大坝防渗技术在某水库除险加固工程中的应用

保雪飞，卢昆生，向金宝

（云南省曲靖市麒麟区水务局，655000，曲靖）

一、水库基本情况

云南省曲靖市麒麟区某水库位于南盘江右岸一级支流白石江上，控制流域面积18.3km2，水库总库容401万m3，兴利库容357万m3，是一座以灌溉、防洪为主，兼有城市供水等综合效益的小（1）型水库。工程等别为Ⅳ等，主要水工建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级。除险加固防洪设计标准为：挡泄水建筑物按30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。正常水位1941.23m，死水位1921.73m，设计洪水位1 941.77 m，校核洪水位1 942.57 m，汛限水位1 939.23 m。

水库枢纽主要包括大坝、溢洪道、输水隧洞等建筑物。大坝由主副坝组成，均为碾压式黏土心墙坝。

水库始建于1955年，建成于1973年，运行50年来，大坝出现了渗漏、滑坡等安全问题，经2007年大坝安全鉴定，为 “三类坝”，并于2010年年初起对水库进行除险加固，重点对大坝进行了综合防渗处理。工程于2011年10月完工，同年12月通过了验收。实践证明防渗效果显著。

二、防渗工程设计

主坝桩号0+106.3～0+265.5坝段1 941.77 m高程以下心墙采用混凝土防渗墙防渗处理。防渗墙轴线位于坝轴线上游0.5 m处，顶部高程1 941.77 m，底部插入基岩内2 m；防渗墙厚0.4m，采用低弹性模量混凝土,设计抗压强度R28=7～12MPa，设计抗渗标号S6，渗透系数K≤4×10-9cm/s，设计弹性模量Ei=12 000～20 000 MPa。共分为24个槽段，槽段长6 m。

主坝桩号 0-17.1～0+290.9段以坝轴线上游1.1 m处为防渗轴线进行坝基、坝肩基岩帷幕灌浆，对0+106.3～0+265.5坝段外其余坝体采取充填灌浆，灌浆线总长308 m，单排布孔，孔距2 m，分三序施工，Ⅰ序孔40个，Ⅱ序孔38个，Ⅲ序孔77个，共计155个灌浆孔。在Ⅰ序孔内选择先导孔，其间距不小于30 m，选取先导孔9个。大坝桩号0+106.3～0+265.5坝段灌浆顶界为防渗墙底界以上2 m，其余坝段灌浆顶界为1 941.77 m，灌浆底界均为进入基岩弱透水层 (透水率小于10 Lu)一段。

副坝以坝轴线为防渗轴线进行坝基、坝肩基岩帷幕灌浆，坝体进行充填灌浆，灌浆线总长344m，单排布孔，孔距2 m，分三序施工，Ⅰ序孔44个，Ⅱ序孔43个，Ⅲ序孔88个，共计175个灌浆孔。在Ⅰ序孔内选择先导孔，其间距不小于30m，选取先导孔10个。灌浆顶界为1941.77m，底界为进入基岩弱透水层(透水率小于10Lu)一段。

三、灌浆工程施工

1.灌浆工程施工参数

①坝土灌后渗透系数小于1×10-5cm/s，基岩灌后透水率小于10 Lu。

②钻孔孔位最大偏差值不得大于10 cm，孔斜率小于1.5%。

③钻孔冲洗及压注水试验，孔内沉渣不得超过20 cm，冲洗压力为灌浆压力的80%，至回水变清，总冲洗时间大于30 min。基岩采用压水试验（压力为灌浆压力的80%），坝土采用注水试验。

④灌浆压力，均采用孔口压力控制，最大允许灌浆压力为0.1～0.3MPa。

⑤灌浆浆液及浓度变换：坝土采用1∶2的水泥黏土浆，接合部采用1∶1水泥黏土浆，基岩采用纯水泥浆；浆液浓度，水泥黏土浆采用密度1.2 g/cm3、1.3 g/cm3、1.35 g/cm3、1.4 g/cm3、1.5 g/cm3五级，纯水泥浆采用 5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1（或 0.5∶1）六个比级。 灌浆浆液浓度由稀到浓逐级变换，当灌浆压力保持不变注入率持续减小，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得改变浆液浓度；当某一比级的浆液注入量已达30 min、而灌浆压力和注入率无显著改变时，应换浓一级浆液灌注。

⑥灌浆结束标准：在设计压力下，当注入率小于 0.4 L/min，继续灌注30 min或不大于1 L/min时继续灌注60 min，灌浆可结束。

2.坝体灌浆

坝体钻孔施工采用150型回转式钻机成孔，可采用φ127或φ108钻头，无泵反循环钻进，造孔结束、清洗经验收合格后进行灌浆，采用分段自上而下灌浆法，灌浆塞设在已灌段的底部上方0.5 m处。

3.基岩灌浆

基岩钻孔施工采用150型回转式钻机成孔，采用φ73钻头，清水循环钻进。造孔完成后，以压力水冲洗孔内杂质，经验收合格后进入下一工序。灌浆可根据基岩灌浆深度采用分段自上而下灌浆法或采取全孔灌浆法。

基岩封孔，用钢管放至孔底处注入水泥浆，慢慢上提。保证钢管下端埋在水泥浆中，封到基岩面结束。

4.坝体封孔

拔出套管后，下钢管至基岩面上0.5 m处注入水泥黏土浆液，水泥比重占20%，第一次将钢管下至基岩面，注入黏土水泥浆，将孔内清水顶出，直到孔口回浆为止，停20 min，孔内浆面下降，第二次注浆，孔口溢出稠浆直至浆面不下降、孔口填满为止。

