水库大坝灌浆施工技术及其防渗加固策略

张 君

许多水库大坝因为修建的时间较早，而且受到各方面因素的影响，水库工程的设计防洪标准较低，施工质量较差，各方面的建设管理相对较为落后，造成水库运行过程中出现的问题较多，发生事故的几率相应增加。导致水库发生安全事故的原因较多，比如防洪标准较低、工程质量较差、管理不善、设备长时间失修等。发生安全事故后，会严重威胁到人们的生命财产安全，对水库大坝进行除险加固显得尤为必要。随着社会的不断发展，水利工程的各项技术规范不断完善，工程施工中所使用的机械设备也在不断更新，国内对于病险水库的除险加固工作越来越重视，根据水库大坝的运行规模，选择经济有效的除险加固方案，对于水库大坝的安全运行具有重要的现实意义。

一、国内水库大坝灌浆施工技术以及防渗加固技术分析

1.地下连续墙施工工艺

使用液压抓斗或者冲击钻机等机械设备，在大坝的坝体中进行施工，以泥浆等施工材料对其进行造孔成槽。在成槽结束后需要在槽孔埋设导管，向孔内灌注混凝土，形成类似墙形的建筑物体。连续墙分段施工时，需要进行分段分序施工，槽孔施工完成后形成一个强段，强段完成后，将强段连接在一起，形成一个完整的大坝防渗体系，对大型以及中型的水库中能够起到一定的除险加固效果，但是成本较高，施工的工序较多，对技术要求也较高。

2.深层搅拌桩防渗墙技术

用水泥浆作为凝结剂材料，使用一些特殊的机械进行强制搅拌，钻进大坝的土体中，在搅拌的过程中需要将准备好的水泥浆通过固定的设备喷出，让水泥浆能够与土体形成混合，在不断的搅拌中凝结成水泥土墙体。该墙体具有一定的厚度和较好的防渗性能，施工工艺简单，施工成本较低，比较适用于坝高较小的水库。

3.高压喷射灌浆技术

使用地质钻机设备在坝体中进行施工，施工到一定的高程时，安装注浆管，然后使用高压泥浆泵让其形成高压射流，从喷嘴的注浆管中喷射出高压射流，对土体进行冲击。高压射流与被冲击的土体进行混合，经过返浆和沉淀后需要进行重新排列，形成一个新的水泥墙体，具有较好的防渗效果。该项技术施工工序简单，容易操作。

4.帷幕灌浆

帷幕灌浆施工技术需要采用地质钻机在大坝坝基岩石中进行钻孔，钻孔完毕后需要采用特定的压力设备进行灌浆，形成防渗帷幕。防渗帷幕需要具备不透水性，帷幕灌浆防渗工艺比较适用于一些特殊的岩层中，能够达到200m的深度，在我国的大中型水库除险加固中使用频率较高，一般应用于坝基岩石渗漏的处理工程中。

二、工程概况

1.水库大坝现状

某水库大坝距离城镇约4km，水库的流域面积为53km2，总库容1045万m3，以1000年一遇的洪水校核为防洪标准，洪水的设计水位为30.5m，正常的蓄水位为29.5m，是一座以灌溉为主、兼顾防洪和养殖的小型水库。

2.水库大坝安全复核

对护坡进行计算，由波浪的压力大小确定护坡块石的粒径和厚度。块石在波浪压力的作用下需要的直径计算公式可以表示为：

D—换算球形直径。

表面砌石在局部波的压力作用下需要的直径计算结果为：

D50—石块的平均粒径；Kt—坡率变化的系数；ρk，ρw—块石的密度和水的密度；hρ—波高。

图1 混凝土防渗墙施工平台结构示意图

图2 大坝0+150断面校核洪水位等势线图

经过计算，得到安全复核的结论。护坡块石的厚度为0.21m，符合相关的规范要求，块石砌缝也符合相关要求，但是在局部容易出现松动的情况。护坡石的乱石层并不符合相关的级配要求，但是由于乱石的垫层较厚，在长期的运行下，大坝的土体并未发生垫层的现象，因此，只需要对上游的干砌块石进行翻修即可。

