jìn)的方法進(jìn)行打孔，套管跟到基巖后基巖部分使用清水鉆進(jìn)，孔徑最終為77mm，對(duì)鉆孔進(jìn)行徹底清洗直至回水為清時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行水泥漿的灌注操作。主要的帷幕灌漿操作順序見(jiàn)圖1。

圖1 帷幕灌漿操作順序

孔號(hào)GK17GK35GK42GK67GK70GK94GK14GK26GK63GK84孔深/m27 444 6446 4347 12342 452237 4438 4425 46壩體13 5331 3440 5631 452439 549 5629 5626 411 65基巖15 3216 327 7517 441112 5415 3512 2516 4517 32第一次壓水試驗(yàn)次數(shù)/次3323222223段長(zhǎng)/m44 444 444 45 55 565壓力/MPa0 670 710 70 810 550 670 750 61平均流量/l·min-18 562 557 344 54 57 232 557 24 6滲透率/Lu3 560 6561 981 351 451 760 7310 671 451 21第二次壓水試驗(yàn)段長(zhǎng)/m54 52 656 324 676 896 987 36 35 3壓力/MPa0 850 80 90 80 80 90 750 730 730 66平均流量/l·min-18 413 553 335 44 56 82 872 8810 34 49滲透率/Lu2 120 941 541 121 441 210 5610 761 951 2第三次壓水試驗(yàn)段長(zhǎng)/m4 7856 36壓力/MPa0 930 871 20 87平均流量/l·min-18 893 875 83 56滲透率/Lu2 451 351 9300 87

灌漿的具體順序?yàn)樽陨隙?，這是由于基巖與壩體相接觸的部分由于巖石年久失修存在大量破碎的問(wèn)題，導(dǎo)致在灌漿過(guò)程中水泥漿串漿，灌漿無(wú)法提起。自上而下灌漿使其他接觸段首先完成灌漿，不會(huì)出現(xiàn)卡死灌漿塞的問(wèn)題。

灌漿結(jié)束后，使用0.5∶1的水泥漿對(duì)基巖位置的鉆孔進(jìn)行封孔處理，閉漿封孔30min后提起灌漿管，對(duì)于壩體位置的鉆孔則需要1.35∶1的濃泥漿進(jìn)行封孔處理，且需要反復(fù)執(zhí)行灌漿操作直至泥漿不在下沉。

2.2 充填灌漿

充填灌漿的鉆孔分兩排布置、分別灌漿，兩排之間的距離為2m，鉆孔之間的距離也為2m。最大鉆孔深度為35m。進(jìn)行充填灌漿的全部鉆孔都是用干鉆造孔，具體包括螺桿鉆和錘擊鉆進(jìn)兩種方法，孔徑>75mm。兩排鉆孔為順序施工，第一排鉆孔充填灌漿完成后整個(gè)壩體的含水量都會(huì)上升，這就導(dǎo)致了第二排鉆孔施工的過(guò)程中會(huì)有一部分鉆孔在一定深度的位置會(huì)出現(xiàn)縮徑的問(wèn)題，為了解決這個(gè)問(wèn)題，在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)采用了提前終孔的方式，從而導(dǎo)致第二排鉆孔比第一排少了約300m。

充填灌漿所使用的材料為優(yōu)質(zhì)的黏土，在充填之前對(duì)其進(jìn)行了充分的攪拌并完成了必要的過(guò)濾，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，對(duì)泥漿的析水量、硬度、濃度、黏度等參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量和驗(yàn)證。首次灌漿容量為1.25t/m3，之后進(jìn)行5次復(fù)灌，每次的容量達(dá)到1.4t/m3。所有鉆孔充填灌漿完畢后需要進(jìn)行逐一檢查，以保證每個(gè)鉆孔都灌漿充分。

2.3 防滲墻

為了提高水庫(kù)的土壩防滲性能，本工程采用單管單液旋噴的方式構(gòu)筑旋噴水泥防滲墻，使用1：1濃度的水泥漿進(jìn)行旋噴，噴射壓力達(dá)到24MPa，鉆桿的轉(zhuǎn)速為21cm/min、提升速度為20cm/min。水泥漿的濃度以及噴射壓力產(chǎn)生變化，都會(huì)影響噴涂的效果，因此在施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制。對(duì)所有的防滲墻都進(jìn)行3次復(fù)噴以保證噴涂的效果，提升整個(gè)防滲墻的質(zhì)量。

在噴涂過(guò)程中由于水庫(kù)所在區(qū)域壩體較為松散，在巨大壓力噴射作用下土層出現(xiàn)了液化的現(xiàn)象，因此噴涂過(guò)程中出現(xiàn)了鉆桿下落的現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在防滲墻的噴涂過(guò)程中提高了旋噴樁頂?shù)母叨?，使其大道了涵洞之?0m的高度。

2.4 裂縫加固

裂縫是水庫(kù)土石壩最嚴(yán)重的安全隱患，因此要對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行加固處理。首先要認(rèn)真進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，清楚掌握每一條裂縫的走向、寬度等具體參數(shù)，從而對(duì)裂縫的成因、嚴(yán)重程度等進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件進(jìn)行加固方案的設(shè)計(jì)。對(duì)于縱向向下產(chǎn)生的裂縫，使用細(xì)粒土進(jìn)行回填處理，而對(duì)于橫向發(fā)展的裂縫，則必須沿著裂縫的位置進(jìn)行開(kāi)挖，挖出梯形槽后，重新沿著裂縫的位置進(jìn)行逐層的回填處理。回填后，還需要進(jìn)行必要的刨毛、灑水處理，從而保證回填土層與原始大壩土層之間的有效融合。

2.5 滑坡加固

通過(guò)對(duì)大壩進(jìn)行滑坡加固施工，可以提高均質(zhì)土壩的穩(wěn)定性和抗滑能力。通過(guò)使用風(fēng)化泥心墻石渣作為大壩的填充材料，并且設(shè)計(jì)為尺墻的形狀，待尺墻高度高于地基后進(jìn)行回填處理。滑坡加固后，可以提高大把的透水能力、儲(chǔ)水能力等。

3 總 結(jié)

文章以A水庫(kù)的均質(zhì)壩除險(xiǎn)加固工程為例，分析了除險(xiǎn)加固工程的主要問(wèn)題和實(shí)施過(guò)程中的一些關(guān)鍵問(wèn)題。通過(guò)應(yīng)用壩基帷幕灌漿、充填灌漿、防滲墻等施工技術(shù)，能夠提高水庫(kù)的運(yùn)行能力，同時(shí)提高工程投資效益。

[1]何國(guó)瓊.試述中小型水庫(kù)的土石壩除險(xiǎn)加固施工技術(shù)應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2017(01):97-98.

[2]李朋飛.分析中小型水庫(kù)的土石壩除險(xiǎn)加固施工技術(shù)應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新,2016(05):133.

[3]楊仁強(qiáng).水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)及施工技術(shù)要點(diǎn)分析[J].黑龍江水利科技,2014(06):140-142.

[4]任世強(qiáng).大中型水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)及施工技術(shù)分析[J].黑龍江水利科技,2014(08):181-182.

1007-7596(2017)06-0129-03

2017-05-25

鄧洪凱(1975-)，男，江西進(jìn)賢人，工程師，從事水利工程管理、防汛抗旱、項(xiàng)目的前期申報(bào)及項(xiàng)目施工管理工作；余黎琴(1987-)，女，江西撫州人，助理工程師，從事水利工程管理、防汛抗旱、水土保持及工程項(xiàng)目受理預(yù)審工作。

TV697.3

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