四、混凝土防渗墙施工工艺

1.施工参数

①槽孔中心偏差为±3 cm，槽长Ⅰ序一般为6 m，Ⅱ序一般为6.8 m。

②槽段开挖完毕，检查槽位、槽深、槽壁垂直度，合格后方可清槽换浆，槽壁垂直度偏差小于0.4%，清槽后保证槽底沉渣厚度不大于10 cm。

③施工期间槽内泥浆必须高于地下水水位1.0 m以上，且不低于导墙面0.5 m，当发生泥浆渗漏时必须及时堵漏和补浆。

④清槽合格后必须及时浇筑水下混凝土，间歇时间不超过4 h，浇筑前复测沉渣厚度。

⑤槽底沉渣厚度不大于10 cm，墙身垂直度±0.4%，墙顶中心线偏差不大于30 mm。接头处混凝土连接密实，无夹泥、漏水现象。

⑥防渗墙混凝土主要技术指标（表 1）。

混凝土塌落度18～22 cm，扩散度34～40 cm，初凝时间不小于 6 h，终凝时间不大于24 h。

2.施工前的准备

（1）防渗墙施工平台

防渗墙施工平台主要包括导墙、生产道路、排水系统等。导墙施工是混凝土防渗墙施工的关键环节，其主要起成槽导向，控制标高、槽段，防止槽口坍塌及承重，根据现场地质及工期等方面的具体情况，本工程导墙采用混凝土浇筑。导墙施工前，先清除混凝土防渗墙施工范围内的一切杂物，然后将原坝顶开挖到导墙顶高程形成宽约10.8 m的防渗墙施工平台，再进一步开挖导墙基础并浇筑混凝土导墙，对导墙范围外上下游平台进行硬化处理，在平台下游侧砌筑排水沟，以利于后续工序的施工。

（2）泥浆制作

为保证槽孔的安全和质量，护壁泥浆生产循环系统的质量控制关系到槽壁稳定，是冲孔速度、钻头磨损及成槽的必备条件。针对施工特点，本工程采用优质膨润土为主、少量黏土为辅的泥浆制备材料。质量控制主要指标为:比重 1.1～1.3，黏度 18～25 s，含砂率不大于5%，胶体率不小于95%，必要时加适量的添加剂。

（3）槽段划分

单元槽段的划分根据地质条件、混凝土防渗墙结构、混凝土供应能力等确定。根据以往施工经验，本工程以6 m划分为一个槽段，分两序施工，先施工Ⅰ序槽段，再施工Ⅱ序槽段。

3.施工工艺

（1）接头施工

选用经济、方便、快捷的钻凿法进行处理，在Ⅱ序槽段钻槽时用冲头钻凿Ⅰ序槽混凝土后，冲刷10遍左右，经监理工程师验收合格后进行下道工序施工。

（2）成槽方法

根据地质情况及结合以往施工经验，采用CZ-8B型冲击钻机钻劈成槽，采用先Ⅰ序槽段的施工方法。在同一槽段内，先施工单号主孔，后施工双号副孔，主孔、副孔采用圆套方式劈打成槽。槽段造孔工作结束后，对造孔质量进行全面检查验收（包括孔位、孔深、孔径、孔斜等），检查合格后进行清槽换浆工序。

（3）清槽

槽孔终孔验收合格后，进行清槽换浆工序。在成槽过程中，不可避免地有沉渣沉积在槽底，需对槽底进行清槽，以提高成墙质量，提高混凝土防渗墙的抗渗能力，用抽筒清除槽底沉渣，并检查成槽情况，再用洗刷锤清刷Ⅰ序槽段接头，直至满足规范要求为止。同时，不断从槽口补入新浆，直至槽内浆液合格为止。

（4）水下混凝土浇筑

水下混凝土浇筑采用直升导管法施工，根据槽段的尺寸设置导管，管径200 mm，采用法兰盘连接，导管安放根据规范进行。混凝土集中拌制，集中供应。为了保证混凝土浇筑质量，防止墙体夹泥渗漏，浇筑时混凝土面均匀上升，并保证上升速度不小于2.0 m/h，导管埋深在1.0 m至6 m之内。浇筑时派专人对混凝土的上升面进行测量，并及时做好记录。混凝土导管的安装与拆卸由16 t汽车吊配合进行。

表1 防渗墙混凝土配合比表

五、防渗效果分析

1.灌浆工程

从灌浆资料统计结果来看，各次序孔的单位注入量和透水率有依次递减的规律。水泥注入总量和单位注入量依次减少，透水率也依次减少。从各个灌浆孔的单位吸水率区间来看，符合灌浆施工的一般规律。从主副坝30个检查孔（主坝 15个，副坝15个）的122段压注水试验成果看，坝土渗透系数 6.84×10-6cm/s～6.47×10-7cm/s， 基岩透水率 2.86～8.81 Lu，均满足设计要求，符合规范规定。

2.防渗墙工程

主要采取了取样试验和钻孔压注水检查手段，结果均满足设计要求。通过钻孔提取芯样分析，墙体连续性和完整性较好，满足设计要求。

该水库防渗工程施工结束后，经蓄水检验，主副坝下游坡原潮湿散浸现象完全消失；据坝后量水三角堰量测，主坝为0.33L/s，副坝为0.015L/s，相比除险加固前均大为减少，达到除险加固目的。

六、结 语

利用传统的灌浆防渗技术结合较先进的混凝土防渗墙技术，一方面解决了大坝基岩和大坝体渗漏问题，另一方面较好地改善了坝体的稳定性，从而为大坝的整体性和安全性提供了保障。该技术组合先进，安全可靠，施工方便，质量有保证，值得推广应用。