三、水库大坝除险加固的方案设计

1.方案拟定

大坝的坝顶高程为195.2～195.5m，但是在坝体的185.5～186.2m高程处存在砂砾碎石，其渗透的系数不符合防渗要求。大坝的坝体建筑质量较差，压实度与渗透系数不符合规范要求。针对这些问题，需要拟定水库大坝防渗加固处理方案。

采用混凝土防渗墙作为水库大坝的防渗加固处理方案。混凝土防渗墙的轴线位于上游2.1m处，墙顶为196.82m，高于校核的洪水标准，墙底嵌入基岩中。大坝的桩号为0-005～0+081厚400m，为了能够提高其适应变形的能力，需要对墙身进行混凝土塑形施工。在进行防渗墙施工之前，要先沿着轴线的位置进行设置，并坝基岩石上进行帷幕灌浆施工。混凝土防渗墙施工方案施工简单，防渗效果好，近年来得到快速发展，具有较高的可靠性，比较适合工程实际情况。

2.水库大坝除险加固设计

（1）基岩帷幕灌浆

坝基基岩主要为灰岩，受到断层的影响，将坝基岩的渗漏进行分段设计，大坝桩号为0+311～溢洪道，主要以白云质灰岩为主；大坝桩号为0+000～0+280属于含有燧石的灰岩，岩溶发育较为活跃；大坝桩号为0+080～0+311受到断层的影响，整个局部呈现蜂窝状，上述都是属于中等透水，具有极强的透水性，是坝基出现渗漏的主要通道。对其进行核算后发现大坝的渗漏量较大，但是该水库的库容较小，水资源极为珍贵，因此需要根据坝基的实际情况进行防渗处理，对一些中等的透水部分进行水泥帷幕灌浆。

（2）混凝土防渗墙

大坝的坝体渗透系数为6.83×10-6～5.89×10-3cm/s，压实度范围为0.83～1.00，质量较差，高水位的条件下存在一定的安全隐患，并且沼泽化较为严重，需要对坝体以及坝基进行混凝体防渗墙的处理。将防渗墙的轴线设置在中心线的上游位置，尽量与岩基的灌浆轴线重合，墙底的高程设置为192.5m。塑性混凝土防渗墙效果较好，对坝体变形具有一定的适应性，因此该工程的混凝土防渗墙采用塑性混凝土进行施工。施工中要控制混凝土防渗墙的墙体厚度，同时还要考虑到墙体的使用寿命。墙体的允许水力受到材料的影响，存在一定的变化，塑性混凝土防渗墙的防渗效果较好，在进行施工时要充分考虑到工程的地质情况以及墙体的使用寿命，将防渗墙的墙体厚度设置为桩号0-005～0+081厚400m。在施工之前，要先对其进行成墙实验，检查墙体是否具有一定的完整性，并确定其技术参数。防渗墙施工需要有施工平台，其平台的结构示意图如图1所示。

（3）坝顶设计

坝顶总宽设置为7.5m，按照二级公路的设计要求，采用沥青铺设路面，其中坝顶的上游需要设置防浪墙，采用M10的浆砌标准进行砌筑，墙帽为细料石，坝顶的下游设置路缘石，并将其设置为A级。

四、水库大坝除险加固的效果评价

对大坝0+150断面的形态分布进行分析，如图2所示。

对水库大坝采用防渗墙以及帷幕灌浆防渗技术进行加固后，水库大坝中的坝体渗漏量明显减少，坝体的最大渗漏量也达到了标准，防渗透效果非常明显，符合规范要求。

五、结语

针对不同的病险水库，需要根据水库实际的运行情况合理选择灌浆技术以及防渗加固技术。上述设计方案中所采用的混凝土防渗墙技术，能够起到较好的防渗加固效果，坝体和坝基的渗漏量明显减少，防渗效果明显，并且符合规范要求，对于水库的安全运行具有十分重要的保障作用■